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RC电路的实际应用之 控制电子琴的键位发音 工业系统的应用背景 1).微分电路 　　微分电路的电路图如图1所示，其中电容为C，电阻为R，uI为输入电压，uo为输出电压。当R＜＜1/ωC 时， 。所以 　　 图1 　　由上式可见，输出电压是输入电压的微分。注意：满足上述微分关系的前提是，必须符合：R＜＜1/ωC的条件。 2).积分电路： 　　积分电路的电路图如图2所示。当R＞＞1/ωC 时， 。所以 　　 图2 　　可见输出电压是输入电压的积分。注意：上述积分关系必须满足：R＞＞1/ωC的条件。 其中RC积分电路在示波器中显示的图像为（矩形波输入）： RC积分电路如图Z1605(a）所示 ，它是脉冲技术中的常用电路之一。该电路的时间常数τ较大，一般 取τ≧10tk。当输入信号Uｉ如图Z1605（b）所示 ，在t1时刻Uo（）=0，此后，Ui向C充电，Uo按指数规律上升； 在t２～t３期间，Uｉ=0，电容C处于放电状态 ，Uo下降； 在t３～t４期间，Uo又按指数规律上升，如此周而复始，就得到了近似锯齿波形的输出电压，如图Z1605（c）中Uo波形。 矩形脉冲的占空比不同，输出电压的幅度也 不同。显然，占空比越大，输出电压的幅度也 就越接近于输入信号的幅度E。 其中RC积分电路在示波器中显示的图像为（正弦波输入）： 纯电阻性交流电路中电流与所加电压同相，而电容性交流电路中电流与所加的电压不再同相。当电流与电压取关联参考方向时，电容性交流电路中流过电容的电流与电容两端所加电压的波形图如图1所示。 图1 电容电压与电流的关系 RC积分电路和微分电路的区别： 积分电路和微分电路都是利用电容两端电压不能突变的原理，两个电路确实只是把电容和电阻进行交换，同时电容的容量却不能交换的。一般积分电路中的电容容量要大，目的是让电容在输入脉冲的半个周期间保持线性充电状态而使得输出电压为线性上升。微分电路中的电容容量比较小，目的是让电容在输入正脉冲期间很快充电完成而使得输出电压很快就转为低电平。微分和积分电路实际上是高通和低通电路，用处很广泛。 系统简单原理的描述 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。 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： 　　可得选频特性： 　　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： 　　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。 　　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AF1，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