小型报警器

压电蜂鸣器除能用正弦波振荡器驱动外，还可以用短形波发生器驱动。用变压器反馈的正弦波振荡器在制作上比较麻烦，振荡器的工作较难控制，而用短形波发生器驱动压电蜂鸣器线路简单、控制容易。

我们知道，一定尺寸的压电陶瓷片有一定的谐振频率，因此只要矩形电压波的频率合适，压电陶瓷片同样也会发出声音。这是由于矩形波可以看作是由正弦基波和许多谐波组成的，对给定尺寸的压电陶瓷片只对基波发生谐振，对各次谐波不发生谐振。我们用音频信号发生器与脉冲信号发生器。输出相同频率和相同振幅的电压波，分别馈送至陶瓷片上，发出的声音几乎是一样的。

图1是用PMOS数字集成电路设计制作的用矩形电压波驱动的压电蜂鸣器。PMOS电路采用正逻辑，高电平为-1V，低电平为-12V。图中反相器F\(_{1}\)～F3组成矩形波发生器。它用八非门5G605中的三只非门。PMOS非门可以用图2b电路来表示，其中T\(_{1}\)为工作管T2为负载管。当V\(_{i}\)小于-4～5V时，T1、T\(_{2}\)导通，V0约为-1V；当V\(_{i}\)为高电平（大于-1V），T1截止、T\(_{2}\)微导通，V0≈12V。用三只非门连接成图2a电路，便成为矩形波发生器。当接通电源后，非门F\(_{2}\)输入点b与输出点d电位不一致，例如b高、d低，电容器C充电，充电方向如图2a实线箭头所示。由于绝缘栅场效应管输入电阻极大，栅极电流极小，所以非门输入端的电流可以忽略不计。随着电容器的充电。充电电流逐渐减小，a点电位按指数规律上升，到达F1的关门电平时，b点变为低电平，则d点变为高电平。由于电容器两端电压不能突变，故a点电位正跳。于是电容C进行反向充电，充电方向如图2a虚线箭头所示。随着电容C充电电流的减小，a点电位按指数规律下降。当电位下降至F\(_{1}\)的开门电平时，b点变为高电子，d点变为低电平。由于电容器两端电压不能突变，于是a点电位负跳，电容C充电方向又改变。电容器C周而复始地充放电，电路形成振荡工作状态，振荡周期与R、C的参数有关。非门F3用来作简单的整形a、b、d点的波形如图2c所示。由于PMOS电路工作频率较低，故此种振荡器的振荡频率约小于300千赫。因为PMOS元件是电压元件，输出功率很小，如果把压电陶瓷片直接接到F\(_{3}\)的输出端，其输出电压立即降低，发出的声音也很小。这里用传送门5G611做驱动，传送门是由一只功率较大的场效应管与保护稳压管组成，电路图中只绘出了场效应管。F3输出的矩形波馈进至传送门的栅极，其漏极产生反相的矩形波。把压电陶瓷片YD接在它的漏、源间，在幅值约24V的电压驱动下发出清脆响亮的声音，电路中的参数用以驱动HTD27A－1型压电陶瓷片。

图3是用TTL数字集成电路设计制作的压电蜂鸣器。图中YF\(_{1}\)～YF4用四与非门SM3404组成短形波振荡器。TTL数字集成电路与非门元件能输出一定的功率，但由于输出电压幅度小（高电平为3.2V,低电平为0.3V，输出电压峰—峰值约3V），发出的声音很小。因而用三极管反相器作驱动级，压电陶瓷片YD接在三极管3DG4的集、射极间。图中元器件参数用以驱动HTD27A－1型压电陶瓷片。

业余爱好者也可采用分立元件组成多谐振荡器作驱动电源如图4。由于三极管能输出一定的功率，可以把压电陶瓷片YD直接接至三极管的集、射极间。图中电路参数用以驱动HTD27A－1型压电陶瓷片。此装置可以作为简易门铃，只要加装一只按钮开关，当按钮按下，接通电路的电源，装置便发出响声。如果嫌声音小，把图4电路中R\(_{b1}\)、Rb2换成20KΩ，电源改为+24V，发出的声音更为响亮。

实验证明，要使峰鸣器发出较响亮的声音来，助音腔是必不可少的。图5a为助音腔的剖面示意图，把压电陶瓷片用万能胶或502胶粘贴在腔壁上，如图所示。对于业余制作者来说，要用车床加工一只助音腔，成本太高，实践证明，助音腔的尺寸不必过于严格，用旧电位器的外壳或外径比压电陶瓷片稍大一点的铁盒都可制作，如图5b所示，用一片薄胶木板环作衬，制作成的助音腔效果也很好。安装时，把压电陶瓷片的固定金属片面向助音腔的出声孔一侧。

在非电量测量中，当被测的物理量（温度、物位、流量、转速等）超过某一极限值时需要报警；在电子仪器中，有时需要对某些基本电路的工作情况进行监视也需要报警。

图6为小型报警器电原理图。这个电路由反相器F、RS触发器I及稳压管DW组成幅度鉴别器。电路的工作过程如下：当U\(_{Sr}\)＞－6V时，反相器F输出低电平，RS触发器Ⅰ置“1”（S-1=0，R-\(_{1}\)=1，Q1=1）；当U\(_{Sr}\)<－（UDW＋6V）时，RS触发器置“0”（S-\(_{1}\)=1，R-1=0，Q\(_{1}\)=0），Q1端输出低电平，把RS触发器Ⅱ置“1”（S-\(_{2}\)=0，R-2=1，Q\(_{2}\)=1），打开与非门YF，矩形波馈送至传送门5G611的栅极G，漏极产生反相的矩形波，驱动压电陶瓷片发声。当输入电压USr回升到高电平时，触发器Ⅰ置“1” （S-\(_{1}\)＝0，R-1＝1，Q\(_{1}\)＝1），触发器Ⅱ保持不变（S-2＝1,R-\(_{2}\)=1，θ2不变），蜂鸣器仍发声，欲清除，按常闭开关K使R-\(_{2}\)=“0”，使触发器Ⅱ置“0”（S-2=1，R-\(_{2}\)＝0，Q2=0），与非门YF封闭，蜂鸣器不发声。这里输入信号U\(_{Sr}\)必须是负电压，当|USr|大于PMOS电路的低电平（－6V左右），可用电阻分压器（如图6所示）R\(_{1}\)、R2分压。若|U\(_{Sr}\)|＜6V，需加前置同相放大。若输入电压为正值，可加一级倒相器或电平转换电路如图6b，图中MD－23为N－MOS单传送门，电平转换原理如下：传送门MD－23栅极电压大于约+5V导通、小于+5V时不导通。当栅极电位为高电平时，管子导通，漏极D的电位约0伏，UA≈－12V，当栅极电位为低电平时，管子不导通，电源+15V、－24V通过R\(_{3}\)、R4分压，U\(_{A}\)≈-1V，从而满足下一级PMOS电路的要求。图6a中的秒脉冲发生器是用来控制YF门使蜂鸣器发出“嘟—嘟—”的断续警报声，更容易引起人们的注意。如果要求同时监视几个物理量时，可以用同样的几组电路来实现。图7就是可以监视若干个输入信号的电路。此时可以通过一只或门HM来控制蜂鸣器。为了显示是哪一个信号超过额定值，用RS触发器Ⅲ和Ⅳ去控制与非门YF1或YF\(_{2}\)（图中只画出两组信号的电路，虚线表示第三组……），如果是Usr1超过额定值，触发器Ⅲ的Q端出现高电平，打开YF\(_{1}\)，它输出秒矩形脉冲波，使传送门M1导通，发光二极管LED\(_{1}\)发出一闪一闪的亮光，告诉仪器操作者现在是Usr1超过了额定值，同时报警器发出清脆的“嘟—嘟—”响声。

RS触发器是用的北京半导体器件五厂的B5121，每块内有四只RS触发器。N－MOS单传送门是用的MD－23北京地质仪器厂产品。8反相器5G60、2×5或门+2反相器5G604，4×3与非门5G601，5传送门5G611等都是上海元件五厂的产品（用其他厂的类似产品亦可）。由于集成度较高,整个电路可以连同压电蜂鸣器组装成一个小插件，装在仪器外壳里面。(北京钢铁学院 赵开群)