采用RC正弦振荡电路制作的电子琴设计

2011-01-28 17:29:48来源: 互联网
O 引言

  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。

对应的频率

  2 设计原理

  2.1 RC桥式振荡电路

  2.1.1 电路图

  RC桥式振荡电路如图1所示。

  2.1.2 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:

公式

  可得选频特性:

公式

  即当f0=1/(2πRC)时,输出电压的幅值最大,并且输出电压是输入电压的1/3,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。

  2.2 振荡条件

  2.2.1 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条件:

公式

无外加信号的正弦波振荡电路

  2.2.2 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|A·F|>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

  3.1 设计电路图

  设计电路图如图4所示。

八音阶微型电子琴的原理电路图

  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。

  3.2 参数推导

公式

  则由式(8)及起振条件|A·F|>1,可得:

公式

  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:

公式

  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。

  3.3 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。

参考参数

la调波形

  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。使发出的声音更接近电子琴的音色特点。功能拓展方面,通过增加R2中并联的电阻个数和开关数可拓展此电子琴的音阶,实现16音阶或更多音阶的电子琴,还可加入加法器,并入麦克风信号输入电路,实现卡拉OK功能。

关键字:RC  电子琴  震荡

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0128/article_4373.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
RC
电子琴
震荡

小广播

独家专题更多

迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved