蜂鳴器工作原理介紹及并聯(lián)電阻原理

./蜂鳴器工作原理介紹及并聯(lián)電阻原理目前市場(chǎng)上廣泛使用的蜂鳴器有電磁式與壓電式,我司使用的蜂鳴器以壓電式為主。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器,壓電蜂鳴片〔以壓電瓷為主,如下圖所示,阻抗匹配器及共鳴箱,外殼等組成。其主要原理是以壓電瓷的壓電效應(yīng),來(lái)帶動(dòng)金屬片的震動(dòng)而發(fā)聲。壓電蜂鳴片壓電蜂鳴片壓電瓷其實(shí)是一能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能瓷材料。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在受到機(jī)械壓力時(shí),哪怕這種壓力微小得像聲波振動(dòng)那樣小,都會(huì)產(chǎn)生壓縮或伸長(zhǎng)等形狀變化,引起介質(zhì)表面帶電,便會(huì)產(chǎn)生電位差,這是正壓電效應(yīng)。反之,施加激勵(lì)電場(chǎng)或電壓,介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形,產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力,稱(chēng)逆壓電效應(yīng)。如果壓力是一種高頻震動(dòng),則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電瓷上時(shí),則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)〔機(jī)械震動(dòng),這就是我們平常所說(shuō)的超聲波信號(hào)。也就是說(shuō),壓電瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能。壓電式蜂鳴器就是運(yùn)用其將電能轉(zhuǎn)換問(wèn)機(jī)械能的逆壓電效應(yīng)。壓電蜂鳴器的主要應(yīng)用電路如下圖所示,R為阻抗匹配電阻。當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí),通過(guò)三級(jí)管導(dǎo)通,則在蜂鳴器兩端形成一個(gè)VDC的電壓,使壓電瓷產(chǎn)生形變。當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí),通過(guò)三極管關(guān)斷。此時(shí)壓電瓷形變復(fù)原,則在其兩端產(chǎn)生一個(gè)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電壓,此時(shí)的電壓需要通過(guò)阻抗匹配電阻進(jìn)行釋放,從而可使蜂鳴器產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定頻率的聲音信號(hào)。如下圖所示,幅值與VDC相等,頻率與芯片控制端口頻率相等。主控芯片端口信號(hào)蜂鳴器端口信號(hào)主控芯片端口信號(hào)蜂鳴器端口信號(hào)R=1K時(shí)蜂鳴器兩端信號(hào)R=1K時(shí)蜂鳴器兩端信號(hào)蜂鳴器兩端,以及當(dāng)R=1K時(shí),其等效電容的放電時(shí)間蜂鳴器兩端,以及當(dāng)R=1K時(shí),其等效電容的放電時(shí)間為46us蜂鳴器兩端,以及當(dāng)R=蜂鳴器兩端,以及當(dāng)R=100Ω時(shí),其等效電容的放電時(shí)間為6.8us蜂鳴器兩端,以及當(dāng)R=蜂鳴器兩端,以及當(dāng)R=10K時(shí),其等效電容不能完全放電完成若將其阻抗匹配電阻去除,則壓電瓷兩端的電壓無(wú)法釋放,這樣就會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電壓,大小與VDC相等,具體如下圖所示：而阻抗匹配器阻值的選取,推薦值為R=VDC*100Ω,我司蜂鳴器兩端的電壓為10V~12V,因此選取阻值為R=10*100Ω=1000Ω=1KΩ.現(xiàn)就目前我司使用的一款PA-2220B03為例進(jìn)行說(shuō)明：其部等效電路如下圖所示：SPECIFICATIONS<規(guī)格>PartNo.PA-2220B03Item<項(xiàng)目>Specifications[規(guī)格]Conditions[條件]Operatingvoltage<Vp-p>工作電壓1~25Vp-pMinSoundPressureLevel最小輸出聲壓min85dBAt2000Hz/9Vp-pSquareWave/10cmResonantFrequency<Hz>額定頻率2.0±0.3kHzOperatingTemperature<℃>工作溫度-20~+70StorageTemperature<℃>儲(chǔ)存溫度-30~+80CaseMaterial/Color外殼材料及顏色PPO/Black<聚苯醚,黑色>阻燃等級(jí)：V0Weight<g>重量2.5g標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：溫度25±3℃,濕度60±10%R.H.DIMENSIONS<尺寸>Unit:mm未注公差:±0.5FREQUENCYANDVOLTAGERESPONSE<頻率曲線圖>蜂鳴器聲級(jí)與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系,接近線性關(guān)系：TESTMETHOD<測(cè)試方法>SOUNDPRESSURELEVEL,CONSUMPTION<聲壓測(cè)試線路圖>TESTCIRCUIT<測(cè)試電路>RELIABILITYTEST<可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目>ITEM<項(xiàng)目>METHODOFTEST〔試驗(yàn)方法VARLANCEAFTERCONDITIONIN<標(biāo)準(zhǔn)>1.DryHeatTest<Storage>高溫放置試驗(yàn)Afterbeingplacedinachamberwith＋80±2℃在+80±2℃的溫濕里放置240小時(shí)后,再在室溫下放置4Thevalueofresonantfrequency/currentconsumptionshouldbein±10%comparedwithinitialones.TheSPLshouldbe85dB2.ColdTest<Storage>低溫放置試驗(yàn)Afterbeingplacedinachamberwith-30±2℃在-30±2℃的溫濕里放置240小時(shí)后,再在室溫下放置43.TemperatureCycleTest溫度循環(huán)試驗(yàn)Makethetestfor5cycleswithoutapplyingpowerasfigthenexposetotheroomtemperaturefor4hours不接電源按下圖做5個(gè)周期試驗(yàn),然后室溫下放置4小時(shí)再測(cè)試4.HumidityTest耐濕性試驗(yàn)Afterbeingplacedinachamberwith90to95%R.H.at＋40±2℃在濕度為90－95%,溫度為＋40±2℃的溫濕箱里放置240小時(shí)后,再在室溫下放置45.Operationlifetest工作壽命試驗(yàn)Hightemperaturelifetest.240hourscontinuousoperationat+80℃Roomtemperaturelifetest.240hourscontinuousatroomtemperaturewith9Vp-p/Duty50%,2000HzLowtemperaturelifetest240hourscontinuousoperationat-30℃at9Vp-p/Duty50%2000Hz6.VibrationResistant耐振動(dòng)性Buzzershallbemeasuredafterbeingappliedvibrationofamplitudeof1.5mmwith10to55Hzbandofvibrationfrequencytoeachof3perpendiculardirectionsfor2hours.振動(dòng)頻率10~55Hz,振幅為1.5mm,朝X、Y、Z軸三個(gè)方向振動(dòng)2小時(shí)后測(cè)試7.DropTest跌落試驗(yàn)Dropaproductnaturallyformtheheightof500mmontothesurfaceof100mmthickwoodenboard.Twodirections:Thisisupperandsideoftheproductaretobeappliedforthisdroptesttespectivelyonce.從500mm高度將產(chǎn)品自然跌落在100mm厚板上按正、側(cè)面方向各做二次跌落試驗(yàn),觀察此產(chǎn)品能否承受跌落試驗(yàn)。8.Solderability〔焊接試驗(yàn)Leadterminalsareimmersedinrosinfor5secondsandthenimmersedinsolderbathof+255±5℃for2±0.5RELIABILITYTEST<可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目>以上面測(cè)試電路為例,通過(guò)計(jì)算可知匹配電阻的取值圍,假設(shè)三極管放大倍數(shù)為200,控制頻率為2KHz,控制電壓為5V,三極管基極限流電阻為1KΩ,蜂鳴器的等效電容為25000PF。VDC=9V。則匹配電阻要滿(mǎn)足的放電時(shí)間為：t<1/2*1/2000S=250uSt=RC*Ln[<V1-V0>/<V1-Vt>]=RC*ln9≈2*RC=2*0.000000025*R<250uS則R<5KΩ要滿(mǎn)足三極管工作在飽和區(qū),則需滿(mǎn)足Ic<βIbIb=〔5-0.7/1000=4.3mAIc=〔9-0.3/R<200*4.