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改進(jìn)壓電換能器蜂鳴器音頻輸出的設(shè)計(jì)新技巧來(lái)源：上海上自?xún)x股份作者：上海自?xún)x公司
壓電換能器蜂鳴器可在多種應(yīng)用和行業(yè)中用作聲音識(shí)別或警報(bào)的手段，能夠根據(jù)應(yīng)用的特定需求產(chǎn)生可變的音調(diào)和聲音。壓電換能器蜂鳴器產(chǎn)生的聲音幅度取決于所選的特定蜂鳴器和用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的信號(hào)。因?yàn)閾Q能器蜂鳴器需要外部驅(qū)動(dòng)電路來(lái)產(chǎn)生音調(diào)或聲音，所以有幾種方法可以基于外部驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)計(jì)來(lái)影響壓電蜂鳴器的音頻輸出。本文雖然實(shí)用簡(jiǎn)單，但旨在提供有關(guān)壓電換能器工作原理的入門(mén)知識(shí)，以及提高換能器音頻輸出的常見(jiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性。 壓電傳感器的工作原理CUI Devices 關(guān)于蜂鳴器基礎(chǔ)知識(shí)的技術(shù)論文提供了壓電換能器的深入概述，但是這里是對(duì)該技術(shù)的快速回顧。壓電裝置由當(dāng)在裝置上施加電壓時(shí)會(huì)物理變形的材料構(gòu)成，其中變形量和由變形引起的合成噪聲量與施加在壓電材料上的電壓有關(guān)。如前所述，換能器蜂鳴器需要外部激勵(lì)信號(hào)才能運(yùn)行。另一方面，由于內(nèi)部振蕩器，指示器蜂鳴器僅需要供電電壓即可工作。與換能器相比，這可以使指示器更易于設(shè)計(jì)，但也限制了產(chǎn)生的音調(diào)和聲音的類(lèi)型。 簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路在下面的電路圖（圖1）中顯示的是壓電換能器蜂鳴器的更簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器電路之一，它由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)（例如FET或BJT）和一個(gè)復(fù)位電阻組成。由于該電路只需要幾個(gè)便宜的零件，因此對(duì)于更基本的設(shè)計(jì)而言，它可能是一個(gè)受歡迎的選擇。但是，盡管簡(jiǎn)單，但該設(shè)計(jì)確實(shí)具有缺點(diǎn)，因?yàn)閺?fù)位電阻會(huì)耗散功率，并且施加到蜂鳴器的電壓被限制為電源電壓（+ V）。請(qǐng)注意，無(wú)論一個(gè)蜂鳴器端子是連接到+ V電源（如圖1所示）還是接地，蜂鳴器和電路的功能都相同 。
帶緩沖器的驅(qū)動(dòng)電路工程師可以通過(guò)增加兩個(gè)緩沖晶體管來(lái)減少來(lái)自先前驅(qū)動(dòng)器電路的復(fù)位電阻的功率損耗（圖2）。這兩個(gè)緩沖晶體管允許使用更高阻抗的復(fù)位電阻器，但會(huì)降低向蜂鳴器施加的大約兩個(gè)二極管壓降或約1.2 V的電壓。這與圖1電路類(lèi)似，該蜂鳴器和帶有無(wú)論一個(gè)蜂鳴器端子是連接到+ V電源還是接地，添加的緩沖器都將發(fā)揮相同的功能。
為了解決電壓降低的問(wèn)題，工程師可以簡(jiǎn)單地反轉(zhuǎn)上面使用的BJT緩沖器的位置。該電路也可以用FET代替BJT構(gòu)成緩沖器。圖3概述了這兩種緩沖器的配置。
半橋和全橋驅(qū)動(dòng)器雖然可以選擇更改上述緩沖器配置（圖3），但它們會(huì)使緩沖器的驅(qū)動(dòng)器電路更加復(fù)雜，這在使用分立元件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可能并不需要。具有推挽緩沖器的這種形式的驅(qū)動(dòng)器通常稱(chēng)為“半橋”驅(qū)動(dòng)器。可以在兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器的輸出之間連接一個(gè)蜂鳴器，當(dāng)這兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器異相驅(qū)動(dòng)時(shí)，它們被稱(chēng)為“全橋”驅(qū)動(dòng)器。半橋驅(qū)動(dòng)器和全橋驅(qū)動(dòng)器通常都用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并且可以作為廉價(jià)的集成電路使用。全橋驅(qū)動(dòng)器還具有為蜂鳴器提供兩倍于基本驅(qū)動(dòng)器或半橋驅(qū)動(dòng)器電壓的優(yōu)勢(shì)，使用與其他解決方案相同的電源電壓可產(chǎn)生更大的聲音輸出。
諧振驅(qū)動(dòng)電路由于換能器蜂鳴器中存在寄生電容，工程師可以利用分立電感器形成諧振電路來(lái)驅(qū)動(dòng)壓電換能器。諧振電路在兩個(gè)元件之間交替存儲(chǔ)和傳遞能量。在此應(yīng)用中，兩個(gè)元件是寄生電容器和電感器。圖5示出了用于壓電換能器蜂鳴器的諧振驅(qū)動(dòng)器電路的一種這樣的實(shí)現(xiàn)。 諧振驅(qū)動(dòng)器電路具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和具有高電效率的潛力。壓電蜂鳴器兩端產(chǎn)生的電壓也可能比電源電壓大得多。然而，諧振驅(qū)動(dòng)器電路依賴(lài)于壓電換能器的寄生電容這一事實(shí)可能會(huì)受到阻礙，該寄生電容在制造過(guò)程中并不總是能夠很好地表征或控制的。諧振壓電換能器驅(qū)動(dòng)器電路也只能在一個(gè)特定頻率下表現(xiàn)良好，從而使其不適用于需要多種頻率音調(diào)的應(yīng)用。此外，所選的工作頻率會(huì)影響電感器，與其他電路組件相比，電感器在物理上可能既大又沉。對(duì)諧振電路的操作進(jìn)行建模也可能很困難，
結(jié)論在為壓電換能器蜂鳴器設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)，工程師有很多選擇。從使用簡(jiǎn)單的分立元件到更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都具有自己的一系列權(quán)衡，以達(dá)到應(yīng)用所需的聲音輸出。一旦確定了關(guān)鍵性能參數(shù)，CUI設(shè)備便可以輕松選擇一系列的壓電和電磁蜂鳴器，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
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