元器件-音频器件
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蜂鸣器

原理

1、先来讲一讲蜂鸣片,蜂鸣片为银色的金属,如下图实物,有些不带焊接线缆,主要是靠两个振动板在通电的情况下,将电能转化为机械能,从而发生

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蜂鸣片的发生原理如下,借助一下大神Amber_mon的解释:

压电蜂鸣片声音元件的声源主要来自压电振动板。压电振动板由一块两面印刷有电极的压电陶瓷板和一块金属板(黄铜或不锈钢等)组成。使用粘合剂,将压电振动板和金属片粘接在一起,这就是我们俗称的蜂鸣片。  

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图2所示为压电振动板的振荡体系。 当在压电振动板的两个电极间施加直流电压时,由于压电效应,导致机械变形。对于形状扭曲的压电元件,其变形以辐射方向伸展。

压电振动板则沿图2(a)所示方向弯曲,而粘结于压电振动板的金属片不会伸展。相反,当压电元件收缩时,压电振动板则会沿图2(b)所示方向弯曲。因此,当交流电压穿过电极时,如图2(c)所示,图2(a)和图2(b)所示之弯曲就会交替重复发生,从而在空气中产生声波。

蜂鸣片一般而言,人的声频范围大约在20Hz到20kHz之间。人们最易听到的声频为2kHz到4kHz。因此,绝大部分压电声音元件应用在此声频范围内。

蜂鸣片一般而言,人的声频范围大约在20Hz到20kHz之间。人们最易听到的声频为2kHz到4kHz。因此,绝大部分压电声音元件应用在此声频范围内。同时,蜂鸣片谐振频率(f0)一般也选定在相同的范围内。如图3所示,谐振频率取决于支承压电振动板所采用的方法。如果压电振动板的形状相同,其数值将按照(a)、(b)和(c)的顺序变小。  

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但是,裸露的压电陶瓷片发声的效果是比较差的,因此需要有音腔,也就是共鸣腔,,压电振动板被安装在共鸣腔室内,以产生高声压(如图4)。利用公式(1)(赫尔姆霍茨公式),可以计算出图4中共鸣腔室的谐振频率(fcav)。由于压电振动板和共鸣腔室具有适当的谐振频率,分别为(f0)和(fcav),因此,可以通过控制两者的位置来增大特定频率下的声压和获得特定的带宽。

共鸣腔的直接效果是将声音的音量放大,也是就声音集中在一起发出,这和喇叭装腔体的效果是一样的,如果有兴趣,你拿一个没有音腔的喇叭,先放个音乐,发现声音很小,拿个纸板,围绕一圈喇叭,发现效果增大了很多,就是这个原理。

分类

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。比如台式电脑的主机开机会 “滴” 一声、洗衣机按下按键及洗衣完成都会有声响,以上这些声音都是通过蜂鸣器来发出的。 蜂鸣器的驱动方式可分为:有源蜂鸣器(内有驱动线路)和无源蜂鸣器(使用外部驱动)。 这里的“源”不是指电源。而是指震荡源。 也就是说,有源蜂鸣器内部带震荡源,所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源,所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用 2K~5K 的方波去驱动它。

无源蜂鸣器的优点是价格便宜,声音频率可调

将两种蜂鸣器的引脚郡朝上放置时,可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器,没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器

有源蜂鸣器

有源蜂鸣器不需要外部的激励源,只需要接入直流电源,即可自动发出声音(声音频率相对固定),它的工作发声原理是:直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号

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原理图如下

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通过三极管控制有源蜂鸣器的发声, 当 B 为高电平时,三极管截止,蜂鸣器不发声,反之,输出低电平时,蜂鸣器发声。(c:集电极,b:基极,e::发射极)

当我们通直流电到有源蜂鸣器的时候,它会发送预设的声音,通常是连续的蜂鸣声或间歇的蜂鸣声等。 但我们不能控制声音,即不能改变频率来改变声音,但我们可以改变它的电压,来改变它的声音。 工作电压不变,改变断电时间,获得不同的长音,如连续声,快短声,慢长声等。

无源蜂鸣器(压电式)

无源蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳 等组成。内部没有激励源,只有给它一定频率的方波信号,才能让蜂鸣器的振动装置起振,从而实现发声,同时,输入的方波频率不同,发出的声音也不同(无源蜂鸣器可以模拟曲调实现音乐效果)。下图为无源蜂鸣器的工作原理图:

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当我们使用无源蜂鸣器时,如果我们使用直流电源,它不会发出声音。只有交流电源才能发出声音。我们可以通过改变交流电的频率来发出相应的声音。被动蜂鸣器可以通过改变频率来改变其音调,因为没有内部振动源,所以被动蜂鸣器具有声音频率可控的特点,可以演奏音乐。

频率计算方法: 频率 = 周期的倒数,即 f = 1/T,也可以说二者互为倒数 。

频率 f 的单位是赫兹 Hz,周期 T 的单位是秒 s。

一般我们通过频率来求得周期,比如 1KHz 的频率对应的周期就是 1s/1000Hz = 0.001s = 1ms

我们通过延时函数在一个周期内输出相同时间的高电平和低电平模拟方波信号,将信号输送给 无源蜂鸣器驱动蜂鸣器发出声音。

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了解原理后,根据下方的频率与音调的对照表,使用无源蜂鸣器便可以播放一首完整的音乐。

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应用

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