CN101685629A - 一种压电式蜂鸣器的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压电式蜂鸣器的驱动电路，驱动电路包括：第一场效应管、第二场效应管、以及第一场效应管和第二场效应管的控制电路模块，控制电路模块用于实现第一场效应管与第二场效应管之间的反相导通或者反相截止，使第二场效应管能够避免压电式蜂鸣器发声时的反电动势电压击穿第一场效应管。本发明提供的驱动电路从驱动电路设计方面避免第一场效应管的击穿问题，因此不需要外围电路中用来避免第一场效应管击穿的限流电阻，并能提升蜂鸣器的响度。
Description
技术领域
本发明属于驱动电路，具体涉及一种压电式蜂鸣器的驱动电路。
背景技术
压电式蜂鸣器是通过压电效应的陶瓷片使金属片振动而发声。压电式蜂鸣器一般将高压极压化后的压电陶瓷片黏贴于振动金属片上，当施加交流电压后，压电陶瓷片因压电效应而生成机械变形伸展及收缩，利用此特性使金属片振动而发出声响。压电式蜂鸣器属于容性负载器件，直流阻抗无限大，交流阻抗也较大。驱动时需要较高的驱动电压，但驱动电流较小，一般在10mA左右即可。
图1所示为现有技术的压电式蜂鸣器的驱动电路及其外围电路示意图，以矽科公司的CS6031和CS6032系列计算器电路为例，具备有驱动压电式蜂鸣器发声的功能。如图1所示，10为压电式蜂鸣器的驱动电路模块，20为压电式蜂鸣器的外围电路模块；驱动电路模块10包括驱动端口11、第一场效应管13以及置于驱动端口11和第一场效应管13之间的反相器12；为实现触键发音的效果，按键时，内置的键音产生模块会向键音驱动端口11输出3KHz-5KHz左右的方波，控制第一场效应管12的开启和关闭。外围电路模块20包括蜂鸣器21、直流低压电源24与蜂鸣器并联的电感23以及与电感23串联的限流电阻22。如果第一场效应管13打开时流过电感23的电流过大，会导致第一场效应管13关闭时电感端产生过高的反电动势电压VB，过高的反电动势电压VB进一步会击穿第一场效应管。为避免这一现象，外围电路通过限流电阻22来限制第一场效应管打开时流过电感23的电流。而蜂鸣器的发声大小正比于反电动势电压VB。因此，现有技术的驱动电路带来的问题主要有：(1)采用常规的增强型NMOS管来驱动蜂鸣器发声，应用时需要通过外置的限流电阻避免电感产生的反电动势高压击穿键音驱动端口，降低了流过电感的直流电流，使得电感的储能减少，因此在第一场效应管关闭过程中得到的反电动势电压较低，峰值一般在9V左右，驱动蜂鸣器发声的强度较弱；(2)需要增加一个限流电阻，增加了外围电路的生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能从压电式蜂鸣器的驱动电路设计方面避免第一场效应管的击穿问题，从而能提升蜂鸣器的响度并能省去外围电路中与电感串联的限流电阻。
为解决上述技术问题，本发明提供的压电式蜂鸣器的驱动电路包括：
第一场效应管，其输出端输出的波形施加到压电式蜂鸣器，用于压电式蜂鸣器的发声波形控制；
第二场效应管，其输出端与所述第一场效应管的输出端连接，用于避免压电式蜂鸣器发声时的反电动势电压击穿所述第一场效应管；
与所述第一场效应管的栅极和第二场效应管的栅极连接的控制电路模块，用于实现第一场效应管与第二场效应管之间的反相导通或者反相截止。
根据本发明所提供的驱动电路，其中，所述压电式蜂鸣器发声时，反电动势电压偏置于所述第二场效应管，所述第二场效应管在反电动势电压偏置条件下等效于反向偏置的二极管，所述二极管的反向击穿电压小于第一场效应管关闭时的源漏击穿电压。所述第一场效应管为增强型NMOS管，其源端为所述第一场效应管的输出端；所述第二场效应管为增强型NMOS管，其漏端为所述第二场效应管的输出端。
根据本发明所提供的驱动电路，其中，所述控制电路模块包括：
两个并联的第一反相器与第二反相器，第一反相器与第二反相器的输入端与控制电路模块的输入端连接；
电阻，其一端与第二反相器串联连接，其另一端与第一场效应管的栅极连接；
控制晶体管，其输出端与第一场效应管的栅极连接，其控制端与控制电路模块的输入端连接；
与非门，其第一输入端与第一反相器输出端连接，其第二输入端与第一场效应管的栅极连接，其输出端与第二场效应管的栅极连接。
所述控制晶体管为场效应管或者三极管之一。
本发明的技术效果是：第一场效应管关闭时，在控制电路模块的作用下，第二场效应管的栅极接高电平，第二场效应管导通；由于外围电路的中电流的变化，电感产生反电动势电压驱动蜂鸣器发声；此时，第二场效应管在反电动势电压的偏置下等效于反向偏置的二极管，由于此等效的反向偏置二极管的反向击穿电压小于第一场效应管的击穿电压，因此能避免第一场效应管被反电动势电压击穿，所述施加在蜂鸣器上的反电动势电压大小能够提高至等效的反向偏置二极管的反向击穿电压，因此蜂鸣器的响度能得到提高，并且不需要外围电路的限流电阻，因此能够降低外围电路的生产成本。
附图说明
图1是现有技术的压电式蜂鸣器的驱动电路及其外围电路示意图；
图2是包括本发明实施例的驱动电路的压电式蜂鸣器示意图；
图3是蜂鸣器发声时第二场效应管的偏置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图2所示为包括本发明实施例的驱动电路的压电式蜂鸣器示意图。如图2所示，30为压电式蜂鸣器的驱动电路，是本发明所提供的一个具体实施，40为压电式蜂鸣器的外围电路。驱动电路30包括：输入端31、输出端39、第一场效应管32、第二场效应管37、第一反相器33、第二反相器34、电阻35、与非门36以及控制晶体管38。其中，输入端31输入用于发声控制的方波；第一反相器33与第二反相器34的输入端共同与输入端31连接，第一反相器33与第二反相器34并联，反相器用来实现电平的高低转换；第一场效应管32为增强型NMOS管，用于压电式蜂鸣器的发声波形控制，用于发声控制的方波经过第一场效应管32后，输出至输出端39，第一场效应管32的漏端接地，源端定义为第一场效应管的输出端与驱动电路的输出端39连接，栅极与电阻35、控制晶体管38以及与非门36的输入端同时连接；电阻35一端与第二反相器34的输出端连接，另一端与第一场效应管32的栅极连接；控制晶体管38可以为场效应管或者三极管，本实施例优选为增强型NMOS管，其漏端接地、源端连接第一场效应管32的栅极、栅极与输入端31连接；与非门36的第一输入端与第一反相器33的输出端连接，第二输入端与第一场效应管32的栅极、控制晶体管38的源端同时连接，与非门36的输出端连接第二场效应管37的栅极；第二场效应管37为增强型NMOS管，其漏端与第一场效应管32的源端串联连接，用于避免压电式蜂鸣器发声时的反电动势电压击穿第一场效应管32，栅极由与非门36输出的波形控制，其源端偏置电源VDD。第一反相器33、第二反相器34、电阻35、与非门36以及控制晶体管38共同组成第一场效应管32和第二场效应管37的控制电路模块，用于实现第一场效应管32和第二场效应管37的反相导通，在本实施例中，由于第一场效应管32和第二场效应管37均为增强型NMOS管，为实现第一场效应管和第二场效应管的反相导通或者反相截止，也即第一场效应管和第二场效应管的栅极上分别所施加的电平相反。
如图2所示，外围电路40包括：蜂鸣器41、电感43以及直流电源44，电感43与蜂鸣器41并联，回路中电流变化时，电感能产生电动势电压，驱动蜂鸣器43发声。与图1所示现有技术的外电路相比，本实施例的外围电路少了一个限流电阻22。
结合图2和图3所示，驱动电路30的具体工作过程如下：
(1)驱动电路中的输入端31输入用于控制声音的方波，当输入端31为低电平时，经第二反相器34后变为高电平，由于通过电阻35产生的RC延迟，控制第一场效应管32在一定时间范围内逐步开启，流过第一场效应管32的驱动电流从0逐渐变大到峰值；同时第一反相器33输出高电平，与非门36输出低电平，第二场效应管37处于关闭状态。
(2)当第一场效应管32处于峰值驱动时，流过外围电感43的直流电流也达到峰值，电感43存储的电磁能量达到饱和，此时第二场效应管37处于关闭，不影响电感对地的直流回路。
(3)当输入端31输入高电平时，控制电路模块中的控制晶体管38导通，第一场效应管32的栅极接地，第一场效应管32关闭。由于控制晶体管38的栅电容比较大，因此CTRL1电平的变化也是一个逐渐的过程，流过第一场效应管32的电流从峰值逐渐降低到0。同时，第一反相器33的输出为低电平，与非门36的输出端为高电平，第二场效应管37导通。
(4)在第一场效应管32的逐渐关闭过程中，保存在电感43中的电磁能释放出来，靠近输出端39的一侧的电感端产生反电动势高压VB，驱动蜂鸣器发声。同时VB偏置于导通的第二场效应管37之上，由于VB大于VDD，第二场效应管37的源端与漏端反向偏置，等效为一个反偏二极管，如图3所示为蜂鸣器发声时第二场效应管的偏置示意图，虚线部分的二极管表示第二场效应管等效为一个反偏的二极管，加载在驱动端口上的反电动势电压VB的峰值被限制在这个等效反偏二极管的击穿电压以内。
根据上述驱动电路的工作过程，第一场效应管的源漏击穿电压大于第二场效应管的等效反偏二极管的击穿电压，在第一场效应管32的栅电容C一定的情况下，根据第一场效应管所需要的导通速度，选择电阻35的大小；根据第一场效应管所需要的关断速率，选择控制晶体管38的导通电阻，也即选择其宽长比。
在实施例中，第一场效应管关闭的过程中，第二场效应管瞬间导通，电感产生的反电动势电压驱动蜂鸣器发声时，反电动势电压VB偏置于第二场效应管上，由于此等效的反向偏置二极管的反向击穿电压小于第一场效应管的击穿电压，因此能避免第一场效应管被反电动势电压VB击穿。所述施加在蜂鸣器上的VB大小能够提高至等效的反向偏置二极管的反向击穿电压，因此蜂鸣器的响度能得到提高。并且，不再需要外围电路的限流电阻来避免第一场效应管击穿，因此，省去能够降低外围电路的生产成本。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
Claims (5)
1.一种压电式蜂鸣器的驱动电路，其特征在于包括：
第一场效应管，其输出端输出的波形施加到压电式蜂鸣器，用于压电式蜂鸣器的发声波形控制；
第二场效应管，其输出端与所述第一场效应管的输出端连接，用于避免压电式蜂鸣器发声时的反电动势电压击穿所述第一场效应管；
与所述第一场效应管的栅极和第二场效应管的栅极连接的控制电路模块，用于实现第一场效应管与第二场效应管之间的反相导通或者反相截止。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第一场效应管为增强型NMOS管，其源端为所述第一场效应管的输出端；所述第二场效应管为增强型NMOS管，其漏端为所述第二场效应管的输出端。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第二场效应管在所述反电动势电压偏置条件下等效于反向偏置的二极管，所述二极管的反向击穿电压小于第一场效应管关闭时的源漏击穿电压。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制电路模块包括：
两个并联的第一反相器与第二反相器，第一反相器与第二反相器的输入端与控制电路模块的输入端连接；
电阻，其一端与第二反相器串联连接，其另一端与第一场效应管的栅极连接；
控制晶体管，其输出端与第一场效应管的栅极连接，其控制端与控制电路模块的输入端连接；
与非门，其第一输入端与第一反相器输出端连接，其第二输入端与第一场效应管的栅极连接，其输出端与第二场效应管的栅极连接。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述控制晶体管为场效应管或者三极管之一。
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