嵌入式硬件入门——蜂鸣器

蜂鸣器是一种常见的发声器件，电子产品等设备经常会配备蜂鸣器作为声音指示器

什么是蜂鸣器

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。

下面将在驱动方式、构造方式和封装三个方面对蜂鸣器进行简单的分类：

蜂鸣器的驱动方式可分为：有源蜂鸣器（内含驱动线路）和无源蜂鸣器（外部驱动）。这里的“源”指的是激励源。蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成。
无源蜂鸣器内部没有激励源，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（所以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：(来源：百度百科)

有源蜂鸣器则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，原理图如图（来源：百度百科）
蜂鸣器按构造方式可以分成电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器。
电磁式蜂鸣器，主要是利用通电导体会产生磁场的特性，用一个固定的磁铁与通电导体产生磁力推动固定在线圈上的鼓膜。
压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器使用压电材料，压电材料受到外力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，从而产生振动，发出声音。
蜂鸣器的封装种类有：插件式和贴片式。
插件式：

贴片式：

下图是蜂鸣器在电路图中的图像符号: (BUZZER为蜂鸣器英文名)

检测有源或无源，最直接的方法就是给蜂鸣器直流电，正负极一般在蜂鸣器外壳上已经注明。也可以通过看蜂鸣器背面判断（无源蜂鸣器背面为绿色电路板）。

下面将介绍如何用万用表检测蜂鸣器是否有源:

将万用表拨至“Rx1”档位，用黑表笔接蜂鸣器的“+”极（网上两种说法，也有说“-”极的），红表笔不断触碰另一个引脚，如果蜂鸣器发出‘咔嚓’声，且电阻较小（8Ω或16Ω），则说明为无源蜂鸣器；如果能发出持续的声音且电阻在几百Ω以上，则为有源蜂鸣器。
【注意】：上面的方法我没有实测（实测没成功），针对的应该是指针式万用表，数字万用表可能并不适用，因为数字万用表的电阻档位提供的电压无法驱动蜂鸣器，如果想用数字万用表检测，可以使用蜂鸣器档（或称通断档）。测试方法：用两个表笔接到蜂鸣器两端，如果是无源蜂鸣器，万用表的蜂鸣器会响，且显示阻值为8Ω或16Ω，如果没响，或者电阻为无限大，说明这个蜂鸣器是有源的，或者坏了。。

电压
压电式蜂鸣器一般需要比较高的电压（建议9V以上），这样它才能有足够的音压，较大的尺寸容易达到100dB（分贝），一些规格可以达到120dB。而电磁式蜂鸣器1.5V就能发出85dB以上的音压了，不过其电流消耗要比压电式蜂鸣器大。（网上有一种说法：压电式蜂鸣器靠电压发声，电磁式蜂鸣器靠电流发声）
一般12MM（直径为12mm）无源的一般电压是1.5V,有源电磁式蜂鸣器的一般电压为1.5，3.0，5.0，9.0，12V。
电流
压电式蜂鸣器电流一般不会超过30mA，分呗在75分呗以上。如果是压电陶瓷蜂鸣器，额定电流可能是1-10mA（由陶瓷片的面积决定），如果是电磁式蜂鸣器，额定电流就比较大，一般为40~80mA，有些甚至可以达到100mA。

无源蜂鸣器需要1.5~2.5kHz（与蜂鸣器种类有关）的音频信号，这个音频信号即一个高低变化频率为1.5-2.5kHz的方波。实际上频率小于1.5kHz也是有声音的，只是不那么准了，可能是嘟嘟声。
电磁式有源蜂鸣器的响应范围是2300±300HZ（输出声音的频率）。

以有源蜂鸣器为例

NPN型三极管，网上很多人的电路三极管用的都是9013，但是proteus里没有9013，我就换成了和它类似的2N5551，当IO置高时，NPN三极管的b端电压比e端高出0.7V以上，此时c端和e端导通，蜂鸣器开始工作。3.3K下拉电阻的作用是防止IO在不稳定状态下对蜂鸣器造成误触发。

仿真图：
PNP型三极管，2N5401与2N5551是一对极性不同但属性相同的三极管，当IO端被拉低时，e端电压比b端高出0.7V之后，e端和c端导通，蜂鸣器开始工作。上拉电阻是为了防止IO在被干扰时对蜂鸣器造成误触发。【下图并不是最常见的应用电路图，常见的为蜂鸣器放PNP三极管下方】

仿真图：