采用RC正弦振荡电路制作的电子琴设计

1、    采用RC正弦振荡电路制作的电子琴设计对于固定的简单功能的实现，模拟电路具有结构简单，实现方便，成本低廉的优点。在这方面，模拟电路得到广泛的应用。模拟电路中的RC正弦波振荡电路具有一定的选频特性，乐声中的各音阶频率也是以固定的声音频率为机理的。本文介绍基于RC正弦波振荡电路的简易电子琴设计方案。1基本乐理知识音调主要由声音的频率决定，乐音(复音)的音调更复杂些，一般可认为主要由基音的频率来决定。也即一定频率的声音对应特定的乐音。在以C调为基准对于固定的简单功能的实现，模拟电路具有结构简单，实现方便，成本低廉的优点。在这方面，模拟电路得到广泛的应用。

2、模拟电路中的RC正弦波振荡电路具有一定的选频特性，乐声中的各音阶频率也是以固定的声音频率为机理的。本文介绍基于RC正弦波振荡电路的简易电子琴设计方案。1 基本乐理知识音调主要由声音的频率决定，乐音(复音)的音调更复杂些，一般可认为主要由基音的频率来决定。也即一定频率的声音对应特定的乐音。在以C调为基准音的八度音阶中，所对应的频率如表1所示。如果能够通过某种电路结构产生特定频率的波形信号，再通过扬声器转换为声音信号，就能制作出简易的乐音发生器，再结合电子琴的一般结构，就可实现电子琴的制作了。表1 C调八音阶对应的基本频率2 设计原理21 RC桥式振荡电路211 电路图RC桥式振荡电路如图1所示。

3、图1 RC桥式振荡电路212 RC串并联选频网络RC桥式振荡电路可以选出特定频率的信号。具体实现过程的关键是RC串并联选频网络，其理论推导如下：可得选频特性：即当f0=1(2RC)时，输出电压的幅值最大，并且输出电压是输入电压的13，同时输出电压与输出电压同相。通过该RC串并联选频网络，可以选出频率稳定的正弦波信号，也可通过改变R，C的取值，选出不同频率的信号。22 振荡条件221 自激振荡条件图2所示为含外加信号的正弦波振荡电路，其中A，F分别为放大器回路和反馈网络的放大系数。图2中若去掉Xi，由于反馈信号的补偿作用，仍有信号输出，如图3所示Xf=Xi，可得自激振荡电路。自激振荡必须满足以下

4、条件：图2 含外加输入信号的正弦波振荡电路图3 无外加输入信号的正弦波振荡电路222 起振条件自激振荡的初始信号一般较小，为了得到较大强度的稳定波形，起振条件需满足|AF|>1。在输出稳定频率的波形前，信号经过了选频和放大两个阶段。具体来说，是对于选定的频率进行不断放大，非选定频率的信号进行不断衰减，结果就是得到特定频率的稳定波形。3 设计方案31 设计电路图设计电路图如图4所示。图4 电子琴基本电路图图4即是八音阶微型电子琴的原理电路图，8个开关对应着电子琴8个音阶琴键，使用时只能同时闭合一个开关。在实际电路中，为达到起振条件AF>1，常用两个二极管与电阻并联，可实现类似于热敏电

5、阻的功效。另外需要说明的是，理论上电路的初始信号是由环境噪声及电路本身的电压提供的。实际操作时，为使现象更明显，也可通过对电路中的电容充电来实现。另外，电路中的运算放大器芯片LM324工作电压要求是±5 V，所以还需要用7809稳压管、整流桥等元器件制作带负电源的电源电路，同电子琴电路一块整合到电路板上，制作成可直接使用的完整成品。32 参数推导则由式(8)及起振条件|AF|>1，可得：所以RF1，RF2和Rf的选取应满足式(9)，但实际取值时，应让RF1略小于Rf。RF2的取值也应适当，以满足式(6)，实现自激振荡。选频网络的频率推导公式为：根据式(8)、式(10)、式(11)，再结合表1的频率数据，即可确定电路中的元器件参数。需要注意的是，在确定R2内部电阻值时，应该从R21开始，逐个进行。33 参考参数根据上述方法，可得出如表2所示的参考参数。按此参数进行仿真，其la调波形如图5所示，其频率满足国际标准音C调频率440 Hz。表2 参考参数图5实物电子琴的la波形图4 结语采用RC正弦振荡电路制作的电子琴，相对于用单片机或CPLD等制作方法，不仅成本低廉，而且功能稳定。缺点是音色的表现并不十分理想，还需通过一定的技术手段。使发出的声音更接