小小蜂鸣器，驱动电路可大有学问

Part1摘要

蜂鸣器，是在电路设计里常用的器件，被广泛用于工业控制报警，用于机房监控，用于门禁控制，用于像计算机等电子产品当作预警发声器件，其驱动电路十分简单，可是好多人在设计时常常随意设计，从而致使在实际电路当中，出现蜂鸣器不发声的情况，出现蜂鸣器轻微发声的情况，出现蜂鸣器乱发声的情况。

接下来，针对3.3V NPN三极管驱动有源蜂鸣器展开设计，从实际的产品里剖析电路设计所存在的问题，给出电路的改进方案，以此让读者能够从小巧的蜂鸣器电路之中掌握分析以及改进电路的方法，进而设计出更为出色的产品，达成抛砖引玉的成效。

Part2常见错误接法

图1呈现的是典型的错误接法，当那一端输入呈现高电平的时候，蜂鸣器出现不发出声响或者发出的响声极其微小的情况。当I/O口处于高电平状态时，基极电压经计算为3.3除以4.7然后乘以3.3伏大致等于2.3伏，鉴于三极管存在压降范围在0.6至0.7伏之间，所以三极管射极电压经计算为2.3减去0.7等于1.6伏，正是因为驱动电压过低才致使蜂鸣器没有办法被驱动或者发出的响声很微弱。

图2 错误接法2

图2呈现的是第二种典型的错误接法，因为存在上拉电阻R2，当该端处于输出低电平时，鉴于电阻R1和R2的分压作用，三极管没办法可靠地关断。

图3呈现成了第三种的错误接法，因所涉及的这个三极管，其高电平门槛电压仅仅只有0.7V，也就是说，在该三极管指定的那个端输入电压，只要是超过了0.7V，便存在着有可能致使三极管导通的情况，显而易见的是，0.7V这样的门槛电压，对于数字电路来讲实在是太低了，在存在电磁干扰的那种环境之下，极易造成蜂鸣器出现鸣叫现象。

图4呈现的是第四种错误接法，在CPU的GPIO管脚存有内部下拉的状况下，鉴于I/O口具备输入阻抗，这也存在致使三极管无法可靠关断的可能，另外与图3相同，端口输入电压只要超过0.7V，便存在使三极管导通的可能性。

对于以上几种用法，我觉得并不能完全否定其可行性，然而，这些用法对于器件的各种参数所提出的要求会呈现出较为明显的局限性，这种局限性会对器件选型的情况产生不利影响，而且其抗干扰性能也相对比较差。

三极管控制有源蜂鸣器常规设计

通用有源蜂鸣器的驱动电路是图 5 ，电阻 R1 是限流电阻，其作用是预防基极电流过量致使三极管损坏 ，电阻 R2 作用至关重要 ，其一：R2 如同基极的下拉电阻 ，若 A 端悬空 ；因 R2 存在 ，得以让三极管维持在可靠的关断状态 ，要是删除 R2 ；当输入端悬空时 ，便容易遭受干扰 ；会使三极管状态意外翻转或者迈入不期望的放大状态 ，进而造成蜂鸣器意外发声 ，其二：R2 能够提高高电平的门槛电压。要是把R2给删除掉，那么三极管的高电平门槛电压就仅仅剩下0.7V，也就是说A端输入电压只要是超过了0.7V就存在着导通的可能性，而添加了R2的情形则是不一样的，当从A端输入电压达到大概2.2V的时候三极管才会实现饱和导通，具体的计算过程是这样的：

假设β等于120，此为晶体管参数的最小值，蜂鸣器导通电流为15mA，这样一来，集电极电流IC便是15mA，于是三极管刚刚达到饱和导通时的基极电流是IB，其等于15mA除以120，结果为0.125mA，流经R2的电流是0.7V除以3.3kΩ，等于0.212mA，流经R1的电流IR1为0.212mA加上0.125mA，等于0.337mA，最后算出端的门槛电压是0.7V加上0.337mA乘以4.7kΩ，结果为2.2839V，约等于2.3V。

图里的C2是用于电源滤波的电容，用来滤掉电源的高频杂波。C1在存在强干扰的环境当中，能够有效地滤除干扰信号，防止蜂鸣器出现变音以及意外发出声音的情况发生，在RFID射频通讯方面，于卡的应用时，这儿初步选用0.1uF的电容，具体的可依据实际情形来选择。

Part4改进方案

居然蜂鸣器存在EMI辐射！于NPN 3.3V控制有源蜂鸣器之际，在电路的输入处于高电平这种状况下，致使蜂鸣器发出声响，检测蜂鸣器输入管脚，也就是NPN三极管的C极处相关信号，发觉蜂鸣器在发出声音之时，向外发出其一具有1.87KHz频率且其二为-2.91V幅度的脉冲信号，像图6所呈现的那样。

图 6 蜂鸣器自身发放脉冲

向电路输入20Hz的脉冲信号，以使蜂鸣器鸣叫。对蜂鸣器输入管脚处信号展开检测，进而发现，当蜂鸣器发声之际在控制电平上叠加了1.87KHz、-2.92V的脉冲信号，而且在蜂鸣器关断之时出现正向尖峰脉冲（≥10V），如图7所示。

图7里，频率为1.87KHz，电压是-2.92V的脉冲信号，应当是有源蜂鸣器内部震荡源所释放的信号。常用的有源蜂鸣器，主要分成压电式、电磁震荡式这两种。开发板上所使用的是压电式蜂鸣器。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器以及共鸣箱、外壳等构成。而多谐震荡器是由晶体管或者集成电路所组成的。我们所使用的蜂鸣器，其内部含有晶体管震荡电路（有兴趣的朋友能够自己拆开瞧瞧）。

有源蜂鸣器所产生的脉冲信号，其能量并非很强，这种状况下可以考虑增添滤波电容，以此来将脉冲信号予以滤除。在有源蜂鸣器的两端添加一个数值为104的滤波电容之后,脉冲信号被削减到了-110mV，呈现出如图8所示的情形，然而顶部信号鉴于电容充电过程过于缓慢，存在着一定程度的延时。

图 8 减少蜂鸣器自身发放脉冲

消除蜂鸣器EMI辐射后改进电路图如图9所示：

图 9 NPN 有源蜂鸣器控制电路改善后电路图

Part5兼容性设计

在作为标准电路时，要考虑电路兼容性方面问题，像同样耐压指标但功率各异的有源蜂鸣器，有源蜂鸣器与无源蜂鸣器存在的兼容性问题。

1兼容同样耐压不同功率的有源蜂鸣器电路设计

为了达成电路的兼容性以及可扩展性，电路应当考量兼容各异厂家以及不同功率的蜂鸣器。同一个具备耐压的蜂鸣器，主要是蜂鸣器的内阻与工作电流存在差异，一般而言，3V至5V耐压的蜂鸣器，不同功率的蜂鸣器导通电流为10mA到80mA。我们依照最大功率的蜂鸣器来设计电路就行，也就是三极管的推动电流依照80mA进行设计。

假定，β等于120是晶体管参数的最小值，蜂鸣器导通电流为80 mA ，那么集电极电流IC等于80 mA ，则三极管刚刚达到饱和导通时的基极电流IB等于80mA除以120等于0.667mA，流经R2的电流是0.7V除以3.3kΩ等于0.212mA，所以流经R1的电流应该是IR1等于0.667mA加上0.125mA等于0.792mA。要是端的门槛电压被设定于2.2V，那么R1等于(2.2V减去0.7V)除以0.792mA就会得到1.89K。电阻取用常规的2K就行。

要是电路去更换一个功率稍微大那么一点儿的有源蜂鸣器的话，能够依照上面所讲的计算方法来计算 R1 的大小。

2兼容有源蜂鸣器和无源蜂鸣器电路设计

于电路开展设计进程当中，常常会遭遇需求出现变更的状况，比如说在项目处于前期的时候，针对蜂鸣器的发声频率并没有提出来要求，可是到了后期却是有要求的，并且还需要将其改换为无源蜂鸣器，在这种时候那就得对电路图去加以修改，甚至于对于 PCB 也要进行修改，像这样一做便增加了改动成本，增添了改动周期，同时也增大了改动风险。

无源蜂鸣器在驱动电路方面有所不同，有源蜂鸣器区别于它，无源蜂鸣器基本上是感性元件，它那里电流没办法瞬间变化，所以得有个续流二极管来实现续流。不然的话，蜂鸣器两边会出现反向感应电动势，进而产生几十伏尖峰电压，这有可能损坏驱动三极管，还会干扰整个电路系统的其他部分。要是电路里面工作电压比较大，那就得用耐压值大些的二极管，要是电路工作频率高，就得选用高速的二极管。这里选用的是那种开关二极管。电路就像图10呈现的那样。

图 10 NPN 无源蜂鸣器控制电路