基本介紹
- 中文名：蜂鳴器
- 外文名：buzzer
- 產品性質：一種一體化結構的電子訊響器
- 產品用處：用於計算機、印表機、定時器
- 產品分類：有源蜂鳴器和無源蜂鳴器
- 結構原理：電磁線圈和磁鐵周期性地振動發聲
- 驅動電路：使用三極體來放大電流
原理,製作工藝,分類,驅動模組,驅動方式,驅動電路,驅動設計,蜂鳴片,套用領域,如何選購,注意事項,
原理
結構原理
蜂鳴器多諧振盪器由電晶體或積體電路構成。當接通電源後（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振盪器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲。
蜂鳴器
蜂鳴器壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料製成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理後，再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。
2．電磁式蜂鳴器 電磁式蜂鳴器由振盪器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。
接通電源後，振盪器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。
蜂鳴器工作發聲原理圖
蜂鳴器的發聲原理由振動裝置和諧振裝置組成，而蜂鳴器又分為無源他激型與有源自激型。
無源他激型蜂鳴器的工作發聲原理是：方波信號輸入諧振裝置轉換為聲音信號輸出，無源他激型蜂鳴器的工作發聲原理圖如下：
有源自激型蜂鳴器的工作發聲原理是：直流電源輸入經過振盪系統的放大取樣電路在諧振裝置作用下產生聲音信號，有源自激型蜂鳴器的工作發聲原理圖如下：
電路原理圖
如圖1-3 所示，使用SH69P43 為控制晶片，使用4MHz 晶振作為主振盪器。
蜂鳴器
蜂鳴器PORTC.3/T0 作為I/O 口通過三極體Q2 來驅動蜂鳴器LS1，而PORTC.2/PWM0 則作為PWM 輸出口通過三極體Q1 來驅動蜂鳴器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分別接了兩個按鍵，一個是PWM 按鍵，是用來控制PWM 輸出口驅動蜂鳴器使用的；另一個是PORT 按鍵，是用來控制I/O 口驅動蜂鳴器使用的。連線按鍵的I/O 口開內部上拉電阻。
軟體設計方法
先分析一下蜂鳴器。所使用的蜂鳴器的工作頻率是2000Hz，也就是說蜂鳴器的驅動信號波形周期是500μs，由於是1/2duty 的信號，所以一個周期內的高電平和低電平的時間寬度都為250μs。軟體設計上，我們將根據兩種驅動方式來進行說明。
a) PWM 輸出口直接驅動蜂鳴器方式
由於PWM 只控制固定頻率的蜂鳴器，所以可以在程式的系統初始化時就對PWM 的輸出波形進行設定。
首先根據SH69P43 的PWM 輸出的周期寬度是10 位數據來選擇PWM 時鐘。系統使用4MHz 的晶振作為主振盪器，一個tosc 的時間就是0.25μs，若是將PWM 的時鐘設定為tosc 的話， 則蜂鳴器要求的波形周期500μs 的計數值為500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H 為11 位的數據，而SH69P43 的PWM
輸出周期寬度只是10 位數據，所以選擇PWM 的時鐘為tosc 是不能實現蜂鳴器所要的驅動波形的。
這裡我們將PWM 的時鐘設定為4tosc，這樣一個PWM 的時鐘周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 對應的計數值為500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分別在周期暫存器的高2 位、中4 位和低4 位三個暫存器中填入1、F 和4，就完成了對輸出周期的設定。再來設定占空比暫存器，在PWM 輸出中占空比的實現是
通過設定一個周期內電平的寬度來實現的。當輸出模式選擇為普通模式時，占空比暫存器是用來設定高電平的寬度。250μs 的寬度計數值為250μs/1μs=（250）10=（0FA）16。只需要在占空比暫存器的高2 位、中4 位和低4 位中分別填入0、F 和A 就可以完成對占空比的設定了，設定占空比為1/2duty。
以後只需要打開PWM 輸出，PWM 輸出口自然就能輸出頻率為2000Hz、占空比為1/2duty 的方波。
b) I/O 口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式
使用I/O 口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式的設定比較簡單，只需要對波形分析一下。由於驅動的信號剛好為周期500μs，占空比為1/2duty 的方波，只需要每250μs 進行一次電平翻轉，就可以得到驅動蜂鳴器的方波信號。在程式上，可以使用TIMER0 來定時，將TIMER0 的預分頻設定為/1，選擇TIMER0 的始終為系統時鐘(主振盪器時鐘/4)，在TIMER0 的載入/計數暫存器的高4 位和低4 位分別寫入00H 和06H，就能將TIMER0 的中斷設定為250μs。當需要I/O 口驅動的蜂鳴器鳴叫時，只需要在進入TIMER0 中斷的時候對該I/O 口的電平進行翻轉一次，直到蜂鳴器不需要鳴叫的時候，將I/O 口的電平設定為低電平即可。不鳴叫時將I/O 口的輸出電平設定為低電平是為了防止漏電。
製作工藝
電磁式蜂鳴器工藝流程：
磁環老化（包括時效老化和高低溫老化）、清磁、鉚插針、插針、加錫、點骨架、繞線、膠磁環、點焊（貼片式）或膠線路板（插針式）、通斷測試、點焊處加錫、焊點塗703膠水、清磁、半成品高低溫老化、裝配（裝上膜片，裝入塑殼）、一次測試（12VDC高16VDC低4.5VDC）、澆環氧、切腳、測聽、工裝老化、高溫聲波測試、三次測試、印字、外觀檢查、交收檢驗、貼封口紙、包裝
壓電式蜂鳴器工藝流程：
壓電片量電容、組容表量、焊壓電片導線、放壓電片、澆壓電片、1600H、膠、蓋蓋板、測試、澆環氧、老化、測聽、印字、外觀檢查、貼封口紙、包裝
分類
BUZZER蜂鳴器的分類：
3、按封裝的不同，可分為：DIP BUZZER（插針蜂鳴器）和SMD BUZZER（貼片式蜂鳴器）；
4、按電流的不同，可分為：直流蜂鳴器和交流蜂鳴器，其中，以直流最為常見壓電式蜂鳴器，用的是壓電材料，即當受到外力導致壓電材料發生形變時壓電材料會產生電荷。同樣，當通電時壓電材料會發生形變。
電磁式蜂鳴器，主要是利用通電導體會產生磁場的特性，用一個固定的永久磁鐵與通電導體產生磁力推動固定線上圈上的鼓膜。
由於兩種蜂鳴器發音原理不同，壓電式結構簡單耐用但音調單一音色差，適用於報警器等設備。而電磁式由於音色好，所以多用於語音、音樂等設備。
有源蜂鳴器和無源蜂鳴器
教你區分有源蜂鳴器和無源蜂鳴器有源蜂鳴器和無源蜂鳴器的外觀如圖a、b所示。
有源蜂鳴器和無源蜂鳴器圖：有源和無源蜂鳴器的外觀
蜂鳴器
蜂鳴器a)有源 b)無源
從圖a、b外觀上看，兩種蜂鳴器好像一樣，但仔細看，兩者的高度略有區別，有源蜂鳴器a，高度為9mm，而無源蜂鳴器b的高度為8mm。如將兩種蜂鳴器的引腳都朝上放置時，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種是有源蜂鳴器。
迸一步判斷有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，還可以用萬用表電阻檔Rxl檔測試:用黑表筆接蜂鳴器 "-"引腳，紅表筆在另一引腳上來回碰觸，如果觸發出咔、咔聲的且電阻只有8Ω(或16Ω)的是無源蜂鳴器;如果能發出持續聲音的，且電阻在幾百歐以上的，是有源蜂鳴器。
有源蜂鳴器直接接上額定電源(新的蜂鳴器在標籤上都有註明)就可連續發聲;而無源蜂鳴器則和電磁揚聲器一樣，需要接在音頻輸出電路中才能發聲。
有源蜂鳴器與無源蜂鳴器的區別：
注意：這裡的“源”不是指電源，而是指震盪源。
也就是說，有源蜂鳴器內部帶震盪源，所以只要一通電就會叫；
而無源內部不帶震盪源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。必須用2K-5K的方波去驅動它
有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為裡面多個震盪電路。
無源蜂鳴器的優點是：
1. 便宜
2. 聲音頻率可控，可以做出“多來米發索拉西”的效果
3. 在一些特例中，可以和LED復用一個控制口
有源蜂鳴器的優點是：程式控制方便。
壓電陶瓷蜂鳴器
概述:
壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料製成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理後，再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。
壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料製成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理後，再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。
壓電陶瓷片是一種電子發音元件，在兩片銅製圓形電極中間放入壓電陶瓷介質材料，當在兩片電極上面接通交流音頻信號時，壓電片根據信號的大小頻率發生震動而產生相應的聲音來。壓電陶瓷片由於結構簡單造價低廉，被廣泛的套用於電子電器方面如：玩具，發音電子表，電子儀器，電子鐘錶，定時器等方面。超音波電機就是利用相關的性質製成。
工作原理:
電路圖如下：
電路圖如下：
三極體BG1和BG2等組成兩級直耦式低頻放大電路，在放大器輸入端BG1管的基極與放大器輸出端BG2管的集電極之間接入一塊壓電陶瓷片HTD。在這 里，HTD既是反饋元件（利用極間分布電容），又是發音元件，從而簡化了電路。
電阻R1是BG1管的偏置電阻，其阻值大小一方面決定電路工作電流，同時對發音音調的高低也有很大的影響。R1阻值增大，HTD發聲音調低沉，R1阻值減小，HTD發音就變高。電阻R2是三極體BG2的集電極負載電阻。電容C1是BG1管的負反饋電容，改變其容量大小，可改變HTD的發音音色。
電阻R1是BG1管的偏置電阻，其阻值大小一方面決定電路工作電流，同時對發音音調的高低也有很大的影響。R1阻值增大，HTD發聲音調低沉，R1阻值減小，HTD發音就變高。電阻R2是三極體BG2的集電極負載電阻。電容C1是BG1管的負反饋電容，改變其容量大小，可改變HTD的發音音色。
優點：
壓電式蜂鳴器具有體積小、靈敏度高、耗電省、可靠性好,造價低廉的特點和良好的頻率特性。因此它廣泛套用於各種電器產品的報警，造價低廉的特點和良好的頻率特性、靈敏度高壓電式蜂鳴器具有體積小。最常見的莫過於音樂賀卡、電子門鈴和電子玩具等小型電子用品上作發聲器件、耗電省、可靠性好、電子手錶、發聲用途、袖珍計算器。
電磁式蜂鳴器
電式蜂鳴器是以壓電陶瓷的壓電效應，來帶動金屬片的振動而發聲；電磁式蜂鳴器，則是用電磁的原理，通電時將金屬振動膜吸下，不通電時依振動膜的彈力彈回，故壓電式蜂鳴器是以方波來驅動，電磁式是1/2方波驅動，壓電式蜂鳴器需要比較高的電壓才能有足夠的音壓,一般建議為9V以上。壓電的有些規格，可以達到120dB以上，較大尺寸的也很容易達到100dB。
電磁式蜂鳴器:用1.5V就可以發出85dB以上的音壓了，唯消耗電流會大大的高於壓電式蜂鳴器，而在相同的尺寸時，電磁式的蜂鳴器，回響頻率可以做的比較低；電磁式蜂鳴器的音壓一般最多到90dB.機械式蜂鳴器是電磁式蜂鳴器中的一個小類別。
驅動模組
在單片機套用的設計上，很多方案都會用到蜂鳴器，大部分都是使用蜂鳴器來做提示或報警，比如按鍵按下、開始工作、工作結束或是故障等等。這裡對單片機在蜂鳴器驅動上的套用作一下描述。
驅動方式
由於自激蜂鳴器是直流電壓驅動的，不需要利用交流信號進行驅動，只需對驅動口輸出驅動電平並通過三極體放大驅動電流就能使蜂鳴器發出聲音，很簡單，這裡就不對自激蜂鳴器進行說明了。這裡只對必須用1/2duty 的方波信號進行驅動的他激蜂鳴器進行說明。
蜂鳴器
蜂鳴器單片機驅動他激蜂鳴器的方式有兩種：一種是PWM 輸出口直接驅動，另一種是利用I/O 定時翻轉電平產生驅動波形對蜂鳴器進行驅動。
PWM 輸出口直接驅動是利用PWM 輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅動蜂鳴器。在單片機的軟體設定中有幾個系統暫存器是用來設定PWM 口的輸出的，可以設定占空比、周期等等，通過設定這些暫存器產生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之後，只要打開PWM 輸出，PWM 輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅動蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz 的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為500μs，這樣只需要把PWM 的周期設定為500μs，占空比電平設定為250μs，就能產生一個頻率為2000Hz 的方波，通過這個方波再利用三極體就可以去驅動這個蜂鳴器了。
而利用I/O 定時翻轉電平來產生驅動波形的方式會比較麻煩一點，必須利用定時器來做定時，通過定時翻轉電平產生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個波形就可以用來驅動蜂鳴器了。比如為2500Hz 的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為400μs，這樣只需要驅動蜂鳴器的I/O 口每200μs 翻轉一次電平就可以產生一個頻率為2500Hz，占空比為1/2duty 的方波，再通過三極體放大就可以驅動這個蜂鳴器了。
驅動電路
由於蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致於單片機的I/O 口是無法直接驅動的*（但AVR可以驅動小功率蜂鳴器），所以要利用放大電路來驅動，一般使用三極體來放大電流就可以了。
蜂鳴器驅動電路一般都包含以下幾個部分：一個三極體、一個蜂鳴器、一個續流二極體和一個電源濾波電容。
1．蜂鳴器
發聲元件，在其兩端施加直流電壓（有源蜂鳴器）或者方波（無源蜂鳴器）就可以發聲，其主要參數是外形尺寸、發聲方向、工作電壓、工作頻率、工作電流、驅動方式（直流/方波）等。這些都可以根據需要來選擇。
2．續流二極體
蜂鳴器本質上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續流二極體提供續流。否則，在蜂鳴器兩端會產生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅動三極體，並干擾整個電路系統的其它部分。
3．濾波電容
濾波電容C1的作用是濾波，濾除蜂鳴器電流對其它部分的影響，也可改善電源的交流阻抗，如果可能，最好是再並聯一個220uF的電解電容。
4．三極體
三極體Q1起開關作用，其基極的高電平使三極體飽和導通，使蜂鳴器發聲；而基極低電平則使三極體關閉，蜂鳴器停止發聲。
驅動設計
由於這裡要介紹兩種驅動方式的方法，所以在設計模組系統中將兩種驅動方式做到一塊，即程式裡邊不僅介紹了PWM 輸出口驅動蜂鳴器的方法，還要介紹I/O 口驅動蜂鳴器的方法。所以，我們將設計如下的一個系統來說明單片機對蜂鳴器的驅動：系統有兩個他激蜂鳴器，頻率都為2000Hz，一個由I/O 口進行控制，另一個由PWM 輸出口進行控制；系統還有兩個按鍵，一個按鍵為PORT 按鍵，I/O 口控制的蜂鳴器不鳴叫時按一次按鍵I/O 口控制的蜂鳴器鳴叫，再按一次停止鳴叫，另一個按鍵為PWM 按鍵，PWM 口控制的蜂鳴器不鳴叫時按一次按鍵PWM輸出口控制的蜂鳴器鳴叫，再按一次停止鳴叫。
蜂鳴片
蜂鳴片也叫壓電陶瓷蜂鳴片，是壓電陶瓷中套用最廣的產品之一。蜂鳴片是壓電蜂鳴器的主要部件。
蜂鳴片的構成
蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料製成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經極化和老化處理後，再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。
蜂鳴片的原理
蜂鳴片是利用壓電效應原理工作的，當對其施加交變電壓時它會產生機械振動；反之，對其施加機械作用力時它也會產生電壓信號。因此，可以將壓電陶瓷蜂鳴片變通作為振動感測器使用。壓電陶瓷蜂鳴片受到機械作用力時產生的電壓信號很微弱，作振動感測器使用一般應連線電壓放大器。
蜂鳴片的質量辨別
用機械萬用表可以方便的檢測蜂鳴片的好壞，方法是：
將萬用表撥至25V檔，左手拇指與食指輕輕捏住蜂鳴片的兩面，右手持兩隻表筆，紅筆接近薯片，黑筆橫放在蜂鳴片的表面，然後左手拇指與食指用力壓緊一下，隨即放鬆，蜂鳴片上就先後產生兩個極性相反的電壓信號，使指針向右擺-回零-向左擺-回零，擺幅約0.1~0.15V。若交換表筆位置後重新試驗，指針擺動的順序為向左擺-回零-向右擺-回零。在壓力相同的情況下，指針擺幅愈大，蜂鳴片的靈敏度越高，若指針不動，說明蜂鳴片內部漏電或受損。
套用領域
蜂鳴器（英文Buzzer）是一種一體化結構的電子訊響器，屬於電子元器件的一種，採用直流電壓或者交流電壓供電，廣泛套用領域：計算機行業（主機板蜂鳴器，機箱蜂鳴器，電腦蜂鳴器）印表機（控制板蜂鳴器）、複印機、報警器行業（報警蜂鳴器，警報蜂鳴器）、電子玩具（音樂蜂鳴器）、農業、汽車電子設備行業（車載蜂鳴器，倒車蜂鳴器，汽車蜂鳴器，機車蜂鳴器）電話機（環保蜂鳴器）、定時器，空調，醫療設備等電聲行業。環境監控。
如何選購
蜂鳴器的種類規格繁多,需先知道幾個參數 ( 電壓,電流,驅動方式,尺寸,連線/固定方式),當然更重要的是,想要獲的聲音 (音壓大小,頻率高低).
工作電壓:電磁式蜂鳴器, 從1.5到24V, 壓電式的從3V到220V都是可行的,但一般壓電的還是建議有9V以上的電壓,以獲得較大的聲音.
消耗電流: 電磁式的依電壓的不同,從幾十到上百毫安培都有,壓電式的就省電的多,幾毫安培就可以正常的動作, 且在蜂鳴器啟動時,瞬間需消耗約三倍的電流,
驅動方式: 二種蜂鳴器都有自激式的,只要接上直流電(DC)即可發聲,因為已內建了驅動線路在蜂鳴器中了,因為動作原理的不同,電磁式蜂鳴器要用1/2方波來驅動,壓電的用方波,才能有較好的聲音輸出.
尺寸:蜂鳴器的尺寸會影響到音量的大小,頻率的高低,電磁式的最小從7mm到最大的25mm,壓電式的從12mm到50mm或更大都有.
連線方式: 一般常見的有插針(DIP), 焊線(Wire), 貼片(SMD), 壓電式大顆的還有鎖螺絲的方式.
音壓: 蜂鳴器常以10cm的距離做為測試的標準,距離增加一倍,大概會衰減6dB, 反之距離縮短一倍則會增加6dB,電磁式蜂鳴器大約能達到85dB / 10cm的水準,壓電式的就可以做的很大聲,常見的警報器,大都是以壓電蜂鳴器製成。
注意事項
蜂鳴器是不能用做礦石收音機的，因為，蜂鳴器內部有一個振盪電路，通上電源後就會驅動內部的一個微型喇叭發出蜂鳴聲。蜂鳴器可不是一個單純的小喇叭。另外，蜂鳴器有兩種。一種是，內部自帶振盪器的；一種是，需要外接一個振盪器的，也就是一個普通的微型喇叭。對於不帶振盪器的那種，也是不能用的，因為它的電阻一般為32歐姆左右，也有8歐或16歐的。這些都屬於低阻抗的，所以不能用。
如果沒有高阻耳機，也可以用一個電源變壓器，一般為6V或12V的那種電源變壓器，功率選用3到5W左右的那種，因為那種變壓器的初級線徑很細，圈數也多，阻抗也很大。目的就是為了使負載獲得良好的阻抗匹配，使負載獲得最大功率。使用方法是這樣的：把變壓器的初級（接220V的那個繞組）接到原來要接高阻耳機的那個地方；次級接你的普通耳機就可以了。
