作者:卓晴博士,清华大学自动化系
更新时间:2020-07-29 Wednesday

小型的5V蜂鸣器被常用在电子设备用作人界面,比起普通的LED、显示屏这种声音信号在工作现场具有更加直观的效果。

蜂鸣器分为线圈式、压电陶瓷式。在线圈式中也分为有源(加上点就响)和无源两大类。对于这类有源的蜂鸣器,内部集成有振荡器,可以直接驱动蜂鸣器的工作。

下面通过实验验证一下这类蜂鸣器内部的基本结构。

▲ 5V蜂鸣器|HYDZ

01测量工作电压范围


1.检测蜂鸣器输出声音

使用驻极体MIC作为声音传感器检测蜂鸣器是否工作,发出声音。

▲ 驻极体MIC检测声音

使用分压电路与MIC组成分压电路,选择R1使得UMICU_{MIC}UMIC​的电压基本上位于工作电源的中点。

▲ MIC 工作电路

通过测试不同的电阻R1,测量UMICU_{MIC}UMIC​两端的电压分别为:

1k 2k 3k 4k 5k 6k 7k 8k 9k 10k 11k 12k 13k 14k 15k
4.812300 4.556500 4.312100 4.076500 3.857800 3.642100 3.434700 3.237300 3.059700 2.897500 2.704700 2.530300 2.356300 2.187600 2.042600

将MIC的极性接反,通常使用不同的电阻测量得到的电压值为:

1k 2k 3k 4k 5k 6k 7k 8k 9k 10k 11k 12k 13k 14k 15k
0.849 0.815 0.834 1.022 1.101 1.091 1.047 0.980 0.906 0.832 0.773 0.721 0.675 0.635 0.599

这个规律从前还没有看到过, 具体的原因现在还不得而知。这一点与传统下对于驻极体MIC的工作原理还是有出入的。为什么这方面它居然还不对称!

▲ MIC不同极性下上拉分压电阻与输出电压之间的关系

2.测量MIC输出交流电压

将MIC对准蜂鸣器的输出口,使用FLUKE45的测量MIC的输出信号。在 什么数字万用表可以测量噪声? 中给出了FLUKE45测量交流信号的频率范围大于500kHz,所以它可以测量非常微弱的交流信号。

(1) 初步测试

  • 在蜂鸣器不工作时,测量MIC的交流电压为:0.013V
  • 在蜂鸣器施加5V时,测量MIC的交流电压信号为:1.8V
    ▲ 将MIC与蜂鸣器对准

(2) MIC施加增加的电压

控制BUZE的工作电压从0V增加到6V,测量输出的音频信号幅值。可以看到对应的蜂鸣器每次扫描的结果还是有很大区别。

在工作电压大于4V之后,基本上蜂鸣器就开始工作了。小于3V蜂鸣器不工作。在3~4V之间不稳定。

▲ MIC的工作电压与声音检测信号幅值

▲ MIC的工作电压与声音检测信号幅值

▲ MIC的工作电压与声音检测信号幅值

▲ MIC的工作电压与声音检测信号幅值

02蜂鸣器内部结构


将蜂鸣器打开外壳,显露出其中的线圈、磁铁、振荡金属片。

▲ 打开蜂鸣器外壳后显露出线圈、磁铁、金属震动片

▲ 震动金属片以及中心的质量块

进一步拆解蜂鸣器,它内部的电路板与引脚合二为一,电路被封漆覆盖,无法进一步辨认电路板上的元器件以及电路。
对他的分析也只能到此为止了。

▲ 拆解蜂鸣器之后,会看到其内部的电路被封着

※ 结论


蜂鸣器按照它的工作电压分为3V,5V。这次通过对于一个5V工作的蜂鸣器的测试,可以看到它的工作电压需要大于4V才能够可靠工作。

对于它内部的电路由于被封,所以驱动电路无法得知。对于这类蜂鸣器,可以根据其背后是否能够辨析的被漆封住的电路板,来确定其是否属于有源和无源蜂鸣器。

▲ 有源蜂鸣器后面的被漆封住的电路板

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