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来源 |广州致远电子工程师笔记

蜂鸣器是电路设计中常用的设备，广泛应用于工业控制报警、机房监控、门禁控制、计算机 当电子产品用作预警声音设备时，驱动电路也非常简单。然而，许多人在设计时经常随意设计，导致蜂鸣器在实际电路中无声、轻微声音和随机声音。

下面就 3.3V NPN 三极管驱动有源蜂鸣器设计，分析际产品中分析电路设计中存在的问题，提出电路改进方案，让读者学会分析和改进小蜂鸣器电路中的电路方法，从而设计出更好的产品，达到抛砖引玉的效果。

常见的错误接法

图1 当是典型的错误接法时 BUZZER 当端输入高电时，蜂鸣器通常不响或噪音太小。 I/O 当口腔为高电时，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，驱动电压过低导致蜂鸣器无法驱动或噪音小。

图1

图2 由于上拉电阻，是第二种典型的错误接法R2，BUZZER 当端部输出低电平时，因为 电阻R1和R三极管不能可靠用下不能可靠关闭。

图2

图3 对于第三种错误连接方法，只有三极管的高电平门槛电压 0.7V，即在 BUZZER 端输入 压只要超过0.7V三极管导通有可能，显然0.7V数字电路的门槛电压太低， 蜂鸣器在电磁干扰的环境中很容易鸣叫。

图3

图 4 当第四种错误接法CPU的GPIO当管脚内部下拉时，因为 I/O 输入阻抗也可能导致三极管不可靠关闭，与图3相同BUZZER端输入电压只要超过0.7V三极管导通有可能。

图4

我不认为上述用法是完全不可能的。对设备的各种参数要求有限，不利于设备选择，抗干扰性能差。

NPN 常规设计三极控制有源蜂鸣器

图 5 驱动电路为通用有源蜂鸣器。R1.限流电阻，防止基极电流过大损坏三极管。R它起着重要的作用。

第一个功能：R2 相当于基极的下拉电阻。如果a端悬挂，则是因为R如果删除，三极管的存在可以保持可靠的关闭状态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。

图5

第二个作用：R2.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是晶体管参数的最小值，蜂鸣器的导电流是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端的门槛电压是0.7V 0.337mA× 4.7k?=2.2839V≈2.3V。

图中的C二是电源滤波电容器，滤除电源高频杂波。C1在强干扰环境下，可有效过滤干扰信号，避免蜂鸣器发音和意外声音 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。

改进方案

有蜂鸣器EMI 辐射？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，如图所示 6 所示。

图 6 蜂鸣器本身发出脉冲

在电路的BUZZER 输入20Hz脉冲信号，让蜂鸣器鸣叫，检测蜂鸣器输入管脚信号，发现蜂鸣器在控制电平上叠加1.87KHz，-2.92V 蜂鸣器关闭时，正向尖峰脉冲信号出现（≥10V），如图7所示。

图 7

图7中1.87KHz，-2.92V 脉冲信号应该是有源蜂鸣器内部冲击源释放的信号。常用的有源蜂鸣器主要分为压电式， 两种电磁冲击， iMX283 压电蜂鸣器用于开发板。压电蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣器、阻抗匹配器、共振箱和外壳组成，多谐振荡器由晶体管或集成电路组成。我们使用的蜂鸣器含有晶体管振荡电路（感兴趣的朋友可以自己打开）。

有源蜂鸣器产生的脉冲信号能量不是很强，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一个104过滤电容器，将脉冲信号减少到-110mV，如图 8 但由于电容充电过慢，顶部信号有点延迟。

图 8 减少蜂鸣器本身的脉冲分配

消除蜂鸣器EMI如图9所示，辐射后改进电路图：

图 9 NPN 有源蜂鸣器控制电路改进后，电路图

兼容性设计

作为标准电路，需要考虑电路的兼容性，如具有相同耐压性和不同功率的有源蜂鸣器 源蜂鸣器与无源蜂鸣器的兼容性。

1.有源蜂鸣器电路设计和不同功率的有源蜂鸣器电路

为了电路的兼容性和可扩展性，电路需要考虑与不同制造商和不同功率的蜂鸣器兼容。 耐压蜂鸣器主要是由于蜂鸣器的内阻和工作电流不同 3V~5V 耐压蜂鸣器，不同功率的蜂鸣器导电流是 10mA~80mA。我们可以根据最大功率的蜂鸣器设计电路，即三极管的驱动电流 80 mA 设计。

假定：β＝120 蜂鸣器导通电流是晶体管参数的最小值 80 mA。然后集电极电流 IC ＝80 mA。当三极管刚刚达到饱和导通时，基极电流 IB＝80mA／ 120＝0.667mA。流经 R2的电流是 0.7V／ 3.3k?＝ 0.212mA，所以流经 R1 的电流应该是 IR1=0.667mA 0.125mA=0.792mA。BUZZER 设置端的门槛电压 2.2V，那么 R1=(2.2V-0.7V)/ 0.792mA=1.89K。电阻取常规 2K 即可。

若电路更换功率稍大的有源蜂鸣器，可按上述计算方法计算 R1 的大小。

2.兼容有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的电路设计

在电路设计过程中，经常会遇到需求变化，例如，在项目初期，蜂鸣器的声音频率没有 要求，但后期需要更换无源蜂鸣器，然后需要修改电路图，甚至修改 PCB， 这增加了成本、周期和风险的变化。

无源蜂鸣器与无源蜂鸣器驱动电路的区别主要在于无源蜂鸣器本质上是一种感性元件， 其电流不能瞬变，因此必须有续流二极管提供续流。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它部分。若电路工作电压较大，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 使用高速二极管。这里的选择是 IN4148 开关二极管。电路如图 10 所示。

图 10 NPN 无源蜂鸣器控制电路

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