蜂鸣器工作原理介绍及并联电阻原理

蜂鸣器工作原理介绍及并联电阻原理
目前市场上广泛使用的蜂鸣器有电磁式与压电式，我司使用的蜂鸣器以压电式为主。

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器，压电蜂鸣片（以压电瓷为主，如下图所示），阻抗匹配器及共鸣箱，外壳等组成。

其主要原理是以压电瓷的压电效应，来带动金属片的震动而发声。

压电蜂鸣片
压电瓷其实是一能够将机械能和电能互相转换的功能瓷材料。

所谓压电效应是指某些介质在受到机械压力时，哪怕这种压力微小得像声波振动那样小，都会产生压缩或伸长等形状变化，引起介质表面带电，便会产生电位差，这是正压电效应。

反之，施加激励电场或电压，介质将产生机械变形，产生机械应力，称逆压电效应。

如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。

而高频电信号加在压电瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。

也就是说，压电瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。

压电式蜂鸣器就是运用其将电能转换问机械能的逆压电效应。

压电蜂鸣器的主要应用电路如下图所示，R为阻抗匹配电阻。

当脉冲信号为高电平时，通过三级管导通，则在蜂鸣器两端形成一个VDC的电压，使压电瓷产生形变。

当脉冲信号为低电平时，通过三极管关断。

此时压电瓷形变复原，则在其两端产生
一个由机械能转换为电能的电压，此时的电压需要通过阻抗匹配电阻进行释放，从而可使蜂鸣器
产生一个稳定频率的声音信号。

如下图所示，幅值与VDC相等，频率与芯片控制端口频率相等。

蜂鸣器端口信号
主控芯片端口信号
R=1K时蜂鸣器两端信号
蜂鸣器两端，以及当R=1K时，其等效电容的放电时间为46us
蜂鸣器两端，以及
当R=100Ω时，其
等效电容的放电时
间为6.8us
蜂鸣器两端，以及
当R=10K时，其等
效电容不能完全放
电完成
若将其阻抗匹配电阻去除，则压电瓷两端的电压无法释放，这样就会在其两端产生一个稳定的电压，大小与VDC相等，具体如下图所示：
而阻抗匹配器阻值的选取，推荐值为R=VDC*100Ω，我司蜂鸣器两端的电压为10V~12V,因此选取阻值为R=10*100Ω=1000Ω=1KΩ.
现就目前我司使用的一款PA-2220B03为例进行说明：
其部等效电路如下图所示：
1.SPECIFICATIONS (规格)
Part No. PA-2220B03
Item (项目) Specifications [规格] Conditions[条件] Operating voltage (Vp-p)
工作电压
1~25Vp-p
Min Sound Pressure
Level
最小输出声压min 85dB
At 2000Hz/9Vp-p Square
Wave/10cm
Resonant Frequency (Hz)
额定频率
2.0±0.3kHz
Operating Temperature
(℃)
工作温度
-20~+70 Storage Temperature (℃)
储存温度
-30~+80
Case Material/Color 外壳材料及颜色PPO/Black (聚苯醚，黑色) 阻燃等级：V0
Weight (g)
重量
2.5g
标准测试条件：温度25±3℃，湿度60±10% R.H.
2.DIMENSIONS (尺寸)
Unit: mm 未注公差:±0.5
3.FREQUENCY AND VOLTAGE RESPONSE (频率曲线图)
蜂鸣器声级与驱动电压的关系，接近线性关系：
4.TEST METHOD(测试方法)
SOUND PRESSURE LEVEL,CONSUMPTION(声压测试线路图)
TEST CIRCUIT (测试电路)
5.RELIABILITY TEST (可靠性试验项目)
6. RELIABILITY TEST (可靠性试验项目)
5
.
Operation life
test 工作寿命试验 1. High temperature life test. 240 hours
continuous operation at +80℃ at
9Vp-p/Duty 50% 2000Hz
2. Room temperature life test. 240 hours continuous at room temperature with 9Vp-p/Duty 50%,2000Hz
3. Low temperature life test 240 hours
continuous operation at -30℃ at 9Vp-p/Duty
50% 2000Hz
6
.
Vibration
Resistant 耐振动性 Buzzer shall be measured after being applied
vibration of amplitude of 1.5mm with 10 to 55Hz band of vibration frequency to each of 3 perpendicular directions for 2 hours. 振动频率10~55Hz,振幅为1.5mm ，朝X 、Y 、Z 轴三
个方向振动2小时后测试
7
. Drop Test 跌落试验 Drop a product naturally form the height of
500mm onto the surface of 100mm thick wooden
board. Two directions: This is upper and side of
the product are to be applied for this drop test tespectively once.
从500mm 高度将产品自然跌落在100mm 厚板上按
正、侧面方向各做二次跌落试验，观察此产品能否承受
跌落试验。

8
. Solder ability （焊接试验） Lead terminals are immersed in rosin for 5 seconds and then immersed in solder bath of +255±5℃ for 2±0.5 seconds
以上面测试电路为例，通过计算可知匹配电阻的取值围，假设三极管放大倍数为200，控制频率为2KHz，控制电压为5V，三极管基极限流电阻为1KΩ，蜂鸣器的等效电容为25000PF。

VDC=9V。

⑴则匹配电阻要满足的放电时间为：
t<1/2*1/2000 S=250uS
t= RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]=RC*ln9≈2*RC=2*0.000000025*R<250uS
则R<5KΩ
⑵要满足三极管工作在饱和区，则需满足I c<βI b
I b=（5-0.7）/1000=4.3mA
I c=（9-0.3）/R<200*4.3mA
则R>10.2Ω
综合（1）（2）可知，R的取值为10.2Ω<R<5KΩ
当三极管工作在饱和区时，三极管Vce=0.3V,则加在电阻两端的电压为Vr=9-0.3=8.7V 则其电阻的功耗为P=U*U/R=8.7*8.7/R
因为10.2Ω<R<5KΩ
所以8.7*8.7/10.2>P>8.7*8.7/5000
则7.4W>P>0.015W。