毛生　孫廣輝

【摘 要】介紹了基于文氏橋正弦振蕩電路的八音階簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)方法，給出八音階電子琴電路參數(shù)選取基準(zhǔn)和調(diào)試思路，并采用Multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)電路符合C音調(diào)基準(zhǔn)音標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】文氏橋;電子琴

中圖分類號(hào)： TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）22-0062-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.026

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電子樂(lè)器樂(lè)器制作成本越來(lái)越低、音質(zhì)效果越來(lái)越接近傳統(tǒng)樂(lè)器。鑒于低成本、高音質(zhì)的效果，越來(lái)越受人們的喜愛(ài)。電子琴作為電子科技與音樂(lè)的產(chǎn)物，是目前音樂(lè)普及教育和音樂(lè)素質(zhì)培養(yǎng)最多的樂(lè)器，它的經(jīng)濟(jì)性為音樂(lè)的大眾化做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)?；谏鲜霰尘皩?duì)基于文氏橋的八音階簡(jiǎn)易電子琴關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。

電子琴電路由振蕩選頻電路、音頻放大電路和揚(yáng)聲器組成，振蕩選頻電路主要完成信號(hào)產(chǎn)生及頻率選擇，振蕩電路選擇經(jīng)典文氏橋電路實(shí)現(xiàn)，頻率的選擇通過(guò)改變電容并聯(lián)電阻阻值實(shí)現(xiàn);音頻放大電路主要完成功率放大，同時(shí)與相對(duì)應(yīng)的阻抗揚(yáng)聲器匹配。

1.3 器件及參數(shù)選擇依據(jù)

為了降低集成運(yùn)放輸入電阻、輸出電阻對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性的影響，集成運(yùn)放同相端的輸入電阻R1D遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于選頻電阻R，選頻電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集成運(yùn)放的輸出電阻Ro。通過(guò)頻率范圍選擇標(biāo)稱值電容，然后驗(yàn)算選頻電阻的阻值。根據(jù)振幅條件來(lái)確定R3和Rf的阻抗關(guān)系，故Rf？叟2R3，為了既能保證起振，又不致產(chǎn)生嚴(yán)重的波形失真通常取Rf=2.1R3，為了減小集成運(yùn)放失調(diào)電流及其漂移的影響，工程上常采用R=Rf//R3，進(jìn)而可以得出R■=（1.4～1.5）R。穩(wěn)幅電路主要利用了二極管正向?qū)ǖ姆蔷€性段，能夠電路工作情況自動(dòng)改變放大電路中負(fù)反饋的強(qiáng)弱達(dá)到振幅穩(wěn)定效果，為此穩(wěn)幅二極管的選擇應(yīng)注意：應(yīng)選擇振幅溫度穩(wěn)定性相對(duì)較好的硅管;為確保波型上、下振幅對(duì)稱，兩只二極管的特性應(yīng)盡可能相同。[2]根據(jù)文獻(xiàn)[3]可知當(dāng)R4阻值與二極管的正向電阻接近時(shí)，穩(wěn)幅作用和波形失真都有較好的效果，通常R4選（25）kΩ，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整來(lái)確定。集成運(yùn)算放大器選取時(shí)盡可能選擇輸入電阻大、輸出電阻小及增益帶寬積大于3倍最大頻率的芯片。

2 音頻功率放大電路

由于文氏橋振蕩電路負(fù)載能力較差，為了獲得更好的功率增加音頻功率放大電路，本設(shè)計(jì)采用LM1875芯片，具體實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示。功率放大電路主要有音頻控制電路和LM1875放大電路兩部分組成。音頻控制電路主要通過(guò)衰減音調(diào)電路實(shí)現(xiàn)音調(diào)的控制，其中電阻R12、R13和電容C12、C11及電位器W12組成低音音量控制，電容C13、C14和電位器W13組成高音音量控制，為了降低彼此干擾影響高低音硬控控制電路通過(guò)隔離電阻R14進(jìn)行隔離，同時(shí)，通過(guò)電位器W11實(shí)現(xiàn)音量大小控制。為了降低LM1875電路直流電位對(duì)音頻電路的影響，采用阻容耦合方式進(jìn)行音頻控制電路和LM1875放大電路的級(jí)聯(lián)。為了降低LM1875芯片4引腳直流零電位偏移影響，在放大反饋電路R18與R19之間增加濾波電容C16。為了避免放大器電路產(chǎn)生低頻自己振蕩，輸出端口并聯(lián)RC串聯(lián)電路。

3 電源電路及選頻電阻電路

針對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境采用不同的工作電源電路，如果應(yīng)用于便攜式環(huán)境如幼兒電子琴玩具，鑒于其功率較低，可以忽略上述功率放大電路采用晶體管電流放大電路與蜂鳴器電路實(shí)現(xiàn)，文氏橋信號(hào)發(fā)生電路采用單電源供電，通過(guò)干電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)完成工作電源;如果是臺(tái)式電子琴的話，為了獲得更好音質(zhì)及聲音效果，采用市電轉(zhuǎn)直流電源的形式，設(shè)計(jì)電路時(shí)充分考慮文氏橋電路與音頻功率放大電路工作電路。

信號(hào)的頻率決定電子琴的音調(diào)，每個(gè)特定的樂(lè)音與頻率存在相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，例如C調(diào)為基準(zhǔn)音對(duì)應(yīng)的8音階頻率見(jiàn)表1。[4]為了獲得更精確的頻率既音階，可以采用按鍵與電位串聯(lián)結(jié)構(gòu)一端接地一端接文氏橋集成運(yùn)放同相輸入端，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)校準(zhǔn)，使得頻率更加準(zhǔn)確。如果音質(zhì)要求不高的可以采用中串聯(lián)分壓結(jié)構(gòu)，此法電阻阻值選取會(huì)彼此受影響，精度相對(duì)較低。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)以文氏橋振蕩電路及音頻放大電路為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用簡(jiǎn)單的鍵盤(pán)輸入和揚(yáng)聲器組合，實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)電子琴的各項(xiàng)基本功能，給出不同應(yīng)用環(huán)境下的不同方案，具有較為可觀的實(shí)用價(jià)值。

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