基于Multisim八音階電子琴的設(shè)計(jì)與仿真

摘要：介紹了以RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)為主振電路的電子琴設(shè)計(jì)方法，給出了八音階電子琴電路參數(shù)的設(shè)計(jì)方法和一組參數(shù)值。并采用Multisim 10對(duì)RC串并聯(lián)正弦渡振蕩電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真。結(jié)果證明，用模擬電路方法制作電子琴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且成本低廉，符合C音調(diào)基準(zhǔn)音標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：電子琴；RC振蕩電路；電路參數(shù)設(shè)計(jì)；Multisim仿真

Multisim10是加拿大圖像交互技術(shù)公司推出最新版電子仿真軟件，它提供了強(qiáng)大元件庫(kù)、虛擬儀器庫(kù)，設(shè)計(jì)界面簡(jiǎn)潔，適合模擬／數(shù)字電路的設(shè)計(jì)仿真。電子工程師和電子教學(xué)工作者可以利用它輕松的完成從理論到原理圖設(shè)計(jì)與仿真、再到電路原型設(shè)計(jì)和測(cè)試。筆者設(shè)計(jì)一八音階的電子琴，并采用Multisim10對(duì)其進(jìn)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(hào)經(jīng)揚(yáng)聲器發(fā)音后產(chǎn)生的，音調(diào)主要由聲音的頻率決定，樂音(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。通過RC振蕩電路產(chǎn)生特定頻率的波形信號(hào)，再通過揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)，就能制作出簡(jiǎn)易的樂音發(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。
1．1 RC選頻網(wǎng)絡(luò)
RC串并聯(lián)振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方便，調(diào)節(jié)范圍也較寬，其是一種正反饋式振蕩器，R1、C1、R2、C2構(gòu)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(hào)。
1．2 起振穩(wěn)幅
RC串并聯(lián)電路維持自激振蕩條件：1)幅度條件：AF=1表示反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的大小相等。2)相位條件：ψ=2nπ(n為整數(shù))，表示反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相。在電路開始起振時(shí)，激勵(lì)信號(hào)很弱，這時(shí)電路需要正反饋，即AF>1，電路才能起振。起振后，輸出信號(hào)的幅度慢慢增大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，必須使AF=1，輸出信號(hào)幅度才能穩(wěn)定下來(lái)。

在電子琴主振電路如圖3所示，設(shè)C1=C2=C，R1為常數(shù)，R2=R2x，通過調(diào)節(jié)Rx改變輸出信號(hào)頻率，輸出頻率為：

起振后輸出達(dá)到設(shè)定值時(shí)，讓RT+RP=R即可穩(wěn)幅，電路中RT并聯(lián)一正一反兩二極管，根據(jù)二極管伏安特性，起振時(shí)隨反饋回路電流增大阻值減小，兩二極管使電路自動(dòng)起振穩(wěn)幅作用。