硬件电路设计之“蜂鸣器”

蜂鸣器在实际硬件电路中比较常见,一般的开发板或者带报警功能的系统,或是一些自检测试板卡中都能见到,本文就针对蜂鸣器的分类、驱动方式等进行介绍。


1、分类

蜂鸣器按其结构分主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后,振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场,振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下,周期性的振动发声。

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。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成,当接通电源后,多谐振荡器起振,输出1.52.5KHz的音频信号,阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

蜂鸣器按其是否带有信号源(振荡源)又分为有源和无源两种类型。有源蜂鸣器只需要在其供电端加上额定直流电压,其内部的震荡器就可以产生固定频率的信号,驱动蜂鸣器发出声音(自激式,电磁和压电式均有)。

无源蜂鸣器和喇叭一样,需要在其供电端上加上高低不断变化的电信号才可以驱动发出声音(他激式,电磁和压电式均有)。


2、驱动方式

电磁式蜂鸣器(MagneticBuzzer)应给予1/2方波(以V0-p计算),在激活时,确保至少有三倍于额定消耗电流的电流。(蜂鸣器本质上是一个感性元件,其电流不能瞬变,因此必须有一个续流二极管提供续流。否则,在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压,可能损坏驱动三极管,并干扰整个电路系统的其它部分。)



蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈,使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的,因此需要一定的电流才能驱动它,MCU的IO引脚输出的电流较小,输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器,因此需要增加一个电流放大电路,一般通过一个三极管来放大驱动蜂鸣器。

电磁式用1.5V就可以发出85dB以上的音压,但消耗电流会大大高于压电式。

压电式蜂鸣器(PiezoBuzzer)则应给予方波,若给1/2方波,极可能不会动作,因为只有半周的动作。压电式是靠电压驱动,电压的控制是重要的因素。压电式蜂鸣器需要较高的电压才能有足够的音压,一般在9V以上,有些规格可以达到120dB以上,较大尺寸的很容易达到100dB。



鸣器的驱动电路,实际画原理图时需在三极管基极设置上拉或下拉,以使蜂鸣器在系统刚上电时不会乱响(系统刚上电时GPIO状态不确定,可能会让蜂鸣器发声)。


3、蜂鸣器和喇叭的区别

蜂鸣器和喇叭的主要区别如下:

  • 蜂鸣器一般是高阻,直流电阻无限大,交流阻抗也很大,窄带发声器件,通常由压电陶瓷片发声。需要较大的电压来驱动,但电流很小,几mA就可以了。功率也很小。

  • 喇叭则是低阻,直流电阻几乎是0,交流阻抗一般几欧到十几欧。宽频发声器件,通常由利用线圈的电磁力推动膜片发声。

  • 有源蜂鸣器只能用固定电压驱动,发声频率出厂时就固定了;而喇叭通过驱动器可以发出各种声音。