蜂鸣器是我们在电路设计中使用的最常见的一种预警发声器件,我们常使三极管的工作于开关状态来驱动它。然而越简单的电路,很多人在设计时往往越容易忽略细节,导致实际电路中蜂鸣器不发声、轻微发声和乱发声的情况发生。
 
我们在数字电路设计的中常常用三极管的开关特性把数字信号的“1”和“0”来转化成实际电路中的“通”和“断”,来驱动一些蜂鸣器、数码管、继电器等需要较大电流的器件。然而在使用的过程中,如果不在意细节,三极管就可能无法工作在正常的开关状态。最终无法达到预期的效果,有时就是因为这些小小的错误而导致重新打板,导致浪费。
 
 
这里小编把自己使用三极管的一些经验以及一些常见的误区给大家分享一下,在电路设计的过程中可以减少一些不必要的麻烦。我们来看几个三极管做开关的常用电路画法。蜂鸣器我们选择了常用的蜂鸣器。
 
图 1
 
例:图一中 a 电路中三极管我们选择了 2N3904 三极管,2N3904 是现在常用的 NPN 三极管。其耐压值 40V,Pcm=400mW,Icm=200mA,β=100-400。蜂鸣器 LS1 接在三极管的集电极,驱动信号取 5V,电阻按照经验可以取 4.7K。假设三极管放大倍数为 100,蜂鸣器的工作电流为 20mA,即 Ic=20mA。Ib=Ic/β=0.2 mA。当基极电流大于 0.2 mA 时,蜂鸣器均可正常发声。a 电路中的基极电流 Ib=(5V-0.7V)/4.7K=0.9mA,大于 0.2 mA,可以使蜂鸣器正常发声。b 电路用的是 2N3906 三极管,PNP 型,同样把蜂鸣器 LS2 接在三极管的集电极,驱动信号是 5VTTL 电平。由于 2N3906 其他参数和 2N3904 基本一致,因此计算过程不再赘述。以上这两个电路图都可以正常工作。
 
图 2
 
图二的两个电路和图一相比,把蜂鸣器接在了三极管的发射极。在 c 电路,假设基极电压为 5V,基极电流 Ib=(5V-0.7V- UL)/4.7K,其中 UL 为蜂鸣器上的压降。如 果 UL 比较大,那么相应的 Ib 就小,很有可能 Ib<0.2mA,Ic<20mA,无法驱动蜂鸣器。有人认为把 R3 的阻值减小,Ib 就可以变大,大于 0.2 mA 时,蜂鸣器就可以正常工作。但是蜂鸣器的压降很难获知,而且有些蜂鸣器的压降可能变动,这样一来基极电阻阻值就很难选择,阻值选择太大就会驱动失败,选择太小,损耗又变大。d 电路也会出现同样的问题,所以不建议选用图二的这两种电路。
 
图 3
 
图三这两个电路,电路的驱动信号为 3.3VTTL 电平,常出现在 3.3V 的 MCU 电路设计中,如果不注意就很容易就设计出这两种电路,而这两种电路都是错误的。
 
先分析 e 电路,这是典型的“发射极正偏,集电极反偏”的放大电路,或者叫射极输出器。当 PWM 信号为 3.3V 时,Ib=(3.3V-0.7V- UL)/4.7K,会出现和图 2 中 c 电路中一样的情况。
 
f 电路也是一个很失败的电路,首先这个电路导通是没有问题的,当驱动信号为 0V 时,蜂鸣器可以正常动作。然而这个电路是无法关断的,当驱动信号 PWM 为 3.3V 高电平的时候,Ube=5V-3.3V=1.7V, Ube>0.7V,三极管仍可以导通,于是蜂鸣器会一直响。那这个问题有办法解决吗?有,如果你的 MCU 支持 OD(开漏)驱动方式,可以在开漏输出后用上拉电阻把电平拉到 5V,这样 Ube=5V-5V=0V, Ube<0.7V,三极管就可以正常的关断了。
 
总结:
 
三极管作为开关器件,虽然驱动电路很简单,要使电路工作更加稳定可靠,还是不能掉以轻心。为了避免出错,个人建议是优先采用图一的电路,尽量不采用图二的电路,避免使用图三的工作状况。
 
实用推荐电路如下: