項目6
蜂鳴器驅動電路系統設計

設計任務

設計一個簡單的蜂鳴器驅動電路，使其產生方波信號，以驅動無源蜂鳴器發聲。

基本要求

? 設計一個多諧振蕩器，能產生2kHz左右的方波信號。

? 使用5V供電電壓。

? 方波信號有一定的占空比。

總體思路

結合NPN型三極管導通條件、蜂鳴器工作電壓和工作頻率設計一個多諧振蕩器，以產生具有一定占空比的方波信號來驅動蜂鳴器發聲。

系統組成

整個蜂鳴器驅動電路系統主要分為以下3個模塊。

? 電源模塊。

? 多諧振蕩器模塊：輸出具有一定占空比和一定頻率的方波信號。

? NPN型三極管控制蜂鳴器模塊：用NPN型三極管控制蜂鳴器發聲。

蜂鳴器驅動電路系統框圖如圖6-1所示。

圖6-1　蜂鳴器驅動電路系統框圖

電路原理圖（見圖6-2）

圖6-2　電路原理圖

模塊詳解

1. 電源模塊

由于要給整個系統供電，所以必須設計一個直流穩壓電源。這里為了設計方便，直接通過一個兩引腳排針，外接5V電源對整個系統進行供電，并通過LED指示電源是否供電正常，如圖6-3所示。

在圖6-3中，J2外接5V電源和地，B2是開關，D1是LED。當外接5V電源后，閉合開關B2，如果D1亮了，就說明外接5V電源供電正常。

2. 多諧振蕩器模塊

由于需要方波信號來控制NPN型三極管導通或關斷，從而間接控制蜂鳴器發聲，所以設計了一個由NE555芯片構成的多諧振蕩器來產生方波信號。多諧振蕩器模塊如圖6-4所示。

圖6-3　電源模塊

圖6-4　多諧振蕩器模塊

NE555芯片成本低、性能可靠，只要外接幾個電阻、電容，就可以構成多諧振蕩器以產生方波信號。NE555芯片也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。NE555芯片的內部結構如圖6-5所示。NE555芯片的引腳如圖6-6所示。

圖6-5　555芯片的內部結構

圖6-6　NE555芯片的引腳

NE555芯片的功能主要由兩個電壓比較器來實現。兩個電壓比較器的輸出電壓控制RS觸發器的狀態。在NE555芯片的8引腳和1引腳之間加上電壓，當NE555芯片的5引腳懸空時，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，電壓比較器C2的反相輸入端電壓為VCC/3。若NE555芯片的2引腳電壓小于VCC/3，則電壓比較器C2輸出低電平信號，可使RS觸發器置1。如果NE555芯片的6引腳電壓大于2VCC/3，同時NE555芯片的2引腳電壓大于VCC/3，則電壓比較器C1輸出低電平信號，電壓比較器C2輸出高電平信號，可將RS觸發器置0。

由圖6-4可知，NE555芯片的2引腳與6引腳之間的電容C2起到充/放電的作用，在電容C2充電過程中，NE555芯片的3引腳輸出高電平信號，在電容C2放電過程中，NE555芯片的3引腳輸出低電平信號，從而可以得到一個方波信號。這個方波信號的振蕩周期為

T=T1+T2

式中，T1為電容充電時間；T2為電容放電時間。

電容充電時間為

T1=（R1+R3）C2ln2≈0.7（R1+R3）C2

電容放電時間為

T2=R3C2ln2≈0.7R3C2

從而，方波信號的振蕩周期為

T=T1+T2=（R1+2R3）C2ln2≈0.7（R1+2R3）C2

方波信號的振蕩頻率為

方波信號的占空比為

因此，改變R1、R3和C2就可以改變方波信號的振蕩頻率。這里利用NE555芯片設計一個能產生2kHz左右的方波信號的多諧振蕩器。由于R1與R3的電阻和一般要小于3.3MΩ，所以初步設定R1為2.4kΩ、R3為2.4kΩ、C2為0.1μF，從而得出占空比q為2/3。對多諧振蕩器模塊進行仿真，其仿真結果如圖6-7所示。從仿真結果來看，多諧振蕩器能產生2kHz、占空比為2/3的方波信號。

圖6-7　多諧振蕩器模塊仿真結果

3. NPN型三極管控制蜂鳴器模塊

如圖6-8所示，這里所使用的是2kHz的5V無源蜂鳴器。

在圖6-8中，LS1為蜂鳴器，Q2為NPN型三極管，供電電壓為5V。當Q2的基極為高電平時，Q2導通，蜂鳴器發出聲音；當Q2的基極為低電平時，Q2關斷，蜂鳴器不發聲。NPN型三極管控制蜂鳴器模塊仿真如圖6-9所示。這里就是利用NPN型三極管來控制蜂鳴器發聲的。NPN型三極管控制蜂鳴器模塊仿真結果如圖6-10所示。