压电式蜂鸣器

压电式蜂鸣器通常呈圆形，由压电陶瓷片、引线和共鸣腔组成。

而中间的压电陶瓷片又由金属镀层、陶瓷片、胶水、金属片构成。

常见的压电式蜂鸣器的形状及电路符号如图1所示：

从电学角度来看，压电陶瓷可以简化为一个电感和一个电容的串联模型。

压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好，造价低廉的特点和良好的频率特性。因此它广泛应用于各种电器产品的报警、发声用途。最常见的莫过于音乐贺卡、电子手表、袖珍计算器、电子门铃和电子玩具等小型电子用品上作发声器件。

压电式蜂鸣器是一种电声转换器件。将压电材料粘贴在金属片上，当压电材料和金属片两端施加上一个电压后，因为压电效应，蜂鸣片就会产生机械变形而发出声响。压电材料有多种，用在蜂鸣片上的压电材料通常是高压极化后的压电陶瓷片。

除图1所示的两根电极的全电极型压电蜂鸣片之外，还有一种三个电极的反馈电极型压电蜂鸣片。通常全电极型蜂鸣片驱动电路简单，但发出的声音较小；反馈电极型驱动电路相对复杂，但发出的声音较大。

以回授方式区分，压电式蜂鸣器大致分为回授式蜂鸣片(自激式)与无回授式蜂鸣片(外激式)两种。当回授式蜂鸣片搭配正回授振荡电路会产生一个与共振腔频率相同的单音；而无回授式蜂鸣片则可以搭配外部振荡电路,选择任意频率发出声音。

BUZZER蜂鸣器的分类：

1、按其驱动方式的原理分，可分为：有源蜂鸣器（内含驱动线路，也叫自激式蜂鸣器）和无源蜂鸣器（外部驱动，也叫他激式蜂鸣器）；

2、按构造方式的不同，可分为：电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器；

3、按封装的不同，可分为：DIP BUZZER（插针蜂鸣器）和SMD BUZZER（贴片式蜂鸣器）；

4、按电流的不同，可分为：直流蜂鸣器和交流蜂鸣器，其中，以直流最为常见压电式蜂鸣器，用的是压电材料，即当受到外力导致压电材料发生形变时压电材料会产生电荷。同样，当通电时压电材料会发生形变。

电磁式蜂鸣器，主要是利用通电导体会产生磁场的特性，用一个固定的永久磁铁与通电导体产生磁力推动固定在线圈上的鼓膜。

由于两种蜂鸣器发音原理不同，压电式结构简单耐用但音调单一，适用于报警器等设备。而电磁式由于音质好，所以多用于语音、音乐等设备。

有源蜂鸣器和无源蜂鸣器

教你区分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的外观如图4中a、b所示。

图5：有源和无源蜂鸣器的外观

a)有源 b)无源

从图4中a、b外观上看，两种蜂鸣器好像一样，但仔细看，两者的高度略有区别，有源蜂鸣器a，高度为9mm，而无源蜂鸣器b的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时，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。

迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器 "-"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。

有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。

有源蜂鸣器与无源蜂鸣器的区别：

注意：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

有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。

无源蜂鸣器的优点是：

1. 便宜

2. 声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果

3. 在一些特例中，可以和LED复用一个控制口

有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便。

压电陶瓷蜂鸣器

概述:

压电蜂鸣片 由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。超声波电机就是利用相关的性质制成。

工作原理:

电路图如图6：

三极管BG1和BG2等组成两级直耦式低频放大电路，在放大器输入端BG1管的基极与放大器输出端BG2管的集电极之间接入一块压电陶瓷片HTD。在这 里，HTD既是反馈元件（利用极间分布电容），又是发音元件，从而简化了电路。

电阻R1是BG1管的偏置电阻，其阻值大小一方面决定电路工作电流，同时对发音音调的高低也有很大的影响。R1阻值增大，HTD频率变低，R1阻值减小，HTD频率变高。电阻R2是三极管BG2的集电极负载电阻。电容C1是BG1管的负反馈电容，改变其容量大小，可改变HTD的发音。

优点：

压电式蜂鸣器具有体积小、灵敏度高、耗电省、可靠性好,造价低廉的特点和良好的频率特性。因此它广泛应用于各种电器产品的报警，造价低廉的特点和良好的频率特性、灵敏度高压电式蜂鸣器具有体积小。最常见的莫过于音乐贺卡、电子门铃和电子玩具等小型电子用品上作发声器件、耗电省、可靠性好、电子手表、发声用途、袖珍计算器。

电磁式蜂鸣器

电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成，接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

电磁式蜂鸣器广泛应用于计算机、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。

电式蜂鸣器是以压电陶瓷的压电效应，来带动金属片的振动而发声；电磁式蜂鸣器，则是用电磁的原理，通电时将金属振动膜吸下，不通电时依振动膜的弹力弹回，故压电式蜂鸣器是以方波来驱动，电磁式是1/2方波驱动，压电式蜂鸣器需要比较高的电压才能有足够的音压,一般建议为9V以上。压电的有些规格，可以达到120dB以上，较大尺寸的也很容易达到100dB。

电磁式蜂鸣器:用1.5V就可以发出85dB以上的音压了，唯消耗电流会大大的高于压电式蜂鸣器，而在相同的尺寸时，电磁式的蜂鸣器，响应频率可以做的比较低；电磁式蜂鸣器的音压一般最多到90dB.机械式蜂鸣器是电磁式蜂鸣器中的一个小类别。

结构原理

1．电压式蜂鸣器 压电式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。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出100~500HZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

压电蜂鸣片 由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

2．电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。

接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

蜂鸣器工作发声原理图

蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成，而蜂鸣器又分为无源他激型与有源自激型。

无源他激型蜂鸣器的工作发声原理是：方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出，无源他激型蜂鸣器的工作发声原理图如图1：

有源自激型蜂鸣器的工作发声原理是：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，有源自激型蜂鸣器的工作发声原理图如图2：

电路原理图

如图3 所示，使用SH69P43 为控制芯片，使用4MHz 晶振作为主振荡器。

PORTC.3/T0 作为I/O 口通过三极管Q2 来驱动蜂鸣器LS1，而PORTC.2/PWM0 则作为PWM 输出口通过三极管Q1 来驱动蜂鸣器LS2。另外在PORTA.3 和PORTA.2 分别接了两个按键，一个是PWM 按键，是用来控制PWM 输出口驱动蜂鸣器使用的；另一个是PORT 按键，是用来控制I/O 口驱动蜂鸣器使用的。连接按键的I/O 口开内部上拉电阻。

软件设计方法

先分析一下蜂鸣器。所使用的蜂鸣器的工作频率是100Hz，也就是说蜂鸣器的驱动信号波形周期是10000μs，由于是1/2duty 的信号，所以一个周期内的高电平和低电平的时间宽度都为5000μs。软件设计上，我们将根据两种驱动方式来进行说明。

a) PWM 输出口直接驱动蜂鸣器方式

由于PWM 只控制固定频率的蜂鸣器，所以可以在程序的系统初始化时就对PWM 的输出波形进行设置。

首先根据SH69P43 的PWM 输出的周期宽度是10 位数据来选择PWM 时钟。系统使用4MHz 的晶振作为主振荡器，一个tosc 的时间就是0.25μs，若是将PWM 的时钟设置为tosc 的话， 则蜂鸣器要求的波形周期500μs 的计数值为500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H 为11 位的数据，而SH69P43 的PWM

输出周期宽度只是10 位数据，所以选择PWM 的时钟为tosc 是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。

这里我们将PWM 的时钟设置为4tosc，这样一个PWM 的时钟周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 对应的计数值为500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分别在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三个寄存器中填入1、F 和4，就完成了对输出周期的设置。再来设置占空比寄存器，在PWM 输出中占空比的实现是

通过设定一个周期内电平的宽度来实现的。当输出模式选择为普通模式时，占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。250μs 的宽度计数值为250μs/1μs=（250）10=（0FA）16。只需要在占空比寄存器的高2 位、中4 位和低4 位中分别填入0、F 和A 就可以完成对占空比的设置了，设置占空比为1/2duty。

以后只需要打开PWM 输出，PWM 输出口自然就能输出频率为100Hz、占空比为1/2duty 的方波。

b) I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式

使用I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单，只需要对波形分析一下。由于驱动的信号刚好为周期500μs，占空比为1/2duty 的方波，只需要每250μs 进行一次电平翻转，就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。在程序上，可以使用TIMER0 来定时，将TIMER0 的预分频设置为/1，选择TIMER0 的始终为系统时钟(主振荡器时钟/4)，在TIMER0 的载入/计数寄存器的高4 位和低4 位分别写入00H 和06H，就能将TIMER0 的中断设置为250μs。当需要I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0 中断的时候对该I/O 口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O 口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O 口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。