0 引言
對(duì)于固定的簡(jiǎn)單功能的實(shí)現(xiàn),，模擬電路" title="模擬電路">模擬電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便,，成本低廉的優(yōu)點(diǎn),。在這方面，模擬電路得到廣泛的應(yīng)用,。模擬電路中的RC正弦波振蕩電路具有一定的選頻特性,，樂(lè)聲中的各音階頻率也是以固定的聲音頻率為機(jī)理的。本文介紹基于RC正弦波振蕩電路的簡(jiǎn)易電子琴" title="電子琴">電子琴設(shè)計(jì)方案,。
1 基本樂(lè)理知識(shí)
音調(diào)主要由聲音的頻率決定,，樂(lè)音（復(fù)音）的音調(diào)更復(fù)雜些，一般可認(rèn)為主要由基音的頻率來(lái)決定,。也即一定頻率的聲音對(duì)應(yīng)特定的樂(lè)音,。在以C調(diào)為基準(zhǔn)音的八度音階中，所對(duì)應(yīng)的頻率如表1所示。如果能夠通過(guò)某種電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定頻率的波形信號(hào),，再通過(guò)揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào),，就能制作出簡(jiǎn)易的樂(lè)音發(fā)生器，再結(jié)合電子琴的一般結(jié)構(gòu),，就可實(shí)現(xiàn)電子琴的制作了,。
2 設(shè)計(jì)原理
2．1 RC橋式振蕩電路
2．1．1 電路圖
RC橋式振蕩電路如圖1所示。
2．1．2 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)
RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號(hào),。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程的關(guān)鍵是RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),，其理論推導(dǎo)如下：
可得選頻特性：
即當(dāng)f0=1／（2πRC）時(shí)，輸出電壓的幅值最大,，并且輸出電壓是輸入電壓的1／3,，同時(shí)輸出電壓與輸出電壓同相。通過(guò)該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號(hào),，也可通過(guò)改變R，C的取值,，選出不同頻率的信號(hào),。
2．2 振蕩條件
2．2．1 自激振蕩條件
圖2所示為含外加信號(hào)的正弦波振蕩電路，其中A,，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡(luò)的放大系數(shù),。圖2中若去掉Xi，由于反饋信號(hào)的補(bǔ)償作用,，仍有信號(hào)輸出,，如圖3所示Xf=Xi，可得自激振蕩電路,。自激振蕩必須滿足以下條件：
0 引言
對(duì)于固定的簡(jiǎn)單功能的實(shí)現(xiàn),，模擬電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便,，成本低廉的優(yōu)點(diǎn),。在這方面，模擬電路得到廣泛的應(yīng)用,。模擬電路中的RC正弦波振蕩電路具有一定的選頻特性,，樂(lè)聲中的各音階頻率也是以固定的聲音頻率為機(jī)理的。本文介紹基于RC正弦波振蕩電路的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)方案,。
1 基本樂(lè)理知識(shí)
音調(diào)主要由聲音的頻率決定,，樂(lè)音（復(fù)音）的音調(diào)更復(fù)雜些，一般可認(rèn)為主要由基音的頻率來(lái)決定,。也即一定頻率的聲音對(duì)應(yīng)特定的樂(lè)音,。在以C調(diào)為基準(zhǔn)音的八度音階中,，所對(duì)應(yīng)的頻率如表1所示,。如果能夠通過(guò)某種電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特定頻率的波形信號(hào),，再通過(guò)揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)，就能制作出簡(jiǎn)易的樂(lè)音發(fā)生器,，再結(jié)合電子琴的一般結(jié)構(gòu),，就可實(shí)現(xiàn)電子琴的制作了。
2 設(shè)計(jì)原理
2．1 RC橋式振蕩電路
2．1．1 電路圖
RC橋式振蕩電路如圖1所示,。
2．1．2 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)
RC橋式振蕩電路可以選出特定頻率的信號(hào),。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程的關(guān)鍵是RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，其理論推導(dǎo)如下：
可得選頻特性：
即當(dāng)f0=1／（2πRC）時(shí),，輸出電壓的幅值最大,，并且輸出電壓是輸入電壓的1／3，同時(shí)輸出電壓與輸出電壓同相,。通過(guò)該RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò),，可以選出頻率穩(wěn)定的正弦波信號(hào)，也可通過(guò)改變R,，C的取值,，選出不同頻率的信號(hào)。
2．2 振蕩條件
2．2．1 自激振蕩條件
圖2所示為含外加信號(hào)的正弦波振蕩電路,，其中A,，F(xiàn)分別為放大器回路和反饋網(wǎng)絡(luò)的放大系數(shù)。圖2中若去掉Xi,，由于反饋信號(hào)的補(bǔ)償作用,，仍有信號(hào)輸出，如圖3所示Xf=Xi,，可得自激振蕩電路,。自激振蕩必須滿足以下條件：
2．2．2 起振條件
自激振蕩的初始信號(hào)一般較小，為了得到較大強(qiáng)度的穩(wěn)定波形,，起振條件需滿足|A·F|》1,。在輸出穩(wěn)定頻率的波形前，信號(hào)經(jīng)過(guò)了選頻和放大兩個(gè)階段,。具體來(lái)說(shuō),，是對(duì)于選定的頻率進(jìn)行不斷放大，非選定頻率的信號(hào)進(jìn)行不斷衰減,，結(jié)果就是得到特定頻率的穩(wěn)定波形,。
3 設(shè)計(jì)方案
3．1 設(shè)計(jì)電路圖
設(shè)計(jì)電路圖如圖4所示。
圖4即是八音階微型電子琴的原理電路圖,，8個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)著電子琴8個(gè)音階琴鍵,，使用時(shí)只能同時(shí)閉合一個(gè)開(kāi)關(guān)。
在實(shí)際電路中，為達(dá)到起振條件AF》1,，常用兩個(gè)二極管與電阻并聯(lián),，可實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于熱敏電阻的功效。另外需要說(shuō)明的是,，理論上電路的初始信號(hào)是由環(huán)境噪聲及電路本身的電壓提供的,。實(shí)際操作時(shí)，為使現(xiàn)象更明顯,，也可通過(guò)對(duì)電路中的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn),。
另外，電路中的運(yùn)算放大器芯片LM324工作電壓要求是±5 V,，所以還需要用7809穩(wěn)壓管,、整流橋等元器件制作帶負(fù)電源的電源電路，同電子琴電路一塊整合到電路板上,，制作成可直接使用的完整成品,。
3．2 參數(shù)推導(dǎo)
則由式（8）及起振條件|A·F|》1，可得：
所以RF1,，RF2和Rf的選取應(yīng)滿足式（9）,，但實(shí)際取值時(shí)，應(yīng)讓RF1略小于Rf,。RF2的取值也應(yīng)適當(dāng),，以滿足式（6），實(shí)現(xiàn)自激振蕩,。
選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率推導(dǎo)公式為：
根據(jù)式（8）,、式（10）、式（11）,，再結(jié)合表1的頻率數(shù)據(jù),，即可確定電路中的元器件參數(shù)。需要注意的是,，在確定R2內(nèi)部電阻值時(shí),，應(yīng)該從R21開(kāi)始，逐個(gè)進(jìn)行,。
3．3 參考參數(shù)
根據(jù)上述方法,，可得出如表2所示的參考參數(shù)。按此參數(shù)進(jìn)行仿真,，其la調(diào)波形如圖5所示,，其頻率滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)音C調(diào)頻率440 Hz。
4 結(jié)語(yǔ)
采用RC正弦振蕩" title="RC正弦振蕩">RC正弦振蕩電路制作的電子琴,，相對(duì)于用單片機(jī)或CPLD等制作方法,，不僅成本低廉,，而且功能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是音色的表現(xiàn)并不十分理想,，還需通過(guò)一定的技術(shù)手段,。使發(fā)出的聲音更接近電子琴的音色特點(diǎn)。功能拓展方面,，通過(guò)增加R2中并聯(lián)的電阻個(gè)數(shù)和開(kāi)關(guān)數(shù)可拓展此電子琴的音階,，實(shí)現(xiàn)16音階或更多音階的電子琴，還可加入加法器,，并入麥克風(fēng)信號(hào)輸入電路，實(shí)現(xiàn)卡拉OK功能,。