如何設(shè)計(jì)低成本蜂鳴器

　　在實(shí)際的應(yīng)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。而無源蜂鳴器彌補(bǔ)了有源蜂鳴器缺點(diǎn)，但問題是無源蜂鳴器需要PWM驅(qū)動(dòng)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，微控制器的PWM資源往往是比較緊張的，同時(shí)使用PWM驅(qū)動(dòng)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(jì)一個(gè)無需PWM也能驅(qū)動(dòng)無源蜂鳴器的低成本電路。

　　1.1 無源蜂鳴器常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路

　　圖1.1 無源蜂鳴器常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路

　　如圖1所示，此圖為無源蜂鳴器的常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路。需要在輸入端輸入一定頻率PWM的信號(hào)才能使蜂鳴器發(fā)聲。為了解放PWM資源，實(shí)現(xiàn)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(shù)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(gòu)成的RC多諧振蕩電路顯然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

　　1.2 三極管多諧振蕩電路

　　圖1.2 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(shí)，分別通過R1與R4對(duì)電容C1與C2進(jìn)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(shí)變成負(fù)壓，Q2截止，Vo端輸出高電平;C1通過R2進(jìn)行充電，當(dāng)C2的電位使BE極正向偏置時(shí)，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(shí)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(hào)。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1.3 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(hào)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(hào)的輸出，R2與C1的充電時(shí)間T1決定了輸出信號(hào)高電平時(shí)間，而R3與C2的充電時(shí)間T2決定了信號(hào)輸出低電平時(shí)間。而信號(hào)的頻率為：f=1/(T1+T2)。由此，可以推導(dǎo)出輸出信號(hào)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，就可以進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(hào)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(jì)算的參數(shù)搭建電路，測(cè)試頻率如圖4所示，實(shí)際頻率與理論值接近。

　　圖1.4 多諧振蕩Vo實(shí)際輸出信號(hào)