电子电路学习笔记（17）——蜂鸣器
时间：2022-12-11 22:30:00
一、简介
蜂鸣器是一种集成的电子息器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话、定时器等电子产品。蜂鸣器主要分为压电蜂鸣器和电磁蜂鸣器两种类型的蜂鸣器在电路中使用字母H”或“HA(旧标准使用旧标准FM”、“ZZG”、“LB”、“JD等等)表示。
二、符号
三、分类
根据其驱动原理，可分为：有源蜂鸣器（包括驱动线路，也称为自激蜂鸣器）和无源蜂鸣器（外部驱动，也称为他激蜂鸣器）；
3.1 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别
注：这里的源不是指电源，而是指震荡源。换句话说，有源蜂鸣器内部有震荡源，一通电就会叫；而无源内部没有冲击源，所以如果使用直流信号，它就不能鸣叫。必须使用2K-5K方波驱动它。有源蜂鸣器往往比无源蜂鸣器源蜂鸣器往往比无源蜂鸣器贵。
有源蜂鸣器的优点是程序控制方便。
无源蜂鸣器的优点是：
- 便宜
- 声频可控，能产生多来米发索拉西的效果
- 可以和一些特例LED复用控制口
3.2 区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器
a、b从外观上看，两种蜂鸣器似乎是一样的，但仔细看，它们的高度略有不同，有源蜂鸣器a，高度为9mm，无源蜂鸣器b的高度为8mm。如果把两个蜂鸣器的引脚放在上面，可以看出一种绿色电路板是无源蜂鸣器，有源蜂鸣器没有电路板，用黑胶封闭。
四、工作原理
无源他激输入谐振装置转换为声信号输出，无源他激蜂鸣器的工作声原理图如图所示：
激动蜂鸣器的工作声音原理是：在谐振装置的作用下，直流电源输入通过振荡系统放大取样电路产生声音信号，激动蜂鸣器的工作声音原理图如图所示：
五、主要参数
- 工作电压：
电磁蜂鸣器从1.5到24V；
3.压电蜂鸣器V到220V都是可行的，但一般压电建议9V为了获得更大的声音，上述电压。 - 消耗电流：
根据电压的不同，电磁蜂鸣器有几十到几百毫安培；
压电蜂鸣器省电多，几毫安培就能正常移动，当蜂鸣器启动时，瞬间需要消耗约三倍的电流。 - 驱动方式：
只要连接到直流电，两种蜂鸣器都有自激式(DC)由于动作原理不同，可以发出声音，因为驱动线已经建在蜂鸣器中，
电磁蜂鸣器驱动电磁蜂鸣器；
压电蜂鸣器的方波可以有更好的声音输出。 - 尺寸：
蜂鸣器的尺寸会影响音量和频率，
电磁蜂鸣器最小从7mm到最大的25mm；
12压电蜂鸣器mm到50mm或者更。 - 连接方式：
一般常见的有插针(DIP)，焊线(Wire)，贴片(SMD)，大有锁紧螺钉的方法。 - 音压：
蜂鸣器常以10cm作为测试标准，距离增加一倍，可能会衰减6dB，相反，缩短一倍的距离会增加6dB，
电磁式蜂鸣器大约能达到85dB / 10cm的水准；
压电蜂鸣器可以大声制作，常见的报警器大多是压电蜂鸣器制作的。
六、驱动电路
6.1 基本构成
由于蜂鸣器的工作电流一般较大，因此单片机I/O 口不能直接驱动(但是AVR可以驱动小功率蜂鸣器)，所以要用放大电路驱动，一般用三极管放大电流。
蜂鸣器驱动电路一般包括三极管、蜂鸣器、续流二极管和电源滤波电容器。
- 蜂鸣器：
直流电压(有源蜂鸣器)或方波(无源蜂鸣器)可在声音元件的两端发出声音。其主要参数为外观尺寸、声音方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动模式(直流/方波)等。这些可以根据需要选择。 - 续流二极管：
蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬态，因此必须有一个续流二极管来提供续流。否则，蜂鸣器两端会产生几十伏的峰值电压，可能会损坏驱动三极管，干扰整个电路系统的其他部件。 - 滤波电容：
滤波电容C1的功能是过滤蜂鸣器电流对其他部件的影响，并改善电源的交流阻抗。如果可能的话，最好并联220uF电解电容。 - 三极管：
三极管Q1起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。
6.2 NPN蜂鸣器由三极管控制
6.2.1 常规设计
- 电阻R1 为限流电阻，防止基极电流过大损坏三极管。
- 电阻R2 有两个重要作用：
- 相当于基极的下拉电阻。如果A端被悬空，那是因为R2的存在可以使三极管保持在可靠的关闭状态(当电路关闭时，由于三极管有结间电容，三极管be段端电压由0.7V慢慢下降，三极管没有完全关闭，长时间放大会损坏三极管)。如果删除R2则当BUZZER输入端悬挂时，容易受到干扰，可能导致三极管状态意外翻转或进入预期放大状态，导致蜂鸣器意外发声。因此，增加下拉电阻进行放电。
- 提高高电平的门槛电压。如果删除R2.三极管的高电平门槛电压仅为0.7V，即A端输入电压超过0.7V 可导通，添加R2的情况不同，当从A端输入电压达到2左右时.2V 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。然后集电极电流IC=15mA。当三极管刚刚达到饱和导通时，基极电流是 IB=15mA/120=0.125mA。流经R2的电流是0.7V/3.3k?=0.212mA，流经R1的电流 IR1=0.212mA 0.125mA=0.337 mA。最后算出BUZZER端的门槛电压为0.7V 0.337mA× 4.7k?=2.2839V≈2.3V。
- 电容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应用卡时，这里初步选择0.1uF 可根据实际情况选择电容。
- 电容C2 过滤电源的高频杂波。
6.2.2 改进设计1
在 NPN 3.3V 在电路中控制有源蜂鸣器 BUZZER 输入高电平，让蜂鸣器鸣叫，检测蜂鸣器输入管脚（NPN 当蜂鸣器发出声音时，三极管的C极信号向外发生1.87KHz，-2.91V 脉冲信号。
因此，我们可以考虑添加过滤电容器来过滤脉冲信号。在有源蜂鸣器的两端添加104个过滤电容器C3.脉冲信号减少到-110mV，如下图所示，但由于电容充电缓慢，顶部信号有点延迟。
6.2.3 改进设计2
蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有续流二极管D1提供续流。否则，蜂鸣器两端会有反向感应电势，产生几十伏的尖峰电压，可能会损坏驱动三极管，干扰整个电路系统的其他部件。如果电路中的工作电压较大，则应使用耐压值较大的二极管。如果电路工作频率较高，则应选择高速二极管
6.3 PNP蜂鸣器由三极管控制
当网络节点Beep三极管是高电平时的Q截止日期，蜂鸣器无电流，不响。
当网络节点Beep三极管通常用于低电Q蜂鸣器有电流，会响。
- 电阻R1,R2 蜂鸣器的限流电阻是一种非常常见的安装方法，主要起两个作用：
- 这两个电阻并联分流，使每个电阻上的热量不超过其额定功耗，保证电阻寿命；
- 方便调试。如果能满足电阻功率，如果要增加蜂鸣器的响度，只需并联一个电阻，不需要拆下原电阻，调试方便。同时，当无法选择合适的电阻时，也可以并联解决。
- 电阻R3 上拉电阻的目的是Beep节点悬挂时，三极管Q基极有稳定的高电平。li
- 电阻R4 为限流电阻，防止流过基极电流过大损坏三极管。
- 电容C1 为滤波电容，对刺耳的高频信号能起到旁路作用。
- 三极管Q1 起开关管的作用，控制蜂鸣器。
6.4 常见错误接法
- 第一种典型的错误接法
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。
- 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。
- 第三种典型的错误接法
三极管的高电平门槛电压就只有 0.7V，即在 BUZZER 端输入 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， 电磁干扰的环境下，很容易造成蜂鸣器鸣叫。
• 由 Leung 写于 2021 年 11 月 22 日
• 参考：蜂鸣器驱动电路的改进设计
蜂鸣器驱动电路图大全（五款蜂鸣器驱动电路原理图）
蜂鸣器电路原理图
