[導(dǎo)讀]寫在前面蜂鳴器是最常用的發(fā)聲期間,相信很多人的電子之路就是從設(shè)計蜂鳴器、驅(qū)動蜂鳴器作為開始的,其驅(qū)動電路雖然簡單,但是卻非常有學(xué)問,今天和大家來分享一下設(shè)計細(xì)節(jié)。素材來源:芯片電子之家Part1摘要??蜂鳴器是電路設(shè)計中常用的器件,廣泛用于工業(yè)控制報警、機(jī)房監(jiān)控、門禁控制、計算機(jī)...
寫在前面
蜂鳴器是最常用的發(fā)聲期間,相信很多人的電子之路就是從設(shè)計蜂鳴器、驅(qū)動蜂鳴器作為開始的,其驅(qū)動電路雖然簡單,但是卻非常有學(xué)問,今天和大家來分享一下設(shè)計細(xì)節(jié)。
素材來源:芯片電子之家Part1 摘要
??蜂鳴器是電路設(shè)計中常用的器件,廣泛用于工業(yè)控制報警、機(jī)房監(jiān)控、門禁控制、計算機(jī) 等電子產(chǎn)品作預(yù)警發(fā)聲器件,驅(qū)動電路也非常簡單,然而很多人在設(shè)計時往往隨意設(shè)計,導(dǎo) 致實際電路中蜂鳴器不發(fā)聲、輕微發(fā)聲和亂發(fā)聲的情況發(fā)生。??下面就 3.3V NPN 三極管驅(qū)動有源蜂鳴器設(shè)計,從實際產(chǎn)品中分析電路設(shè)計存在的問題,提出電路的改進(jìn)方案,使讀者能從小小的蜂鳴器電路中學(xué)會分析和改進(jìn)電路的方法,從而設(shè)計出更優(yōu)秀的產(chǎn)品,達(dá)到拋磚引玉的效果。Part2 常見錯誤接法
??圖1 為典型的錯誤接法,當(dāng) BUZZER 端輸入高電平時蜂鳴器不響或響聲太小。當(dāng) I/O 口為高電平時,基極電壓為 3.3/4.7*3.3V≈2.3V,由于三極管的壓降 0.6~0.7V,則三極管射 極電壓為 2.3-0.7=1.6V,驅(qū)動電壓太低導(dǎo)致蜂鳴器無法驅(qū)動或者響聲很小。
??圖2 為第二種典型的錯誤接法,由于上拉電阻R2,BUZZER 端在輸出低電平時,由于 電阻R1和R2的分壓作用,三極管不能可靠關(guān)斷。??圖3 為第三種錯誤接法,三極管的高電平門檻電壓就只有 0.7V,即在 BUZZER 端輸入 壓只要超過0.7V就有可能使三極管導(dǎo)通,顯然0.7V的門檻電壓對于數(shù)字電路來說太低了, 電磁干擾的環(huán)境下,很容易造成蜂鳴器鳴叫。
??圖 4 為第四種錯誤接法,當(dāng)CPU的GPIO管腳存在內(nèi)部下拉時,由于 I/O 口存在輸入阻抗,也可能導(dǎo)致三極管不能可靠關(guān)斷,而且和圖3一樣BUZZER端輸入電壓只要超過0.7V就有可能使三極管導(dǎo)通。
??以上幾種用法我覺得也不能說是完全不行,對于器件的各種參數(shù)要求會比較局限,不利于器件選型,抗干擾性能也比較差。Part3 NPN 三極管控制有源蜂鳴器常規(guī)設(shè)計
??圖 5 為通用有源蜂鳴器的驅(qū)動電路。電阻R1為限流電阻,防止流過基極電流過大損壞三極管。電阻R2有著重要的作用,第一個作用:R2 相當(dāng)于基極的下拉電阻。如果A端被懸空則由于R2的存在能夠使三極管保持在可靠的關(guān)斷狀態(tài),如果刪除R2則當(dāng)BUZZER輸入端懸空時則易受到干擾而可能導(dǎo)致三極管狀態(tài)發(fā)生意外翻轉(zhuǎn)或進(jìn)入不期望的放大狀態(tài),造成蜂鳴器意外發(fā)聲。第二個作用:R2可提升高電平的門檻電壓。如果刪除R2,則三極管的高電平門檻電壓就只有0.7V,即A端輸入電壓只要超過0.7V 就有可能導(dǎo)通,添加R2的情況就不同了,當(dāng)從A端輸入電壓達(dá)到約2.2V 時三極管才會飽和導(dǎo)通,具體計算過程如下:
??假定β =120為晶體管參數(shù)的最小值,蜂鳴器導(dǎo)通電流是15mA。那么集電極電流IC=15mA。則三極管剛剛達(dá)到飽和導(dǎo)通時的基極電流是 IB=15mA/120=0.125mA。流經(jīng)R2的電流是0.7V/3.3k?=0.212mA,流經(jīng)R1的電流 IR1=0.212mA 0.125mA=0.337 mA。最后算出BUZZER端的門檻電壓是0.7V 0.337mA× 4.7k?=2.2839V≈2.3V。??圖中的C2為電源濾波電容,濾除電源高頻雜波。C1可以在有強干擾環(huán)境下,有效的濾除干擾信號,避免蜂鳴器變音和意外發(fā)聲,在 RFID射頻通訊、Mifare卡的應(yīng)用時,這里初步選用0.1uF 的電容,具體可以根據(jù)實際情況選擇。Part4 改進(jìn)方案
??蜂鳴器竟然有EMI 輻射?!在 NPN 3.3V 控制有源蜂鳴器時,在電路的 BUZZER 輸入 高電平,讓蜂鳴器鳴叫,檢測蜂鳴器輸入管腳(NPN 三極管的C極處信號,發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在發(fā)聲時,向外發(fā)生1.87KHz,-2.91V 的脈沖信號,如圖 6 所示。??在電路的BUZZER 輸入20Hz的脈沖信號,讓蜂鳴器鳴叫,檢測蜂鳴器輸入管腳處信號,發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在發(fā)聲時,在控制電平上疊加了1.87KHz,-2.92V 的脈沖信號,并且在蜂鳴器關(guān)斷時出現(xiàn)正向尖峰脈沖(≥10V),如圖7所示。??圖7中1.87KHz,-2.92V 的脈沖信號應(yīng)該是有源蜂鳴器內(nèi)部震蕩源釋放出來的信號。常用有源蜂鳴器主要分為壓電式、 電磁震蕩式兩種, iMX283 開發(fā)板上用的是壓電式蜂鳴器,壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成,而多諧震蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成,我們所用的蜂鳴器內(nèi)部含有晶體管震蕩電路(有興趣的朋友可以自己拆開看看)。
??有源蜂鳴器產(chǎn)生脈沖信號能量不是很強,可以考慮增加濾波電容將脈沖信號濾除。在有源蜂鳴器的兩端添加一個104的濾波電容,脈沖信號削減到-110mV,如圖 8 所示,但頂部信號由于電容充電過慢,有點延時。??消除蜂鳴器EMI輻射后改進(jìn)電路圖如圖9所示:Part5 兼容性設(shè)計
??作為標(biāo)準(zhǔn)電路,需要考慮電路的兼容性問題,比如同樣耐壓不同功率的有源蜂鳴器,有 源蜂鳴器和無源蜂鳴器的兼容性問題。1兼容同樣耐壓不同功率的有源蜂鳴器電路設(shè)計
??為了電路的兼容性和可擴(kuò)展性,電路需要考慮兼容不同廠家和不同功率的蜂鳴器。同一 個耐壓的蜂鳴器主要是蜂鳴器的內(nèi)阻和工作電流不一樣,一般 3V~5V 耐壓的蜂鳴器,不同功率的蜂鳴器導(dǎo)通電流是 10mA~80mA。我們按照最大功率的蜂鳴器去設(shè)計電路即可,即三極管的推動電流按照 80 mA 設(shè)計。??假定:β=120 為晶體管參數(shù)的最小值,蜂鳴器導(dǎo)通電流是 80 mA。那么集電極電流 IC =80 mA。則三極管剛剛達(dá)到飽和導(dǎo)通時的基極電流 IB=80mA/ 120=0.667mA。流經(jīng) R2的電流是 0.7V/ 3.3k?= 0.212mA,所以流經(jīng) R1 的電流應(yīng)該是 IR1=0.667mA 0.125mA=0.792mA。BUZZER 端的門檻電壓是設(shè)定在 2.2V,那么 R1=(2.2V-0.7V)/ 0.792mA=1.89K。電阻取常規(guī) 2K 即可。??如果電路更換功率稍大一點的有源蜂鳴器,可以按照上面的計算方法計算 R1 的大小。2兼容有源蜂鳴器和無源蜂鳴器電路設(shè)計
??在電路的設(shè)計過程中,往往會碰到需求變更,比如項目前期,對蜂鳴器的發(fā)聲頻率沒有 要求,但后期有要求,需要更換為無源蜂鳴器,這時就需要修改電路圖,甚至修改 PCB, 這樣就增加了改動成本、周期和風(fēng)險。??有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的驅(qū)動電路區(qū)別主要在于無源蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件, 其電流不能瞬變,因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則,在蜂鳴器兩端會有反向感應(yīng) 電動勢,產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓,可能損壞驅(qū)動三極管,并干擾整個電路系統(tǒng)的其它部分。而如果電路中工作電壓較大,要使用耐壓值較大的二極管,而如果電路工作頻率高,則要選 用高速的二極管。這里選擇的是 IN4148 的開關(guān)二極管。電路如圖 10 所示。
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8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。
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北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...
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