项目6
蜂鸣器驱动电路系统设计

设计任务

设计一个简单的蜂鸣器驱动电路，使其产生方波信号，以驱动无源蜂鸣器发声。

基本要求

☺ 设计一个多谐振荡器，能产生2kHz左右的方波信号。

☺ 使用5V供电电压。

☺ 方波信号有一定的占空比。

总体思路

结合NPN型三极管导通条件、蜂鸣器工作电压和工作频率设计一个多谐振荡器，以产生具有一定占空比的方波信号来驱动蜂鸣器发声。

系统组成

整个蜂鸣器驱动电路系统主要分为以下3个模块。

☺ 电源模块。

☺ 多谐振荡器模块：输出具有一定占空比和一定频率的方波信号。

☺ NPN型三极管控制蜂鸣器模块：用NPN型三极管控制蜂鸣器发声。

蜂鸣器驱动电路系统框图如图6-1所示。

图6-1　蜂鸣器驱动电路系统框图

电路原理图（见图6-2）

图6-2　电路原理图

模块详解

1. 电源模块

由于要给整个系统供电，所以必须设计一个直流稳压电源。这里为了设计方便，直接通过一个两引脚排针，外接5V电源对整个系统进行供电，并通过LED指示电源是否供电正常，如图6-3所示。

在图6-3中，J2外接5V电源和地，B2是开关，D1是LED。当外接5V电源后，闭合开关B2，如果D1亮了，就说明外接5V电源供电正常。

2. 多谐振荡器模块

由于需要方波信号来控制NPN型三极管导通或关断，从而间接控制蜂鸣器发声，所以设计了一个由NE555芯片构成的多谐振荡器来产生方波信号。多谐振荡器模块如图6-4所示。

图6-3　电源模块

图6-4　多谐振荡器模块

NE555芯片成本低、性能可靠，只要外接几个电阻、电容，就可以构成多谐振荡器以产生方波信号。NE555芯片也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。NE555芯片的内部结构如图6-5所示。NE555芯片的引脚如图6-6所示。

图6-5　555芯片的内部结构

图6-6　NE555芯片的引脚

NE555芯片的功能主要由两个电压比较器来实现。两个电压比较器的输出电压控制RS触发器的状态。在NE555芯片的8引脚和1引脚之间加上电压，当NE555芯片的5引脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，电压比较器C2的反相输入端电压为VCC/3。若NE555芯片的2引脚电压小于VCC/3，则电压比较器C2输出低电平信号，可使RS触发器置1。如果NE555芯片的6引脚电压大于2VCC/3，同时NE555芯片的2引脚电压大于VCC/3，则电压比较器C1输出低电平信号，电压比较器C2输出高电平信号，可将RS触发器置0。

由图6-4可知，NE555芯片的2引脚与6引脚之间的电容C2起到充/放电的作用，在电容C2充电过程中，NE555芯片的3引脚输出高电平信号，在电容C2放电过程中，NE555芯片的3引脚输出低电平信号，从而可以得到一个方波信号。这个方波信号的振荡周期为

T=T1+T2

式中，T1为电容充电时间；T2为电容放电时间。

电容充电时间为

T1=（R1+R3）C2ln2≈0.7（R1+R3）C2

电容放电时间为

T2=R3C2ln2≈0.7R3C2

从而，方波信号的振荡周期为

T=T1+T2=（R1+2R3）C2ln2≈0.7（R1+2R3）C2

方波信号的振荡频率为

方波信号的占空比为

因此，改变R1、R3和C2就可以改变方波信号的振荡频率。这里利用NE555芯片设计一个能产生2kHz左右的方波信号的多谐振荡器。由于R1与R3的电阻和一般要小于3.3MΩ，所以初步设定R1为2.4kΩ、R3为2.4kΩ、C2为0.1μF，从而得出占空比q为2/3。对多谐振荡器模块进行仿真，其仿真结果如图6-7所示。从仿真结果来看，多谐振荡器能产生2kHz、占空比为2/3的方波信号。

图6-7　多谐振荡器模块仿真结果

3. NPN型三极管控制蜂鸣器模块

如图6-8所示，这里所使用的是2kHz的5V无源蜂鸣器。

在图6-8中，LS1为蜂鸣器，Q2为NPN型三极管，供电电压为5V。当Q2的基极为高电平时，Q2导通，蜂鸣器发出声音；当Q2的基极为低电平时，Q2关断，蜂鸣器不发声。NPN型三极管控制蜂鸣器模块仿真如图6-9所示。这里就是利用NPN型三极管来控制蜂鸣器发声的。NPN型三极管控制蜂鸣器模块仿真结果如图6-10所示。