压电蜂鸣器

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(沈荣章 邵性廉)压电蜂鸣器由压电陶瓷发声元件和振荡电路两部分组成。图1所示就是一个压电陶瓷发声元件,它是压电陶瓷片和金属片粘贴而成的一个弯曲振动片。它经相应振荡电路激励,就能按需要发出清晰的声音。

图1
图1 🔍原图 (397×351)

压电蜂鸣器跟触点振动式、扬声器振荡电路式蜂鸣器相比较,它的特点是:体积小、重量轻、厚度薄、耗电省、可靠性好;声响可达120dB,造价低廉。因此它可适用于电子手表、袖珍计算器、玩具、门铃等各种电子用品上作讯响用。如果配上各种传感元件,还可做成开水沸点报讯、煤气检测报警等等各种温度、湿度、嗅敏报警器。在工业自动控制设备或仪表中,还可作限位、定位、危险等报讯装置。

工作原理和特性

压电陶瓷片可以用锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面制备上银电极,经极化、老化后,用环氧树脂把它跟黄铜片(或不锈钢片)粘贴在一起成为发声元件。当在沿极化方向的两面施加振荡电压时,交变的电信号使压电陶瓷带动金属片一起产生弯曲振动,并随此发出响亮的声音。它的振动方式和振动频率跟支撑它的结点位置有关。按不同的支架固定方式,压电发声元件有不同的谐振频率,如图2所示。目前生产的压电陶瓷发声元件(上海无线电一厂产品)的规格和性能见表1。一种压电陶瓷发声元件的频率——声响特性如图3所示,输出效率特性见图4。

图2
图2 🔍原图 (577×231)
图3
图3 🔍原图 (645×436)
图4
图4 🔍原图 (590×481)
图5
图5 🔍原图 (1207×378)

制作方法

采用不同直径的压电陶瓷片,配上适当的功率驱动电路,可以制成不同响度和频率的蜂鸣器。下面介绍一种采用直径φ27压电陶瓷片制成的结构简单的单管驱动蜂鸣器,它的主要技术指标为:电源电压1V~4.5V;响度>85dB;频率1.5KHz~2.5KHz。图5是电原理图,它的振荡原理与三点式振荡相似,压电陶瓷片是振荡器的负载。由于压电陶瓷片自身是有谐振特性的,因此电路的频率还受到压电陶瓷片的牵引影响。为此在装成后,必须调整R、C,防止振荡频率跳变,也就是防止声调的跳变。图5中变压器的数据参见表2,铁芯截面积4×6.3mm,也可以用截面积相近似的半导体收音机输入输出变压器的铁芯。

图6
图6 🔍原图 (296×307)
图7
图7 🔍原图 (302×343)

图5电路安装在图6所示的塑料壳体中。先用软塑胶线(7×0.15)按图7位置在压电陶瓷发声元件上焊出两根引线,然后用环氧树脂均匀地涂在压电陶瓷发声元件的金属面上边缘一圈,把它粘贴在壳体里。粘贴重合面的宽度不超过lmm。再把电阻、电容、晶体管紧靠变压器,焊在振荡电路底板上,并用环氧树脂把变压器固牢,塞进壳体。最后灌上环氧树脂,把整个器件密封起来。

图8
图8 🔍原图 (432×561)
图9
图9 🔍原图 (194×242)

业余制作时,对壳体制作若有困难,可以按图8的方式把它分成三段:1.助声腔,2. 中段,3.底座。然后,再用环氧树脂把三段胶合起来。我们曾用装试剂用的φ36mm塑料瓶盖做成蜂鸣器,效果也还可以。

图10
图10 🔍原图 (392×397)
图11
图11 🔍原图 (436×191)

上述蜂鸣器可用作仪器报警、呼唤讯号及门铃等。加上一个传感器还可作开水沸点报讯,传感器用双金属片制成(牌号5J18,厚度0.8毫米),如果双金属片剪成50×5毫米长条,实践证明从室温到100℃,金属片终端偏移1毫米左右。把双金属片做成探头形式,如图9所示,使用时将探头插在水壶咀里,适当调节两条金属片接点间距,使它在水的沸点温度时合拢接通即可。