如何設計低成本蜂鳴器

　　在實(shí)際的應用中，雖然有源蜂鳴器控制簡(jiǎn)單，缺陷是成本比較高，在潮濕的環(huán)境用久了，容易損壞。而無(wú)源蜂鳴器彌補了有源蜂鳴器缺點(diǎn)，但問(wèn)題是無(wú)源蜂鳴器需要PWM驅動(dòng)。在系統的設計中，微控制器的PWM資源往往是比較緊張的，同時(shí)使用PWM驅動(dòng)也加大了軟件開(kāi)發(fā)的難度。接下來(lái)筆者將引領(lǐng)大家學(xué)習如何設計一個(gè)無(wú)需PWM也能驅動(dòng)無(wú)源蜂鳴器的低成本電路。

　　1.1 無(wú)源蜂鳴器常規驅動(dòng)電路

　　圖1 無(wú)源蜂鳴器常規驅動(dòng)電路

　　如圖1所示，此圖為無(wú)源蜂鳴器的常規驅動(dòng)電路。需要在輸入端輸入一定頻率PWM的信號才能使蜂鳴器發(fā)聲。為了解放PWM資源，實(shí)現簡(jiǎn)單控制，必須如有源蜂鳴器一樣提供一個(gè)振蕩電路。而有源蜂鳴器主要使用LC振蕩，如果要實(shí)際搭建此電路，電感參數比較難控制，而且成本高。此時(shí)，自然會(huì )想到簡(jiǎn)易的RC振蕩，而由三極管構成的RC多諧振蕩電路顯然是一個(gè)不錯的選擇。

　　1.2 三極管多諧振蕩電路

　　圖2 三極管多諧振蕩電路

　　三極管多諧振蕩的通用電路如圖2所示。這個(gè)電路起振的原理主要是通過(guò)電阻與電容的充放電使三極管交替導通。首先，在電路上電時(shí)，分別通過(guò)R1與R4對電容C1與C2進(jìn)行充電。由于三極管元件的參數不可能完全一致，可以假設三極管Q1首先飽和導通，由于電容兩端的電壓不能突變，Q2的B極此時(shí)變成負壓，Q2截止，Vo端輸出高電平;C1通過(guò)R2進(jìn)行充電，當C2的電位使BE極正向偏置時(shí)，Q2導通，Vo端輸出低電平;同理C2電容兩端電壓不能突變，Q1的B極電壓變?yōu)樨搲?，此時(shí)Q1截止。這樣循環(huán)往復，使在Vo端輸，一定頻率的方波信號。如圖3所示，筆者使用示波器截取了Q1與Q2的B極和E極的波形，可以發(fā)現與上面的分析是吻合的。

　　圖3 多諧振蕩電路充放電波形

　　從以上的分析可以看出，Vo的輸出信號頻率受到R2與C1,R3與C2充放電速度的控制。假設，以Q2的C極作為信號的輸出，R2與C1的充電時(shí)間T1決定了輸出信號高電平時(shí)間，而R3與C2的充電時(shí)間T2決定了信號輸出低電平時(shí)間。而信號的頻率為：f=1/(T1+T2)。由此，可以推導出輸出信號的公式。由于RC充電時(shí)間公式：t=R*C*Ln[(E-V0)/(E-Vt)],在本電路中，E為VCC,V0為-(VCC-Vbe)，Vt為Vbe,則，最終的公式為：t=R*C*Ln[(2*VCC-Vbe)/(VCC-Vbe)]。

　　接下來(lái)，就可以進(jìn)行電路參數設計了。而筆者手中的蜂鳴器振蕩頻率全是2.4KHz的，所以此處只計算此頻率的參數。設電容C1=C2=0.1μF,VCC=5V,Vbe=0.63V則可以計算出電阻參數：R=1/(2*10-7*2.4*103*Ln[(2*5-0.63)/(5-0.63)])=2.7KΩ。至于R1與R4的取值，只需要參數比R2與R3小一些即可，而信號輸出的邊沿的陡峭程度受這兩個(gè)電阻影響，電阻越小，邊沿越陡峭。按照此計算的參數搭建電路，測試頻率如圖4所示，實(shí)際頻率與理論值接近。

　　圖4 多諧振蕩Vo實(shí)際輸出信號

　　1.3 無(wú)源蜂鳴器驅動(dòng)電路改進(jìn)

　　上面的振蕩電路已經(jīng)有了，下面又該如何驅動(dòng)并且控制無(wú)源蜂鳴器呢?其實(shí)，只需要將電路進(jìn)行簡(jiǎn)單修改即可實(shí)現目的。

　　第一，將原電路R4替換成為蜂鳴器，并在蜂鳴器兩端并聯(lián)二極管。細心的讀者如果看過(guò)《EasyARM-iMX283教你設計蜂鳴器電路》，會(huì )發(fā)現在無(wú)源蜂鳴器兩端沒(méi)有并聯(lián)電容。通過(guò)實(shí)際的電路測量，無(wú)源蜂鳴器并沒(méi)有產(chǎn)生尖峰脈沖，所以去掉此電容，如圖5所示。