作為一種聲音識(shí)別或報(bào)警手段，壓電變送器蜂鳴器廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用和行業(yè)，它能夠根據(jù)應(yīng)用的具體需要產(chǎn)生不同的音調(diào)和聲音。壓電變送器蜂鳴器產(chǎn)生的聲音幅度取決于所選的特定蜂鳴器和用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的信號(hào)。由于壓電變送器蜂鳴器需要外部驅(qū)動(dòng)電路來產(chǎn)生音調(diào)或聲音，因此根據(jù)外部驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，有幾種方法可以影響壓電蜂鳴器的音頻輸出。雖然在實(shí)際應(yīng)用中很簡(jiǎn)單，但本文旨在簡(jiǎn)單介紹壓電變送器的工作原理，以及常用的設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于增加變送器音頻輸出的優(yōu)點(diǎn)和限制。
壓電變送器的工作原理
CUI Devices 關(guān)于蜂鳴器基本知識(shí)的技術(shù)論文深入介紹了壓電變送器，這里只對(duì)該技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單回顧。壓電器件由施加電壓時(shí)會(huì)發(fā)生物理變形的材料構(gòu)成，其中變形量和由變形引起的組合噪音音量與壓電材料上所施加的電壓有關(guān)。如前所述，變送器式蜂鳴器需要外部激勵(lì)信號(hào)才能工作。另一方面，由于使用了內(nèi)部振蕩器，指示器式蜂鳴器則只需要供電電壓即可工作。與變送器相比，這雖然使得指示器設(shè)計(jì)導(dǎo)入更為簡(jiǎn)單，但也會(huì)使所產(chǎn)生的音調(diào)和聲音的類型受限。
簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路
下面所示的電路圖（圖 1）是一種較為簡(jiǎn)單的壓電變送器蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，它由電子開關(guān)（如 FET 或 BJT）和復(fù)位電阻組成。由于該電路只需要幾個(gè)便宜的零件，因此常用于更基本的設(shè)計(jì)。但是，雖然這種設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是復(fù)位電阻會(huì)耗散功率，且施加到蜂鳴器的電壓會(huì)限制為供電電壓 (+V)。請(qǐng)注意，無論這一個(gè)蜂鳴器端子是連接到 +V 電源（如圖 1 所示）還是接地，蜂鳴器和電路的工作方式是相同的。
圖 1：由電子開關(guān)和復(fù)位電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路。（圖片來源：CUI Devices）
帶緩沖器的驅(qū)動(dòng)電路
工程師可以通過增加兩個(gè)緩沖晶體管，來減少前面驅(qū)動(dòng)電路中復(fù)位電阻的功率損耗（圖 2）。這兩個(gè)緩沖晶體管允許使用更高阻抗的復(fù)位電阻，代價(jià)是在蜂鳴器上施加的電壓降低約兩個(gè)二極管壓降，即約 1.2 V。同樣，與圖 1 的電路類似，無論這一個(gè)蜂鳴器端子是連接到 +V 電源還是接地，該蜂鳴器和附加緩沖器的電路都會(huì)以相同的方式工作。
圖 2：帶兩個(gè)附加緩沖器的驅(qū)動(dòng)電路。（圖片來源：CUI Devices）
要解決電壓降低的問題，工程師只需反轉(zhuǎn)上面使用的 BJT 緩沖器的位置。此外，該電路也可以用 FET 代替 BJT 用作緩沖器組件來構(gòu)建。圖 3 展示了這兩種緩沖器的配置。
圖 3：反轉(zhuǎn)的 BJT 緩沖器位置（左）或替代 BJT 的 FET 緩沖器（右）。（圖片來源：CUI Devices）
半橋和全橋驅(qū)動(dòng)器
雖然可以選擇更改上述緩沖器配置（圖 3），但這會(huì)使緩沖器的驅(qū)動(dòng)電路更加復(fù)雜，而使用分立元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可能并不需要如此。這種采用推挽式緩沖器的驅(qū)動(dòng)器形式通常稱為“半橋”驅(qū)動(dòng)器。蜂鳴器可以連接在兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器的輸出之間，當(dāng)這兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器以異相驅(qū)動(dòng)時(shí)，它們就稱為“全橋”驅(qū)動(dòng)器。半橋驅(qū)動(dòng)器和全橋驅(qū)動(dòng)器通常都可用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并且可以作為廉價(jià)的集成電路使用。相比基本驅(qū)動(dòng)器或半橋驅(qū)動(dòng)器，全橋驅(qū)動(dòng)器還具有為蜂鳴器提供兩倍電壓的優(yōu)勢(shì)，因而在使用與其他解決方案相同的供電電壓時(shí)，可產(chǎn)生更大的聲音輸出。
圖 4：全橋驅(qū)動(dòng)電路（圖片來源：CUI Devices）
諧振驅(qū)動(dòng)電路
由于變送器蜂鳴器中存在寄生電容，工程師有了一個(gè)額外的選擇，即利用分立電感器形成諧振電路，來驅(qū)動(dòng)壓電變送器。諧振電路在兩個(gè)元件之間交替存儲(chǔ)和傳遞能量；在此應(yīng)用中，這兩個(gè)元件是寄生電容器和電感器。圖 5 展示了一種這樣的壓電變送器蜂鳴器諧振驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)方式。
諧振驅(qū)動(dòng)電路具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和高能效潛力。此外，壓電蜂鳴器兩端產(chǎn)生的電壓也可能比供電電壓大得多。但是，諧振驅(qū)動(dòng)電路可能會(huì)因依賴于壓電變送器的寄生電容而受到阻礙，因?yàn)榧纳娙菰谥圃爝^程中并不總是可以很好地表征或控制。而且，諧振壓電變送器驅(qū)動(dòng)電路只在一個(gè)特定頻率下表現(xiàn)良好，因而不太適合需要多種頻率音調(diào)的應(yīng)用。此外，所選的工作頻率會(huì)影響電感器，與其他電路組件相比，電感器既體積龐大又笨重。對(duì)諧振電路的操作進(jìn)行建模也可能會(huì)很困難，這意味著電路最終可能需要在實(shí)驗(yàn)室完成，而不是在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)上。
圖 5：諧振驅(qū)動(dòng)電路示例（圖片來源：CUI Devices）
總結(jié)
在為壓電變送器蜂鳴器設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，工程師有很多選擇。從使用簡(jiǎn)單的分立元器件到更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，每種驅(qū)動(dòng)器都有自己的一套折衷方案，以達(dá)到應(yīng)用所需的聲音輸出。在確定關(guān)鍵性能參數(shù)后，即可從 CUI Device 提供的一系列現(xiàn)成壓電和電磁蜂鳴器中輕松進(jìn)行選擇，以滿足設(shè)計(jì)要求。
