如何設(shè)計低成本蜂鳴器

　　在實際的應(yīng)用中，雖然有源蜂鳴器控制簡單，缺陷是成本比較高，在潮濕的環(huán)境用久了，容易損壞。而無源蜂鳴器彌補了有源蜂鳴器缺點，但問題是無源蜂鳴器需要PWM驅(qū)動。在系統(tǒng)的設(shè)計中，微控制器的PWM資源往往是比較緊張的，同時使用PWM驅(qū)動也加大了軟件開發(fā)的難度。接下來筆者將引領(lǐng)大家學(xué)習(xí)如何設(shè)計一個無需PWM也能驅(qū)動無源蜂鳴器的低成本電路。

　　1.1 無源蜂鳴器常規(guī)驅(qū)動電路

　　圖1 無源蜂鳴器常規(guī)驅(qū)動電路

　　如圖1所示，此圖為無源蜂鳴器的常規(guī)驅(qū)動電路。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，實現(xiàn)簡單控制，必須如有源蜂鳴器一樣提供一個振蕩電路。而有源蜂鳴器主要使用LC振蕩，如果要實際搭建此電路，電感參數(shù)比較難控制，而且成本高。此時，自然會想到簡易的RC振蕩，而由三極管構(gòu)成的RC多諧振蕩電路顯然是一個不錯的選擇。

　　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。這個電路起振的原理主要是通過電阻與電容的充放電使三極管交替導(dǎo)通。首先，在電路上電時，分別通過R1與R4對電容C1與C2進行充電。由于三極管元件的參數(shù)不可能完全一致，可以假設(shè)三極管Q1首先飽和導(dǎo)通，由于電容兩端的電壓不能突變，Q2的B極此時變成負(fù)壓，Q2截止，Vo端輸出高電平;C1通過R2進行充電，當(dāng)C2的電位使BE極正向偏置時，Q2導(dǎo)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?fù)壓，此時Q1截止。這樣循環(huán)往復(fù)，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(xiàn)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(shè)，以Q2的C極作為信號的輸出，R2與C1的充電時間T1決定了輸出信號高電平時間，而R3與C2的充電時間T2決定了信號輸出低電平時間。而信號的頻率為：f=1/(T1+T2)。由此，可以推導(dǎo)出輸出信號的公式。由于RC充電時間公式：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，就可以進行電路參數(shù)設(shè)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(shù)。設(shè)電容C1=C2=0.1μF,VCC=5V,Vbe=0.63V則可以計算出電阻參數(shù)：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(shù)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電阻影響，電阻越小，邊沿越陡峭。按照此計算的參數(shù)搭建電路，測試頻率如圖4所示，實際頻率與理論值接近。

　　圖4 多諧振蕩Vo實際輸出信號

　　1.3 無源蜂鳴器驅(qū)動電路改進

　　上面的振蕩電路已經(jīng)有了，下面又該如何驅(qū)動并且控制無源蜂鳴器呢?其實，只需要將電路進行簡單修改即可實現(xiàn)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(xì)心的讀者如果看過《EasyARM-iMX283教你設(shè)計蜂鳴器電路》，會發(fā)現(xiàn)在無源蜂鳴器兩端沒有并聯(lián)電容。通過實際的電路測量，無源蜂鳴器并沒有產(chǎn)生尖峰脈沖，所以去掉此電容，如圖5所示。