【DIY活動】今日更新:蜂鳴器電路

                                                                         

煙霧報警器項目今日更新

蜂鳴器電路

  

如何判斷蜂鳴器是有源還是無源

方法一：找來穩壓電源直接連接，如果發出「咔咔」聲音是無源，發出「嘀嘀」是有源。

方法二：用萬用表的歐姆檔進行測量，若電阻值只要幾十歐，顛倒仍為幾十歐，則為無源。阻值大於1K，則為有源。

方法三：看器件上面是否含有白色的膠紙，含有的是有源，沒有的是無源；有源的引腳一高一低，無源的兩個引腳高度一致。

 

上圖是NPN三極體驅動的蜂鳴器電路，只需三極體工作在開關狀態即可，其中，

（1） C9可以在有強幹擾的環境下，有效的濾除幹擾信號，避免蜂鳴器變音和意外發聲。

（2） C8為電源濾波電容，濾除電源高頻雜波。

（3） 電阻R18的作用：

     其一下拉電阻，如果R17輸入端懸空，R18的存在能夠使三極體可保持可靠的關斷狀態，如果沒有R18，當BUZZER輸入      端懸空時，則易收到幹擾而可能導致三極體狀態發生意外翻轉或進入不期望的放大狀態，造成蜂鳴器意外發聲。

     其二R18可提升高電平的門檻電壓。如果刪除R18，則三極體的高電平門檻電壓就只有0.7V，即R1輸入端只要超過0.7V      就有可能導通，添加R18情況就不同了，對 應上圖，當輸入電壓達到約2.2V時，三極體才會飽和導通。

     其三R17輸入端懸空時，R18可作為C9和極間電容的放電迴路。

   蜂鳴器工作只需要保證三極體工作在開關狀態，同理還有P型三極體的蜂鳴器電路，原理一致，三極體工作在開關狀態。

無源蜂鳴器電路，需要續流二極體D1。

 

   無源蜂鳴器本質上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續流二極體D1提供續流。否則，在蜂鳴器兩端會有反向感應電動勢，產生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅動三極體，並幹擾整個電路系統的其它部分。而如果電路中工作電壓較大，要使用耐壓值較大的二極體，而如果電路工作頻率高，則要選用高速的二極體，無源蜂鳴器需要一定頻率的方波（2K-5K左右）去驅動，C3可以提高電路的抗幹擾性。

活動介紹

張飛電子diy活動介紹第一期

DIY活動宗旨

自己動手挑戰技術，共同交流共同進步

張飛實戰電子工程師牽頭，聚集五湖四海的電子愛好者一起完成項目，每天天進步一點點，讓天下沒有難啃的技術。

DIY活動項目的基本流程

項目名稱：煙霧報警器

項目實現功能：煙霧報警（基礎功能），可以依據自己想法添加其他功能

項目難度：★

項目材料：自備或者官網代購（為確保發貨請填寫真實信息）

項目時間： 9月17日——10月17日

參與流程：免費官網報名→發表自己的作品

DIY技術交流群：請加客服qq1：3403129447；客服qq2：246873347，請備註"diy+申請人姓名或手機號"，24小時內拉您入群！

活動獎品：示波器一臺

獲獎者1名，根據用戶的投票篩選5名獲票最高的選手，最終由官方在5名選手中選出一名獲獎者

參與本次DIY活動我們能學到什麼？

通過本次DIY，讓所有參與進來的朋友能夠學習與熟練運用三極體開關電路、線性穩壓電源、比較器電路、三角波與方波實現電路、蜂鳴器等電路，更重要的是讓所有志同道合的朋友聚在一起，互相幫助，共同學習與進步，實現我們自己的目標。官方工程師每天更新一點點，所有參與其中的朋友，可以暢所欲言，說出自己的想法或者疑問，儘可能完美的實現這個電路。只要你參與進來，在我們的共同努力下，每個人都可以DIY出屬於自己的項目。

近些年，霧霾狀況不容樂觀，空氣品質也令人擔憂，空氣淨化器在寫字樓中也必不缺少，我對於空氣淨化器如何進行空氣品質檢測有點興趣，挺想做個簡易的空氣品質檢測裝置。一次討論上，我提出自己的這個想法，組長表示同意，並把這個任務交給我和另一個同事組成的小組共同完成。

官方作品更新 

①DIY製作要求與製作目的

對我來說，我已經半隻腿踏出了校園，畢竟大四已經開學了，但是我沒有任何項目經驗，對這方面更是一無所知 ，所以這次來說也是個學習的機會，一定要好好把握。我在大學期間自學過模電一段時間，所以對於一些大學生在電路學習上存在一些問題還是比較了解，更想通過這個DIY的分享，和同行的朋友們一同學習和進步。在這裡，我們擁有一個實力強勁的工程師團隊，所以，雖然我還未真正踏進電子工程師這個圈層，但我無需畏懼，可以大膽的嘗試。言歸正傳，要如何做一個空氣檢測狀態呢？

DIY製作要求：

（1）：設置一個煙霧參考濃度，當超過這個濃度，蜂鳴器響，紅燈亮，並要求用方波對蜂鳴器進行驅動

（2）：當低於這個濃度，蜂鳴器不工作，綠燈亮

（3）：USB 5V輸出供電，另一路DC (5V-24V) 輸入，5V輸出供電

DIY製作目的：

       通過本次DIY，讓所有參與進來的朋友能夠學習與熟練運用三極體開關電路、線性穩壓電源、比較器電路、三角波與方波實現電路、蜂鳴器等電路，更重要的是讓所有志同道合的朋友聚在一起，互相幫助，共同學習與進步，實現我們自己的目標。我們決定每天不動搖進行更新，這期間所有參與其中的朋友，可以暢所欲言，說出自己的想法或者疑問，儘可能完美的實現這個電路。

       今天開始我會每天把我的設計進度會與自己的個人思考與進步與大家一起分享，希望更多的同行的工程師能夠參與其中，也能發表你們的作品，我們一起學習、探討、進步。

②對於電路所需要實現的功能 （DIY要求） 進行分析

       煙霧的濃度即對應一個電壓信號，所以要選定一個參考的濃度，即選定對應參考一個電壓值，大於這個電壓值，蜂鳴器工作，紅燈亮，小於這個電壓值，蜂鳴器不工作，綠燈亮，需要與這個電壓值通過比較來實現，即需要比較器來實現，同時需要使用方波對蜂鳴器進行驅動，則可以通過比較器實現方波輸出。蜂鳴器和紅燈同時工作，即對應比較器其中的同一種輸出狀態（例如，高電平），即高電平實現對紅燈亮，且要實現方波對蜂鳴器驅動，紅綠燈的邏輯是相反的，可通過取反實現。

③比較器學習與使用

OC門OD門

 

集電極開路（OC）輸出的結構如上圖（上圖為比較器的晶片內部電路）所示，右邊的那個三極體集電極什麼都不接，所以叫做集電極開路。

由圖可知，OC門不能輸出高電平，低電平，只存在高阻態。所以加上上拉電阻之後，就避免了高阻態，可輸出高電平和低電平。

同理，漏極開路（OD）門，加了上拉電阻，可以輸出高電平。

比較器輸出就是OC門輸出，所以需要接上拉電阻。

比較器

 

上圖的電路和對應的輸出結果波形圖：

   當輸入電壓Ui大於VREF時，Uo輸出為高（VCC）；

   當輸入電壓Ui小於VREF時，Uo輸出為低（0V）；

（圖中比較器是單電源供電，若是雙電源供電，高不變，低為負電源）

比較器拓展：運用的是滯回比較器實現三角波的生成

 

（上圖電路為單電源供電）

電路分析：當輸入端A的電壓高於輸入端B 的電壓時，此時輸出為高，即

VCC通過R4，再通過R5對C1進行充電 （還有其他充電路徑，這個為主要充電路徑），此時A 的電壓 Vth1= VCC* R2 / [ ( (R3+R4)//R1 ) + R2 ]    (R4與R3串聯，再和R1並聯，然後在和R2串聯分壓)

C1充電，充電電壓達到Vth1之後，即VB>VA，C點輸出為低（即0V）,此時電容C1開始放電，C點變為低（即等同於與地連接），即R3與R2並聯，此時A點的電壓

Vth2 = VCC * (R2//R3)  /　 [(R2//R3)+R1]（即R3與R2並聯再和R1進行分壓）

   三角波實現主要利用電容充放電實現，關於頻率的問題可以參考RC充放電文檔，得出充放電時間，即f=1/T.

實現方波，即再利用第一個電路，即三角波轉化成方波。改變直流電壓，即實現佔空比可調。

滯回比較器有倆個閾值，推薦閾值電壓的1/4或1/3,2/3或3/4,充放電曲線趨近於線性。（下圖是電容充電圖形 電源是10V）

比較器實現三角波、方波電路如下

 

電路的搭建如下（電路比較器是4合1，電源腳別忘了供電上圖未顯示）

 

下圖是應用的5V電源

 

比較器6腳輸出的三角波

 

比較器14腳輸出的方波

④5V電源電路

基於三極體搭建的5V電路

 

上圖電路在中國電子解碼張老師有非常詳細搭建過程，細緻到各個元器件解讀

http://www.zhangfeidz.com/election_video/35.html

基於78M05搭建的5V電路

在我們網站有關於線性穩壓電源的完整一套視頻講解，7805搭建和三極體搭建的線性電源都有包含，包括元器件的選型和參數的選定、元件晶片手冊的解讀等

http://www.zhangfeidz.com/course_show/24.html

上圖是78m05手冊，78m05使用過程應注意防止功率過大而導致損壞。大面積鋪銅作散熱處理。

元器件 

注意：使用連接線之前有必要對其測試是否存在斷線可能，不然搭建好，出問題，找起來很頭痛。（傳感器用的是MQ-2，某創商城購買，明天會更新相關電路）

電路搭建

搭建過程，注意含有極性元件正負極連接，上電之前，有必要檢查一次

進行5V波形捕捉

 

5V電壓波形

黃線對應的是78M05輸出的5V，藍線對應的是三極體搭建的5V輸出，為了同時表現分開顯示，他們的參考不一樣。從圖像可以看出，三極體的輸出略大於5V，這和三極體BE壓差有關，兩者均滿足條件。

⑤信號採集電路與三極體開關電路

首先需要選定的一個傳感器，對空氣品質信號進行捕捉輸出，在某創商城找到一個MQ-2 的氣體傳感器。右下角是實物圖。

   上圖是MQ-2的測試電路，傳感器沒有引腳標識，引腳是一個軸對稱的，最中間的為2、5，為加熱電極，然後其他引腳就確定了，其中 VH用於為傳感器提供特定的工作溫度。 VRL是傳感器串聯的負載電阻（RL推薦阻值為20K）上的電壓。VC是為負載電阻RL提供測試的電壓，須用直流電源（VH與VC可共用直流5V）。RL上輸出的是模擬電壓信號。

三極體開關

 

三極體放大電路， ic = β* ib ,   Vout = Vcc – ic*R3  

三極體開關電路， ic ≠ β* ib，  Vout =0.3V≈ 0V

這裡大家可以思考一下，下拉電阻有哪些作用呢？又怎樣選擇呢？

下圖是三極體是的輸出特性曲線（三極體部分參考我的館友的一片文章）

    圖中電源電壓為4V，綠色的斜線是負載電阻為80歐姆的負載線，V/R=50MA，圖中標出了Ib分別等於0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、1.0mA的工作點A、B、C、D、E、F。據此在右側作出了Ic與Ib的關係曲線。根據這個曲線，就比較清楚地看出「飽和」的含義了。曲線的綠色段是線性放大區，Ic隨Ib的增大幾乎成線性地快速上升，可以看出β值約為200。藍色段開始變彎曲，斜率逐漸變小。紅色段就幾乎變成水平了，這就是「飽和」。實際上，飽和是一個漸變的過程，藍色段也可以認為是初始進入飽和的區段。在實際工作中，常用Ib*β=V/R作為判斷臨界飽和的條件。在圖中就是假想綠色段繼續向上延伸，與Ic=50MA的水平線相交，交點對應的Ib值就是臨界飽和的Ib值。圖中可見該值約為0.25mA。

   由圖可見，根據Ib*β=V/R算出的Ib值，只是使電晶體進入了初始飽和狀態，實際上應該取該值的數倍以上，才能達到真正的飽和；倍數越大，飽和程度就越深。

    圖中還畫出了負載電阻為200歐姆時的負載線。可以看出，對應於Ib=0.1mA，負載電阻為80歐姆時，電晶體是處於線性放大區，而負載電阻200歐姆時，已經接近進入飽和區了。負載電阻由大到小變化，負載線以Vce=4.0為圓心呈扇狀向上展開。負載電阻越小，進入飽和狀態所需要的Ib值就越大，飽和狀態下的C-E壓降也越大。

   使用三極體的開關管時推薦設置ib為1mA,BE 有0.7V壓降即可。N管開關E接地，P管開關E接電源。（1mA相對大些，可以保證可靠的開關狀態，可以有效的避免溫度變化等幹擾導致誤開關）

   看完之後你還對三極體的開關電路還有疑惑嗎，下面留言，群裡討論，保證解決你的疑問。

傳感器電路和紅、綠燈切換電路

 

傳感器電路參考傳感器手冊，推薦電阻R10為20K（1、3隻需要接一個，4、6隻需要接一個）

    Q2工作在開關狀態，空氣品質良好，比較器5號腳低電平輸入，通過與4號腳比較，2號腳輸出低，紅燈不亮，三極體不工作，5V通過R17、D4到低，D4亮；空氣品質差，比較器5號腳高電平輸入，比較之後，2號腳輸出高，紅燈亮，三極體工作在開關狀態，集電極電位被拉低，此時對應D4的電壓降低，D4不亮。

空氣品質好對應2號腳的電平

 

   空氣品質良好，傳感器輸出低電平送給比較器5號腳，低於4號腳的直流電平，則2號腳輸出為低，上圖可見，對應藍燈亮，紅燈不亮。

空氣品質差對應2號腳的電平

   上圖可見，當傳感器檢測到空氣品質不佳，比較器的5號腳電位升高，高於4號腳的直流電平，此時比較器2號腳輸出高電平，上圖可見，紅燈亮，藍燈不亮。

公眾號推薦：張飛實戰電子（已有10W+電子工程師關注）