基于文氏橋的八音階簡易電子琴關鍵技術研究

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易電子琴設計方法，給出八音階電子琴電路參數選取基準和調試思路，并采用Multisim對電路進行仿真驗證。結果表明，所設計電路符合C音調基準音標準，同時具有成本低、結構簡單等特點。

【關鍵詞】文氏橋;電子琴

中圖分類號： TH814 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0062-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.22.026

隨著電子信息技術的發展，電子樂器樂器制作成本越來越低、音質效果越來越接近傳統樂器。鑒于低成本、高音質的效果，越來越受人們的喜愛。電子琴作為電子科技與音樂的產物，是目前音樂普及教育和音樂素質培養最多的樂器，它的經濟性為音樂的大眾化做出了不可磨滅的貢獻?；谏鲜霰尘皩谖氖蠘虻陌艘綦A簡易電子琴關鍵技術展開研究。

電子琴電路由振蕩選頻電路、音頻放大電路和揚聲器組成，振蕩選頻電路主要完成信號產生及頻率選擇，振蕩電路選擇經典文氏橋電路實現，頻率的選擇通過改變電容并聯電阻阻值實現;音頻放大電路主要完成功率放大，同時與相對應的阻抗揚聲器匹配。

1.3 器件及參數選擇依據

為了降低集成運放輸入電阻、輸出電阻對選頻網絡的選頻特性的影響，集成運放同相端的輸入電阻R1D遠遠大于選頻電阻R，選頻電阻遠遠大于集成運放的輸出電阻Ro。通過頻率范圍選擇標稱值電容，然后驗算選頻電阻的阻值。根據振幅條件來確定R3和Rf的阻抗關系，故Rf？叟2R3，為了既能保證起振，又不致產生嚴重的波形失真通常取Rf=2.1R3，為了減小集成運放失調電流及其漂移的影響，工程上常采用R=Rf//R3，進而可以得出R■=（1.4～1.5）R。穩幅電路主要利用了二極管正向導通的非線性段，能夠電路工作情況自動改變放大電路中負反饋的強弱達到振幅穩定效果，為此穩幅二極管的選擇應注意：應選擇振幅溫度穩定性相對較好的硅管;為確保波型上、下振幅對稱，兩只二極管的特性應盡可能相同。[2]根據文獻[3]可知當R4阻值與二極管的正向電阻接近時，穩幅作用和波形失真都有較好的效果，通常R4選（25）kΩ，并通過實驗調整來確定。集成運算放大器選取時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，本設計采用LM1875芯片，具體實現電路如圖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衰減音調電路實現音調的控制，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隔離電阻R14進行隔離，同時，通過電位器W11實現音量大小控制。為了降低LM1875電路直流電位對音頻電路的影響，采用阻容耦合方式進行音頻控制電路和LM1875放大電路的級聯。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生低頻自己振蕩，輸出端口并聯RC串聯電路。

3 電源電路及選頻電阻電路

針對不同應用環境采用不同的工作電源電路，如果應用于便攜式環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現，文氏橋信號發生電路采用單電源供電，通過干電池串聯結構完成工作電源;如果是臺式電子琴的話，為了獲得更好音質及聲音效果，采用市電轉直流電源的形式，設計電路時充分考慮文氏橋電路與音頻功率放大電路工作電路。

信號的頻率決定電子琴的音調，每個特定的樂音與頻率存在相應的對應關系，例如C調為基準音對應的8音階頻率見表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結構一端接地一端接文氏橋集成運放同相輸入端，通過電位器調節校準，使得頻率更加準確。如果音質要求不高的可以采用中串聯分壓結構，此法電阻阻值選取會彼此受影響，精度相對較低。

4 結論

本設計以文氏橋振蕩電路及音頻放大電路為核心進行設計，利用簡單的鍵盤輸入和揚聲器組合，實現能夠實現電子琴的各項基本功能，給出不同應用環境下的不同方案，具有較為可觀的實用價值。

【參考文獻】

[1]常春耘，顧艷麗，王正元，等.電工電子實驗技術（上冊）[M].北京：人民郵電出版社，2014：113-115.

[2]毛會瓊，陳世海，王軍.文氏橋振蕩器研究性實驗設計[J].實驗技術與管理，2016，33（11）：102-104+116.

[3]傅曉程.基于PSPICE的波形發生電路仿真分析[J].實驗技術與管理，2005，22（04）：67-69.

[4]蘭羽，周茜.基于Multisim八音階電子琴的設計與仿真[J].電子設計工程.2012，20（12）：52-54.