基于Multisim八音階電子琴的設計與仿真

摘要：介紹了以RC串并聯選頻網絡為主振電路的電子琴設計方法，給出了八音階電子琴電路參數的設計方法和一組參數值。并采用Multisim 10對RC串并聯正弦渡振蕩電路進行了設計仿真。結果證明，用模擬電路方法制作電子琴結構簡單，而且成本低廉，符合C音調基準音標準。
關鍵詞：電子琴；RC振蕩電路；電路參數設計；Multisim仿真

Multisim10是加拿大圖像交互技術公司推出最新版電子仿真軟件，它提供了強大元件庫、虛擬儀器庫，設計界面簡潔，適合模擬／數字電路的設計仿真。電子工程師和電子教學工作者可以利用它輕松的完成從理論到原理圖設計與仿真、再到電路原型設計和測試。筆者設計一八音階的電子琴，并采用Multisim10對其進行仿真。

1 電子琴原理框圖
電子琴可以演奏出各種美妙的音樂，而音樂是由音符組成，不同的音符是由不同頻率的聲音電信號經揚聲器發音后產生的，音調主要由聲音的頻率決定，樂音(復音)的音調更復雜些，一般可認為主要由基音的頻率來決定。也即一定頻率的聲音對應特定的樂音。在以C調為基準音的八度音階中，所對應的頻率如表1所示。通過RC振蕩電路產生特定頻率的波形信號，再通過揚聲器轉換為聲音信號，就能制作出簡易的樂音發生器，再結合電子琴的一般結構，就可實現電子琴的制作了。
1．1 RC選頻網絡
RC串并聯振蕩器的頻率調節方便，調節范圍也較寬，其是一種正反饋式振蕩器，R1、C1、R2、C2構成的選頻電路如圖2。
，通過改變RC反饋回路中R、C的值，可以得到不同的頻率輸出信號。
1．2 起振穩幅
RC串并聯電路維持自激振蕩條件：1)幅度條件：AF=1表示反饋信號與輸入信號的大小相等。2)相位條件：ψ=2nπ(n為整數)，表示反饋信號與輸入信號同相。在電路開始起振時，激勵信號很弱，這時電路需要正反饋，即AF>1，電路才能起振。起振后，輸出信號的幅度慢慢增大，當達到設定值時，必須使AF=1，輸出信號幅度才能穩定下來。

在電子琴主振電路如圖3所示，設C1=C2=C，R1為常數，R2=R2x，通過調節Rx改變輸出信號頻率，輸出頻率為：

起振后輸出達到設定值時，讓RT+RP=R即可穩幅，電路中RT并聯一正一反兩二極管，根據二極管伏安特性，起振時隨反饋回路電流增大阻值減小，兩二極管使電路自動起振穩幅作用。