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电子器件系列27:无源蜂鸣片

一、介绍原理

网上原创太少,没有干货,基本都是用这个链接:

蜂鸣器、蜂鸣器的原理以及驱动电路的个人理解_消雨匆匆-CSDN博客_蜂鸣片的工作原理

二、参数说明

谐振频率:

谐振频率是指如果电容器与电感器并联,可能发生在一个非常小的时间内:电容器电压逐渐升高,但电流逐渐降低;电感器电流逐渐增加,电感器电压逐渐降低。在另一个很小的时间内:电容的电压逐渐降低,但电流逐渐增加;电感电流逐渐减少,电感电压逐渐增加。电压的增加可以达到正最大值,电压的降低也可以达到负最大值。在此过程中,同一电流的方向也会发生正负方向的变化,称为电路振荡。当谐振电路外输入电压的正弦频率达到特定频率(即电路的谐振频率)时,谐振电路的感应阻力等于容抗,Z=R,谐振电路具有纯电阻性质,即谐振。谐振电路将输入放大Q倍,Q质量因数。

谐振阻抗:

当外加电源Us的频率f=f0时,由于电路谐振,XL=XC,并联电路谐振时,电路阻抗达到最大值(串联电路谐振时,电路阻抗为最小值),电路阻抗称为谐振阻抗Z0或谐振电阻R。

这里的谐振包括串联谐振和并联谐振。

静态电容:

蜂鸣器工作时主要呈现电容特性

三、典型电路

包括增压电感驱动电路和增压电感驱动电路

压电陶瓷蜂鸣驱动电路

压电陶瓷蜂鸣片的驱动电路? - 电路设计论坛 - 电子技术论坛 - 广受欢迎的专业电子论坛!

这些电路大概在网上找到了:

蜂鸣器报警器电路图大全(五个模拟电路设计原理图详解)-电子爱好者网

全文复制粘贴如下:

使用电路原理图SH69P43用于控制芯片MHz晶振作为主振荡器

首先分析蜂鸣器。蜂鸣器的工作频率是2万Hz,也就是说,蜂鸣器的驱动信号波形周期是500μs,由于是1/2duty因此,一个周期内高电平和低电平的时间宽度为250μs。在软件设计中,将根据两种驱动方式进行说明。

由于PWM蜂鸣器只控制固定频率,因此可以在程序系统初始化时进行PWM设置输出波形。

首先根据SH69P43的PWM输出的周期宽度是10位数据来选择PWM时钟。系统使用4MHz晶振作为主振荡器,一个tosc的时间就是0.25μs,若是将PWM时钟设置为tosc蜂鸣器要求的波形周期为500μs的计数值为500μs/0.25μs=(2000)10=(7D0)16,7D0H为11位数据,而SH69P43的PWM

输出周期宽度只有10位数据,所以选择PWM的时钟为tosc蜂鸣器所需的驱动波形无法实现。

这里将PWM时钟设置为4tosc,这样一个PWM时钟周期为1μs可以算出500μs对应的计数值为5000μs/1μs=(500)10=(1F4)16,即在三个寄存器中分别填充高2位、中4位和低4位F和4,设置输出周期。然后设置占空比寄存器PWM输出中占空比的实现是

通过在一个周期内设置电平的宽度来实现。当输出模式选择为普通模式时,空比寄存器用于设置高电平的宽度。μs的宽度计数值为250μs/1μs=(250)10=(0FA)16.只需在占空比寄存器的高2位、中4位和低4位中分别填充0位F和A可以设置占空比,设置占空比为1/2duty。

以后只需要打开PWM输出,PWM输出出口自然可以输出2000Hz、占空比为1/2duty的方波。

使用I/O定时翻转电平驱动蜂鸣器的设置相对简单,只需分析波形即可。因为驱动信号只是周期500μs,占空比为1/2duty每250只需要方波μs通过电平翻转,可以获得驱动蜂鸣器的方波信号。可用于程序TIMER0来定时,将TIMER0的预分频设置为/1,选择TIMER0始终是系统时钟(主振荡器时钟/4)TIMER00载入/计数寄存器的高4位和低4位分别写入00H和06H,就能将TIMER中断设置为250μs。当需要I/O当口驱动的蜂鸣器鸣叫时,只需要进入TIMER0中断的时候对该I/O口的电平翻转一次,直到蜂鸣器不需要鸣叫。I/O口的电平设置为低电平。不鸣叫时将I/O口的输出电平设置为低电平,以防止漏电。

使用555定时器的蜂鸣器是一个简单的电路。当水银开关被触发时,电路可以在任何时间间隔内激发灯、喇叭或其他信号装置。由于水银开关电流处理能力不高,SCR用于处理555定时器电路的电流。最低选择SCR额定电流为500mA,安全驾驶的555IC和继电器。不需要报警吸收的继电器电流小于200mA在这种情况下,报警器可以直接安装和更换继电器线圈。

(1)下图为典型电磁炉的报警驱动电路和蜂鸣器。该电路主要由操作放大器驱动IC3SF由324中的两个操作放大器组成。蜂鸣驱动信号(脉冲)经过Q15、Q16放大后加入第一个操作放大器IC3C的⑨脚放大后由⑧通过二极管输出信号D27、晶体管Q17驱动第二个操作放大器IC3D的13脚。IC3D14脚接蜂鸣器的输出端。两级放大后,将控制信号添加到电路的输入端,IC3D14脚输出脉冲信号,驱动蜂鸣器发出声音。

(2)下图报警驱动电路通过MCU微处理器的BUZ驱动控制端,MCU通过微处理器BUZ通过晶体管输出脉冲信号Q5放大后,驱动蜂鸣器发出声音,包括二极管VD50用于吸收反向脉冲保护Q5晶体管。

在一些感应炉中,振荡/延迟电路可以延长蜂鸣器的蜂鸣时间,以延迟蜂鸣器的蜂鸣时间,如图15-6所示,是振荡/延迟电路的物理形状和简单连接示意图。微处理器触发的振荡/延迟电路HA17555的②脚后面,电蜂鸣器路通过③脚输出一定时间的驱动脉冲,使蜂鸣器发出声音。

下图为振荡/延迟电路的内部结构图及各引脚的功能。

蜂鸣器报警器电路图(3)

电路见附图。电路由电容器组成Cl降压、12V稳压管1N稳压4742,二极管Dl整流,电容器C滤波后供电。刚来电时,因为电容器C三端电压不能突变,近似为0,使三极管Vl截止,电阻R4绐三极管V2提供足够大的基极电流,连接射极跟随器V蜂鸣器饱和HA声音,通知线路来电。随着C3通过R三极管连续充电Vl逐渐进入饱和状态,使三极管V2截止,HA停止发声。

停电时,电容器C3通过二极管D4和电阻R2快速放电,由于放电时间常数小,三极管在短时间内使用Vl当电容器重新停止时,电容器C4向三极管V2.相关电路供电V重新导通饱和,HA发声报讯,通知线路停电。

当C当四端电压放电到较小值时,蜂鸣器HA停止报讯。

调整电阻R3或电容器C3的参数值可以改变参数值HA鸣响时间;增减电容器C4的容量,可改变停电时HA鸣响时间。

二极管D2.保证停电C4仅向三极管V电路供电,二极管D3可以适当延长来电时间HA报讯时间。

这个简单的电路可以在交流电源中断电(或者电压低于50)V)发出报警声。

交流市电经二极管D半波整流,电阻R1、R2、R3和R4串联成分压器R3上分得小电压控制晶体管T1与MOS场效应管T2工作状态。一旦交流断电或电压过低,蜂呜Bz发出报警声。

由于二极管D1起半波整流作用,因而送入晶体管T1.脉冲直流信号。交流电源电压正常。R保持3上的电压T一旦交流电网电压低于50v,则R3上电压降至低于T导通所需的门槛值,T1截止,而T2.栅极电压升高。足以提高。T蜂鸣器发出强烈的报警声。

在交流电网正常情况下,报警器基本不消耗电能,分压器中的电阻为高电阻值。流过这些电阻的电流低于10μA。T2选MOS场效管。可使R5选择10MΩ的阻值(因MOS管栅极的电流很小)T1导通、T2截止时。通过电路的电流只有1左右μA,普通电池可以使用几年,蜂鸣器可以使用CEP-2260A.9V电源耗电5mA。

该报警器的测试很简单.安装完后插入交流电源,蜂鸣器应不发声.再从交流电源插座上拔出,蜂呜器应发出强音.表示电路工作正常。但要注意:若电路一直插入交流市电.决不可去触摸电池!

红外感应报警电路的设计理念来自于自动开关的生活场景。当人们进入银行时,门会自动打开,离开后门会自动关闭。或者来自肯德基等高端餐厅的水龙头,当手放在水龙头下时,水会自动流出,离开后水会自动关闭。电路应用的生活场景很多,是电路设计师必须掌握的电路。红外二极管感应报警电路焊接专用原理图如下:

红外二极管感应报警电路主要由红外感应电路、电压取样比较电路、声光报警电路等构成。红外感应电路由红外发射管VD1、红外接收管VD2、瓷片电容C1、C2构成。电压取样比较电路由电位器RP1、通用运算放大器LM358构成,声光报警电路由9012三极管VT1、VT2、有源蜂鸣器HA1、发光二极管LED1构成。

特别要说明的是本电路焊接成功后,必须调试后才能达到相应的效果,只有弄懂了红外感应电路的工作原理后才能调试相关的参数,具体调试方法如下。通上5V电源,红外发射管VD1导通,发出红外光(眼睛是看不见的),如果此时没有用手挡住光,则红外接收管VD2没有接受到红外光,红外接收管VD2仍然处于反向截止状态。

红外接收管VD2负极的电压仍然为高电平,并送到LM358的3脚。LM358的2脚的电压取决于电位器RP1,只要调节电位器RP1到合适的位置(用万用表测量LM358的2脚的电压大概为2.5V左右),就能保证LM358的3脚的电压大于LM358的2脚的电压,根据比较器的工作原理,当V+》V-的时候,LM358的1脚就会输出高电平,并通过限流电阻R3送到PNP型三极管VT1、VT2的基极,致使三极管VT1、VT2截止,蜂鸣器HA1不发声,发光二极管LED熄灭。

当用手靠近红外发射管VD1时,将红外光档住并反射到红外接收管VD2上,红外接收管VD2接受到红外光,立刻导通,使得红外接收管VD2负极的电压急速下降,该电压送到LM358的3脚上。此时,LM358的3脚电压下降到低于2脚的电压,根据比较器的工作原理,V+通过以上调试,就可以实现当手移动到红外发射管VD1和红外接收管VD2的上面时,蜂鸣器发声,发光二极管点亮。

当手离开红外发射管VD1和红外接收管VD2的上面时,蜂鸣器停止发声,发光二极管熄灭,产生了感应手的效果。

无源蜂鸣器驱动电路图_电子技术_电工之家

四、实际问题

声音太小?

可能是没使用谐振频率

不发声?

可能是没有驱动电流或者驱动电压不够

判断好坏?

蜂鸣片结构简单,只要外观完整,把蜂鸣片靠近耳朵,用一节1.5V的电池给它断续通电,能听到“咔,咔”的响声,一般都是好的。它的阻抗很高,振荡频率也很高,需要专门的驱动电路提供高电压(一般几十伏)高频的驱动信号。要准确定量的测蜂鸣片谐振频率需要专门的仪器。一般在几千赫兹吧!不过它发出的声音的频率和驱动信号的频率肯定是一样的(也可能有谐波)。

有一篇论文很详细:

蜂鸣片综合参数测试仪的研究与设计 - 豆丁网

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的驱动方式详解(精华版)

知网可以搜:压电蜂鸣器的应用

知乎上有个大神写的很好

【硬件设计】蜂鸣器常见错误电路分析

蜂鸣器(Buzzer)是一类常见的电声器件,具有结构简单、紧凑、体积小、重量轻、成本低等优点,发声范围一般有数百Hz到十几kHz,广泛应用于各种电子设备当中(空调、洗衣机、电脑等内部都有蜂鸣器)。蜂鸣器在电路中电路图形符号用字母“H”或“HA”(旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等)表示。

下面我们介绍最常用的两类蜂鸣器:有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

从驱动方式分类,有源驱动和无源驱动,有源蜂鸣器又称为直流蜂鸣器,其内部已经包含了一个多谐振荡器,只要在两端施加额定直流电压即可发声,具有驱动、控制简单的特点,但价格略高。无源蜂鸣器又称为交流蜂鸣器,内部没有振荡器,需要在其两端施加特定频率的方波电压(注意并不是交流,即没有负极性电压)才能发声,具有可靠、成本低、发声频率可调整等特点。

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器有什么区别:这里的“源”不是指电源,而是指震荡源。也就是说,有源蜂鸣器内部带震荡源,所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源,所以如果用直流信号无法令其鸣叫,必须用2K~5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往往比无源的贵,就是因为里面多了个震荡电路。

下面我们从EasyARM-i.MX283开发套件入手,就3.3V NPN三极管驱动有源蜂鸣器设计,从实际产品中分析电路设计存在的问题,提出电路的改进方案,使读者能从小小的蜂鸣器电路中学会分析和改进电路的方法,从而设计出更优秀的产品,达到抛砖引玉的效果。

图7.24错误接法1

图7.24为典型的错误接法,当BUZZER端输入高电平时蜂鸣器不响或响声太小。当I/O口为高电平时,基极电压为3.3/4.7*3.3V≈2.3V,由于三极管的压降0.6~0.7V,则三极管射极电压为2.3-0.7=1.6V,驱动电压太低导致蜂鸣器无法驱动或者响声很小。

图7.25错误接法2

图7.25为第二种典型的错误接法,由于上拉电阻R2,BUZZER端在输出低电平时,由于电阻R1和R2的分压作用,三极管不能可靠关断。

图7.26错误接法3

图7.26为第三种错误接法,三极管的高电平门槛电压就只有0.7V,即在BUZZER端输入电压只要超过0.7V就有可能使三极管导通,显然0.7V的门槛电压对于数字电路来说太低了,在电磁干扰的环境下,很容易造成蜂鸣器鸣叫。

图7.27错误接法4

图7.27为第四种错误接法,当CPU的GPIO管脚存在内部下拉时,由于I/O口存在输入阻抗,也可能导致三极管不能可靠关断,而且和图7.26一样 BUZZER端输入电压只要超过0.7V就有可能使三极管导通。

图7.28 NPN三极管控制有源蜂鸣器常规设计

图7.28为通用有源蜂鸣器的NPN三极管控制有源蜂鸣器常规设计驱动电路。电阻R1为限流电阻,防止流过基极电流过大损坏三极管。电阻R2有着重要的作用,第一个作用,R2相当于基极的下拉电阻,如果输入端悬空则由于R2的存在能够使三极管保持在可靠的关断状态,如果删除R2则当BUZZER输入端悬空时则易受到干扰而可能导致三极管状态发生意外翻转或进入不期望的放大状态,造成蜂鸣器意外发声。第二个作用,R2可提升高电平的门槛电压。如果删除R2,则三极管的高电平门槛电压就只有0.7V,即A端输入电压只要超过0.7V就有可能导通,添加R2的情况就不同了,当从A端输入电压达到约2.2V时三极管才会饱和导通,具体计算过程如下:

假定β=120为晶体管参数的最小值,蜂鸣器导通电流是15mA,那么集电极电流IC=15mA,则三极管刚刚达到饱和导通时的基极电流是:

流经R2的电流是:

流经R1的电流:

最后算出BUZZER端的门槛电压是:

图7.28中的C2为电源滤波电容,滤除电源高频杂波。C1可以在有强干扰环境下,有效的滤除干扰信号,避免蜂鸣器变音和意外发声。在RFID射频通讯、Mifare卡的应用中,这里初步选用0.1uF的电容,具体可以根据实际情况选择。

在NPN 3.3V控制有源蜂鸣器时,在电路的BUZZER输入高电平,让蜂鸣器鸣叫,检测蜂鸣器输入管脚(NPN三极管的C极)处信号,发现蜂鸣器在发声时,向外发生1.87KHZ,-2.91V的脉冲信号,如图7.29所示。

图7.29蜂鸣器自身发放脉冲

在电路的BUZZER输入20Hz的脉冲信号,让蜂鸣器鸣叫,检测蜂鸣器输入管脚处信号,发现蜂鸣器在发声时,在控制电平上叠加了1.87KHz,-2.92V的脉冲信号,并且在蜂鸣器关断时出现正向尖峰脉冲(≥10V),如图7.30所示。

图7.30蜂鸣器自身发放脉冲

图7.30中1.87KHz,-2.92V的脉冲信号应该是有源蜂鸣器内部震荡源释放出来的信号常用有源蜂鸣器主要分为压电式、电磁震荡式两种,i.MX283开发板上用的是压电式蜂鸣器,压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成,而多谐震荡器由晶体管或集成电路构成,我们所用的蜂鸣器内部含有晶体管震荡电路(有兴趣的朋友可以自己拆开看看)。

有源蜂鸣器产生脉冲信号能量不是很强,可以考虑增加滤波电容将脉冲信号滤除。消除蜂鸣器EMI辐射后改进电路图如图7.31所示,在有源蜂鸣器的两端添加一个104的滤波电容后,脉冲信号削减到-110mV,如图7.32所示,但顶部信号由于电容充电过慢,有点延时。

图7.31 NPN有源蜂鸣器控制电路改善后电路图

图7.32减少蜂鸣器自身发放脉冲

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