發布日期：2022-10-09 點擊率：77
作為一種聲音識別或報警手段，壓電變送器蜂鳴器廣泛應用于各種應用和行業，它能夠根據應用的具體需要產生不同的音調和聲音。壓電變送器蜂鳴器產生的聲音幅度取決于所選的特定蜂鳴器和用于驅動蜂鳴器的信號。由于壓電變送器蜂鳴器需要外部驅動電路來產生音調或聲音，因此根據外部驅動電路的設計，有幾種方法可以影響壓電蜂鳴器的音頻輸出。雖然在實際應用中很簡單，但本文旨在簡單介紹壓電變送器的工作原理，以及常用的設計技術對于增加變送器音頻輸出的優點和限制。
CUI Devices 關于蜂鳴器基本知識的技術論文深入介紹了壓電變送器，這里只對該技術進行簡單回顧。壓電器件由施加電壓時會發生物理變形的材料構成，其中變形量和由變形引起的組合噪音音量與壓電材料上所施加的電壓有關。如前所述，變送器式蜂鳴器需要外部激勵信號才能工作。另一方面，由于使用了內部振蕩器，指示器式蜂鳴器則只需要供電電壓即可工作。與變送器相比，這雖然使得指示器設計導入更為簡單，但也會使所產生的音調和聲音的類型受限。
下面所示的電路圖（圖 1）是一種較為簡單的壓電變送器蜂鳴器驅動電路，它由電子開關（如 FET 或 BJT）和復位電阻組成。由于該電路只需要幾個便宜的零件，因此常用于更基本的設計。但是，雖然這種設計很簡單，但缺點是復位電阻會耗散功率，且施加到蜂鳴器的電壓會限制為供電電壓 (+V)。請注意，無論這一個蜂鳴器端子是連接到 +V 電源（如圖 1 所示）還是接地，蜂鳴器和電路的工作方式是相同的。
圖 1：由電子開關和復位電阻組成的驅動電路。（圖片來源：CUI Devices）
工程師可以通過增加兩個緩沖晶體管，來減少前面驅動電路中復位電阻的功率損耗（圖 2）。這兩個緩沖晶體管允許使用更高阻抗的復位電阻，代價是在蜂鳴器上施加的電壓降低約兩個二極管壓降，即約 1.2 V。同樣，與圖 1 的電路類似，無論這一個蜂鳴器端子是連接到 +V 電源還是接地，該蜂鳴器和附加緩沖器的電路都會以相同的方式工作。
圖 2：帶兩個附加緩沖器的驅動電路。（圖片來源：CUI Devices）
要解決電壓降低的問題，工程師只需反轉上面使用的 BJT 緩沖器的位置。此外，該電路也可以用 FET 代替 BJT 用作緩沖器組件來構建。圖 3 展示了這兩種緩沖器的配置。
圖 3：反轉的 BJT 緩沖器位置（左）或替代 BJT 的 FET 緩沖器（右）。（圖片來源：CUI Devices）
雖然可以選擇更改上述緩沖器配置（圖 3），但這會使緩沖器的驅動電路更加復雜，而使用分立元器件進行設計時，可能并不需要如此。這種采用推挽式緩沖器的驅動器形式通常稱為“半橋”驅動器。蜂鳴器可以連接在兩個半橋驅動器的輸出之間，當這兩個半橋驅動器以異相驅動時，它們就稱為“全橋”驅動器。半橋驅動器和全橋驅動器通常都可用于驅動電動機，并且可以作為廉價的集成電路使用。相比基本驅動器或半橋驅動器，全橋驅動器還具有為蜂鳴器提供兩倍電壓的優勢，因而在使用與其他解決方案相同的供電電壓時，可產生更大的聲音輸出。
圖 4：全橋驅動電路（圖片來源：CUI Devices）
由于變送器蜂鳴器中存在寄生電容，工程師有了一個額外的選擇，即利用分立電感器形成諧振電路，來驅動壓電變送器。諧振電路在兩個元件之間交替存儲和傳遞能量；在此應用中，這兩個元件是寄生電容器和電感器。圖 5 展示了一種這樣的壓電變送器蜂鳴器諧振驅動電路實現方式。
諧振驅動電路具有幾個優點，包括結構簡單和高能效潛力。此外，壓電蜂鳴器兩端產生的電壓也可能比供電電壓大得多。但是，諧振驅動電路可能會因依賴于壓電變送器的寄生電容而受到阻礙，因為寄生電容在制造過程中并不總是可以很好地表征或控制。而且，諧振壓電變送器驅動電路只在一個特定頻率下表現良好，因而不太適合需要多種頻率音調的應用。此外，所選的工作頻率會影響電感器，與其他電路組件相比，電感器既體積龐大又笨重。對諧振電路的操作進行建模也可能會很困難，這意味著電路最終可能需要在實驗室完成，而不是在設計計算機上。
圖 5：諧振驅動電路示例（圖片來源：CUI Devices）
在為壓電變送器蜂鳴器設計驅動電路時，工程師有很多選擇。從使用簡單的分立元器件到更復雜的電路設計，每種驅動器都有自己的一套折衷方案，以達到應用所需的聲音輸出。在確定關鍵性能參數后，即可從 CUI Device 提供的一系列現成壓電和電磁蜂鳴器中輕松進行選擇，以滿足設計要求。
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