CN102291646B

CN102291646B - 一种压电蜂鸣器的音量控制电路

Info

Publication number: CN102291646B
Application number: CN201110184566.0A
Authority: CN
Inventors: 陈耀华
Original assignee: Fuji Xerox China Ltd
Current assignee: Fuji Film Business Equipment Shanghai Co ltd
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102291646A

Abstract

本发明一种压电蜂鸣器的音量控制电路，具体指一种适用于工作频率波形为矩形波，以直流电压控制压电蜂鸣器的音量控制电路，涉及电子电路技术领域。本发明具有两个输入端口的压电蜂鸣器的音量控制电路，其中，一个输入矩形波频率信号，根据需要其频率、占空比均可变；另一个输入直流电压信号，用以控制输出电压的振幅值，以达到控制压电蜂鸣器音量的效果。该电路由输入可变增益直流电压控制电路、输入音频信号固定增益放大电路、压电蜂鸣器谐振阻尼电路以电信号连接构成。包括：5个电阻器和一个运算放大器。是一个简单的、低成本的、方便使用微处理芯片直接控制的压电蜂鸣器的音量控制技术方案。

Description

一种压电蜂鸣器的音量控制电路

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体指一种适用于工作频率波形为矩形波的，以直流电压控制压电蜂鸣器的音量控制电路。

背景技术

就目前的技术手段而言，控制压电蜂鸣器的音量，通常使用微处理器的数/模(D/A)转换通道，或者用一个由若干位寄存器控制的电阻衰减网络实现，寄存器宽度的选取取决于压电蜂鸣器的音量控制的精度。例如一个4位的寄存器--电阻器网络可以产生16级的输出电平。电路结构复杂，使用元器件较多。

发明内容

本发明的目的为克服上述现有技术存在的某种缺失或不足，具体指在不具备“数/模(D/A)转换通道”的应用场合，提供一种以电压(可以由“脉冲宽度调制PWM方法产生)控制压电蜂鸣器的音量控制电路。具有两个输入端口的压电蜂鸣器的音量控制电路，包括：5个电阻器和一个运算放大器。是一个简单的、低成本的、方便使用微处理芯片控制的压电蜂鸣器的音量控制技术方案及电路形式。

本发明电路工作原理(如附图1所示)简述如下：

电阻器R1、R2构成第一电压分压器

电阻器R1、R2用以决定放大电路的电压控制增益，使得当端口A输入电压为0V时，端口C获得最高输出振幅(V_CC)，即对应压电蜂鸣器的最大音量；当端口A输入电压为V_DD时，端口C输出为零振幅，即对应压电蜂鸣器的最小音量。其中，V_DD是端口A、B输入的最大振幅。

电阻器R3、R4构成第二电压分压器

电阻器R3、R4用以决定输入音频信号的固定放大增益，使得从端口B输入的振幅为V_DD的驱动压电蜂鸣器的工作频率信号能够在端口C获得最高输出振幅(V_CC)。

根据实际工作效果的需要，从端口B输入的工作频率信号可以是变频率的、变占空比的，以适应不同尺寸、不同特性的压电蜂鸣器产品。

电阻器R5起阻尼压电蜂鸣器BZ谐振的作用。

连接方式，其中：

端口A输入直流电压，用以控制压电蜂鸣器的音量；

端口B输入压电蜂鸣器的矩形波频率信号，其频率、占空比均可变；

驱动压电蜂鸣器的信号从端口C输出；其中，电阻器R5起阻尼压电蜂鸣器BZ谐振的作用；

压电蜂鸣器另一端连接到地电平GND。

端口A的输入为0-V_DD的直流电压；

端口B的输入为矩形波电压，振幅0-V_DD；

端口C输出为矩形波电压，振幅0-V_CC，输出频率、相位同端口B一致。

端口C输出：0V一一对应于端口A输入为V_DD；

端口C输出：V_CC一一对应于端口A输入为0V；

一种电蜂鸣器的音量控制电路，其输入/输出函数关系：

V_{C} = \frac{R 1 + R 2}{R 1} \frac{R 4}{R 3 + R 4} V_{B} - \frac{R 2}{R 1} V_{A}

因单电源运算放大器的物理特性的限制，使得V_C的输出电压范围在0V与运算放大器电源电压V_CC之间，即：0＜V_C＜V_CC；

当取值R1＝R3＝R，R2＝R4＝1.5R(式中R是常数，单位：欧姆)；则：V_C＝1.5*V_B-1.5*V_A；

式中：1.5*V_B是V_C的交流分量；1.5*V_A是V_C的直流偏移分量；输出电压的振幅V_C是V_A电压值的线性函数。

本发明的电路连接关系：

端口A连接电阻器R1-1；

电阻器R1-2连接电阻器R2-1、运算放大器U-3；

电阻器R2-2连接电阻器R5-1、运算放大器U-4；

端口B连接电阻器R3-1；

电阻器R3-2连接电阻器R4-1、运算放大器U-1；

电阻器R4-2连接到地电平GND；

端口C连接电阻器R5-2；

综上所述，本发明解决了用直流电压控制压电蜂鸣器音量的课题。具有元器件少、结构简单、功耗低和控制容易等特点。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为本发明的一个实施例原理图；

图3-1至图3-4为本发明实施例中不同工作状态下的波形图。

附图标记号说明：

U：CMOS运算放大器，型号-BU7241G。主要特点是“轨-轨”输入/输出电压特性；

R1、R3：电阻器，电阻值100千欧姆；

R2、R4：电阻器，电阻值150千欧姆；

R5：电阻器，电阻值470欧姆；

R6：电阻器，电阻值10千欧姆；

C：电容器，电容量1.0微法；

BZ：压电蜂鸣器，型号-PKM13EPYH4002，等效电容值约5.5纳法。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述

本发明的一个实施例(如附图2所示)是一种具有两个输入端口的压电蜂鸣器的音量控制电路。由输入可变增益直流电压控制电路，输入音频信号固定增益放大电路，压电蜂鸣器谐振阻尼电路以电信号连接构成。

所述的输入可变增益直流电压控制电路，由第一分压器和运算放大器U以电信号连接组成；

所述的输入音频信号固定增益放大电路，由第二分压器和运算放大器U以电信号连接组成。

其中：

运算放大器电源电压V_CC＝5V；

端口B、D输入信号最大电压振幅V_DD＝3.3V；

端口D可以直接输入脉冲宽度调制(PWM)信号，通过电阻器R6、电容器C构成的积分电路转换成直流电压，经端口A输入，用以控制压电蜂鸣器的音量；

驱动压电蜂鸣器的信号从端口C输出；

压电蜂鸣器一端连接到端口C，另一端连接到地电平GND；其中，电阻器R5起阻尼压电蜂鸣器BZ谐振的作用。

端口B、D的输入均为矩形波电压，振幅为3.3V；

端口C输出为矩形波电压，振幅为0-5V，其频率、相位同端口B一致；

端口C输出振幅：0V一一对应于端口D的占空比100％；

端口C输出振幅：5V一一对应于端口D的占空比0％；

一种压电蜂鸣器的音量控制电路，其输入/输出函数关系：

V_{C} = \frac{R 1 + R 2}{R 1} \frac{R 4}{R 3 + R 4} V_{B} - \frac{R 2}{R 1} V_{A}

本发明的实施例电路连接关系：

端口D连接电阻器R6-1；

电阻器R6-2连接电容器C-1、电阻器R1-1；

电容器C-2连接到地电平GND；

电阻器R1-2连接电阻器R2-1、运算放大器U-3；

电阻器R2-2连接电阻器R5-1、运算放大器U-4；

电阻器R5-2连接压电蜂鸣器BZ-2；

压电蜂鸣器BZ-1连接到地电平GND。

端口B连接电阻器R3-1；

电阻器R3-2连接电阻器R4-1、运算放大器U-1；

电阻器R4-2连接到地电平GND；

结合本发明一个实施例的波形图分析：

附图3-1记录了对应输入端口D的占空比为1％条件下的输出波形：

Ch2：端口B的输入电压波形；频率为4千赫；振幅为3.3伏；

Ch3：端口D的输入电压波形；频率为4千赫；占空比为1％；振幅为3.3伏；

Ch4：端口C的输出电压波形；振幅为4.6伏；频率、相位与端口B的一致；

附图3-2记录了对应输入端口D的占空比为40％条件下的输出波形：

Ch2：端口B的输入电压波形；频率为4千赫；振幅为3.3伏；

Ch3：端口D的输入电压波形；频率为4千赫；占空比为40％；振幅为3.3伏；

Ch4：端口C的输出电压波形；振幅为2.8伏；频率、相位与端口B的一致；

附图3-3记录了对应输入端口D的占空比为80％条件下的输出波形：

Ch2：端口B的输入电压波形；频率为4千赫；振幅为3.3伏；

Ch3：端口D的输入电压波形；频率为4千赫；占空比为80％；振幅为3.3伏；

Ch4：端口C的输出电压波形；振幅为1.0伏；频率、相位与端口B的一致；

附图3-4记录了对应输入端口D的占空比为99％条件下的输出波形：

Ch2：端口B的输入电压波形；频率为4千赫；振幅为3.3伏；

Ch3：端口D的输入电压波形；频率为4千赫；占空比为99％；振幅为3.3伏；

Ch4：端口C的输出电压波形；振幅为0.1伏；频率、相位与端口B的一致；

端口C的输出电压实测振幅与理论计算值之间的误差主要由两部分组成：

①、由R6与C组成的积分电路的直流内阻R6对运算放大器增益带来的误差；

②、由阻尼电阻器R5与压电蜂鸣器等效电容值的分压作用产生的误差。

本发明主要特点：

一、控制方法简单，音量调节范围大，音量调节与频率调节完全独立，互不相扰，控制特性好。

二、功耗低。本发明的实施例电路在输出振幅最大时，V_CC(+5V)电源的消耗电流实际测量值小于0.3毫安。

三、仅适用于工作频率波形为矩形波的场合。

Claims

1.一种压电蜂鸣器的音量控制电路，由输入可变增益直流电压控制电路，输入音频信号固定增益放大电路，压电蜂鸣器谐振阻尼电路以电信号连接构成，其特征是：

所述的输入可变增益直流电压控制电路，由第一分压器和运算放大器以电信号连接组成；所述的输入音频信号固定增益放大电路，由第二分压器和运算放大器以电信号连接组成；

所述的第一分压器由电阻器R1、R2组成；

所述的第二分压器由电阻器R3、R4组成；

所述的压电蜂鸣器谐振阻尼电路由电阻器R5组成；

其中，

端口A为音量控制电压输入端口；

端口B为工作频率输入端口；

端口C为输出端口，

并且：

端口A与电阻器R1的一端连接；

电阻器R1的另一端与电阻器R2的一端、运算放大器U的反相输入端连接；

电阻器R2的另一端与电阻器R5的一端、运算放大器U的输出端连接；

端口B与电阻器R3的一端连接；

电阻器R3的另一端与电阻器R4的一端、运算放大器U的同相输入端连接；

电阻器R4的另一端与地电平GND连接；

端口C与电阻器R5的另一端连接。

2.如权利要求1所述的一种压电蜂鸣器的音量控制电路，其特征是：输入/输出函数关系如下：

V_{C} = \frac{R 1 + R 2}{R 1} \frac{R 4}{R 3 + R 4} V_{B} - \frac{R 2}{R 1} V_{A}

因单电源运算放大器的物理特性的限制，使得VC的输出电压范围在0V与运算放大器电源电压VCC之间，即：0<VC<VCC；

当取值R1=R3=K，R2=R4=1.5K

式中K是常数，常数的量纲：欧姆；

则：VC=1.5*VB-1.5*VA；

式中：1.5*VB是VC的交流分量；1.5*VA是VC的直流偏移分量；输出电压的振幅VC是VA电压值的线性函数。