CN202352324U - 一种压电式声响器 - Google Patents

Abstract

一种压电式声响器，包括前盖板、壳体，以及底盖，所述前盖板、壳体，以及底盖之间形成一容置腔，所述前盖板的中心具有一开口，所述壳体具有一与前盖板相连接固定的前表面，所述前表面上对应于开口的位置具有一音孔，所述壳体内具有一压电片，所述压电片与所述前盖板和底盖相平行并且分别间隔设置，所述压电片为一自激式压电陶瓷片，该压电片的主电极、反馈极以及接地极分别引出该压电式声响器的壳体连接至该压电式声响器的驱动电路。该声响器不但结构上具有扩音的作用，而且该声响器的驱动电路能够与该声响器的结构相配合，使得即使电池使用时间长后能够提供的电压下降也仍然能够提供较大声响，增加了声响器的使用寿命，具有广泛的应用前景。

Description

一种压电式声响器

技术领域

本实用新型涉及一种压电式声响器，特别是涉及一种低电压下仍然能够正常工作的声响器。 

背景技术

现有的很多消费品，如电脑、多媒体、汽车、通信产品、电子玩具、电器等各种仪器设备和电子产品，都能够发出声音，声响器作为发声元件广泛应用于这些产品中。 

声响器可分为压电式声响器与电磁式声响器，前者的发声原理是将高压极压化后的压电陶瓷片粘贴于震动金属片上，当加入交流电后，会因为压电效应而产生机械变形延长及收缩，利用此特性使金属片震动而发出声音。电磁式声响器利用振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。压电式声响器的驱动电压较电磁式声响器所需的驱动电压要高，但其耗电量却比电磁式声响器要省，故压电式声响器因具有耐高温、低温、体积小、重量轻、厚度薄、耗电省、声音悦耳、性能稳定可靠等优点，更适用于各种家用电器、通信设备等产品中。 

如图7所示，为传统的压电式声响器驱动电路，该压电式声响器驱动电路100包括一驱动电路10及一压电式声响器111，该驱动电路包括一晶体三极管Q10、一电阻R1与一个电阻R2。 

该晶体三极管Q10的基极经电阻R2接收一个控制端12提供的所述压电式声响器111的控制信号S1，该晶体三极管Q10的集电极经电阻R1与电源端11连接，该晶体三极管Q10发射极接地。 

该电阻R1的两端作为该驱动电路10的第一输出端14与第二输出端16，该压电式声响器111接至两输出端14、16之间。 

图7中电源端11提供一个电压值为U11的直流电源，控制端12提供一定频率的周期脉冲控制信号S1，所述控制信号S1用来控制直流电源U11的输入。所述控制信号S1的周期脉冲电流的变化引起该压电式声响器驱动电路电流的变化，所述晶体三极管可在设定的周期脉冲控制信号S1作用下导通或截止。 

所述压电式声响器111的电压为所述驱动电路两输出端14与16之间的电压，假设第一输出端14的电压为U14，第二输出端16的电压为U16，当控制信号S1输入该压 电式声响器驱动电路100使所述晶体三极管Q10导通时，第一输出端14的电压U14近似为电源电压U11，第二输出端16的电压近似为0，所述压电式声响器111的电压为U11。 

当控制信号S1输入该压电式声响器驱动电路使三极管截止时，第一输出端14的电压近似为U11，第二输出端16的电压U16近似为U11，该压电式声响器111的电压为0。因此所述压电式声响器111的电压变化近似为电源端11的直流电源的电压U11。 

由此可见，该压电式声响器的振动效果与其电源电压有关，当我们要达到好的声音效果时要使用高的电源电压，电压值大，振幅越大其发出的声音也越大，然而，有些产品中使用的高电压可能会导致对使用产品造成一定程度的损坏。因此现今很多产品中都使用干电池或者锂电池等直流电供电，但是采用干电池或者锂电池供电有一个缺陷，即是使用时间久后，干电池或者锂电池的电压会下降，会因电压不足而导致声响器无法发声，导致了严重的安全隐患，而且现今大多数声响器的直流电压均采用9V直流电。现今的国际标准要求声响器能够在3米外具有85dB以上的声级，如果达不到可能使人无法察觉到报警信息，进而导致使用该声响器的家电或者电子产品的严重损坏甚至造成人身安全的威胁。因此使用直流电的声响器需要经常更换电源或者定期检修，不但安全性能不足，而且也耗费劳动力。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种即使在低电压的情况下也能够正常发声的声响器。 

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种压电式声响器，包括前盖板、壳体，以及底盖，所述壳体与所述底盖相互卡合固定，所述前盖板、壳体，以及底盖之间形成一容置腔，所述前盖板的中心具有一开口，其特征在于：所述壳体具有一与前盖板相连接固定的前表面，所述前表面上对应于开口的位置具有一音孔，所述壳体内具有一蜂鸣片，所述蜂鸣片与所述前盖板和底盖相平行并且分别间隔设置，所述压电片为一自激式压电陶瓷片，该压电片的主电极、反馈极以及接地极分别引出该压电式声响器的壳体连接至该压电式声响器的驱动电路，包括一电感器、一晶体三极管以及一电阻，所述电感器为带工字型磁芯电感器，具有三个引脚，分别为始端、抽端和终端，所述晶体三极管为NPN型三极管，该电感器的始端连接外界电源，该电阻连接在外界电源与晶体管的基极之间，晶体管的集电极连接至电感器的抽端，所述晶体管的发射极接地，该压电片的反馈极连接至晶体三极管的基极，压电片的主电极连接至电感器的终端，所述外界电源为2.0V-3.5V的直流电。 

优选地，所述前表面上具有一圈与所述前表面垂直向容置腔内延伸的固定板，该固定板的内侧端通过胶水与压电片连接固定。 

为了使该声响器能够提供响亮的声响，所述前表面与所述固定板以及所述压电片之间形成一前音腔，所述前音腔的厚度为7.0mm～7.3mm，所述前音腔的直径为22mm～23mm，所述音孔的直径为12.5mm～13.5mm；所述固定板与所述壳体的侧壁之间的距离为6.5mm～7.5mm，该声响器的整体外径为φ38mm～φ42mm，厚度为13mm～16mm。 

为了便于前盖板与壳体的定位连接，所述前表面上的音孔外侧具有一圈凸圈，所述前盖板的开口的内表面上具有一与所述凸圈相匹配的凹槽，所述凸圈位于所述凹槽内。 

优选地，所述电阻值为5KΩ-30KΩ，而电感器电感量为35mH-45mH，晶体三极管的放大倍数为100-300。 

与现有技术相比，本实用新型的优点在于该声响器不但结构上具有扩音的作用，使声响器具有响亮的声响，而且该声响器的驱动电路能够驱动压电片在较低的电压下仍然能够工作，与该声响器的结构相配合，使得即使电池使用时间长后能够提供的电压下降也仍然能够工作、提供较大声响，增加了声响器的使用寿命，而且该声响器的驱动电路，结构简单，易于制作，成本低，具有广泛的应用前景。 

附图说明

图1为本实用新型声响器去掉前盖板的正面示意图。 

图2为本实用新型声响器的背面示意图。 

图3为本实用新型声响器的剖视图，图3a为前盖板的剖视图，图3b为壳体和底盖的剖视图。 

图4为本实用新型声响器的部件分解图。 

图5为本实用新型声响器的控制电路图。 

图6为本实用新型声响器的控制电路的信号示意图。 

图7为现有技术中压电式声响器的控制电路图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。 

本实用新型的声响器，如图1-4所示，包括前盖板1、壳体2，以及底盖3，所述壳体2与所述底盖3相互卡合固定。所述前盖板1、壳体2，以及底盖3之间形成一容置腔，所述前盖板1的中心具有一开口11用以传递壳体2内的声音。所述壳体2内具有一压电片4，该压电片4为一自激式压电陶瓷片，并且具有一主电极M、反馈极F以及一金属材料制作的接地极G。 

压电片4的三极通过导线5连接至一印刷电路板6，所述印刷电路板6上固定于底盖3上。所述壳体2上具有供印刷电路板6上的引线7伸出的孔，压电片4的三个电极通过印刷电路板导线5、印刷电路板6以及引线7引出声响器，以连接至外界的驱动电 路。 

所述压电片4与前盖1以及底盖3相平行并且分别间隔设置。所述壳体2具有一前表面21，该前表面21与前盖1相连接固定，并且前表面21上也具有与该前盖1上的开口11相对应的音孔211。所述压电片4与前盖1平行设置即与所述前表面21也平行设置。所述壳体2的前表面21上具有与前表面21垂直并且向容置腔内侧延伸的一圈固定板22，该固定板22的内侧端上通过胶水8与压电片4连接固定，并且该内侧端上具有一倾斜角。所述前表面21上的音孔211的外侧具有一凸圈212，所述前盖1的开口11的内侧具有一圈与该凸圈212相匹配的凹槽111，该凹槽111内容置所述凸圈212用于将前盖1和壳体2相互连接，该凹槽111与凸圈212的结构使前盖1和壳体2相互之间便于定位安装。 

一般的声响器的结构很难满足低电压下大声响的要求，特别是在外界直流电压为3V左右的情况下，声音无法达到3米外85dB以上的要求，因此需要特定的电路进行驱动。并且该声响器的各个结构参数之间相互制约，只有各个参数都相互制约调节，才能够有一个最优化的扩音效果。为了能够在外界直流电压即使下降的条件下，该声响器仍然能够发出足够的响声，该声响器壳体内，所述固定板22与壳体2的前表面21以及压电片4形成一前音腔，所述前音腔的厚度为7.0mm～7.3mm，所述前音腔的直径为φ22mm～φ23mm，所述音孔的直径为φ12.5mm～φ13.5mm。而固定板22与壳体2的侧壁之间的距离为6.5mm～7.5mm，该声响器的整体外径为φ38mm～φ42mm，厚度为13mm～16mm。只有在这样的参数条件下，所述声响器才能提供一个较大的声级，达到扩音的效果。 

该声响器具有特定的驱动电路，只有在驱动电路与上述声响器的结构相互作用下，才能具有低电压下工作的性能。如图5-6所示，该驱动电路包括一电感器L1，一晶体三极管Q1，一电阻R1。该电感器L1为带工字型磁芯电感器，具有三个引脚，1脚为始端，2脚为抽端，3脚为终端。晶体三极管Q1为NPN型的三极管。压电片B具有一主电极M、反馈极F以及一金属材料制成的接地极G，该金属材料可以为不锈钢、铜或者Ni材料等。如图5、6所示，该电感器L1的1脚连接外界电源VDC，并且电阻R1连接在外界电源VDC与晶体管Q1的基极之间，晶体管Q1的集电极连接至电感器L1的2脚，所述晶体管Q1的发射极接地。该压电片B的反馈极F连接至晶体三极管Q1的基极，压电片B的主电极M连接至电感器L1的3脚。晶体三极管Q1的集电极电流为Ic，基极电流为Ib，发射极电流为Ie。 

电感器L1主要作用是升压，将外界电压VDC的低电压升为高电压，另外通过合理绕组比(N12/N23)既可达到较高电压，又可以抑制晶体管的Ic电流增大；电阻器R1主要起限流作用，通过电阻器R1控制Ib的大小，进而实现控制Ic大小，R1电阻大，Ib小则Ic也小，反之，R1电阻小，Ib大则Ic也大。晶体三极管Q1在线路中的作用是 利用放大功能参与线路震荡；压电片B在该线路通电工作时，参与线路震荡后发出声音。 

如图6所示，该电路的工作原理为：在VDC与接地端两端之间施加直流电压时，先通过电感器L1升压并将该高电压加在压电片的主电极M上，而主电极M在接入高电压后将信号通过反馈极F流向晶体三极管Q1的基极，晶体三极管Q1将来自基极的信号通过集电极再流向电感器的引脚2，引脚2再将信号流向引脚3，通过这个回路不断反复震荡工作，从而使压电片产生机械伸缩运动，促使音腔内的空气与音腔发生共鸣震荡，由音腔的音孔发出声音。在这个电路工作时，降低R1的电阻值可以增大Ib，Ib增大带动Ic增大，而Ic增大促使流过电感器L1的电流增大，从而使电感器L1产生更高的电压，这样会使整个声响器发出更高声音。但是R1的电阻值也不能太小否则会导致晶体三极管不在放大区域工作，而进入饱和区则使整个线路无法工作。 

这个电路是针对直流低电压开发，电压范围为2.0-3.5V，优选为3V，这使该声响器可以使用干电池或者锂电池进行供电，在3V时整个线路的最大消耗电流不大于22mA。在电压降低到2.5VDC时则最大消耗电流不大于18mA，而此时压电声响器所发出声级则能达到大于等于85dB，3米距离测量。如下表1所示，列出了部分该结构的声响器的不同电压下的声级以及电流，其中声级是在消音室内3米距离测量的数据。因此，从表1中可以看到，该结构参数以及电路参数下的声响器相互配合，即使在较低的直流电驱动下，也能达到较大的声响。 

表1 

电阻值R1范围在5KΩ-30KΩ，而电感器L1电感量在35mH-45mH，优选为38mH左右。晶体三极管放大倍数在100-300之间。整个线路各元器件的参数根据在3V直流电源时最大消耗电流不超过22mA，以及2.5V直流电源时声音达到3米外测量具有85dB的要求来进行调整。该声响器的直流电压可选的范围为2.5V-3.5V。 

本实用新型的声响器针对美国UL对室内报警器特定的功能需求而设计，即能够满足UL规定标准≥85dB/3米，具有在较低电压和低电流情况下达到规定的声压级的优异特性。 

该声响器不但结构上具有扩音的作用，使声响器具有响亮的声响，而且该声响器的驱动电路能够驱动压电片在较低的电压下仍然能够工作，与该声响器的结构相配合，使得即使电池使用时间长后能够提供的电压下降也仍然能够工作、提供较大声响，增加   了声响器的使用寿命，而且该声响器的驱动电路，结构简单，易于制作，成本低，具有广泛的应用前景。 

尽管以上详细地描述了本实用新型的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种压电式声响器，包括前盖板(1)、壳体(2)，以及底盖(3)，所述壳体(2)与所述底盖(3)相互卡合固定，所述前盖板(1)、壳体(2)，以及底盖(3)之间形成一容置腔，所述前盖板(1)的中心具有一开口(11)，其特征在于：所述壳体(2)具有一与前盖板(1)相连接固定的前表面(21)，所述前表面(21)上对应于开口(11)的位置具有一音孔(211)，所述壳体(2)内具有一压电片(4)，所述压电片(4)与所述前盖板(1)和底盖(3)相平行并且分别间隔设置，所述压电片(4)为一自激式压电陶瓷片，该压电片(4)的主电极(M)、反馈极(F)以及接地极(G)分别引出该压电式声响器的壳体(2)连接至该压电式声响器的驱动电路；

所述压电声响器的驱动电路包括一电感器(L1)、一晶体三极管(Q1)以及一电阻(R1)，所述电感器(L1)为带工字型磁芯电感器，具有三个引脚，分别为始端、抽端和终端，所述晶体三极管(Q1)为NPN型三极管，该电感器(L1)的始端连接外界电源(VDC)，该电阻(R1)连接在外界电源(VDC)与晶体管(Q1)的基极之间，晶体管(Q1)的集电极连接至电感器(L1)的抽端，所述晶体管(Q1)的发射极接地，该压电片的反馈极(F)连接至晶体三极管(Q1)的基极，压电片的主电极(M)连接至电感器(L1)的终端，所述外界电源(VDC)为2.0-3.5V的直流电。

2.如权利要求1所述的压电式声响器，其特征在于：所述前表面(21)上具有一圈与所述前表面(21)垂直向容置腔内延伸的固定板(22)，该固定板(22)的内侧端通过胶水(8)与压电片(4)连接固定。

3.如权利要求2所述的压电式声响器，其特征在于：所述前表面(21)与所述固定板(22)以及所述压电片(4)之间形成一前音腔，所述前音腔的厚度为7.0mm～7.3mm，所述前音腔的直径为22mm～23mm，所述音孔(211)的直径为12.5mm～13.5mm；所述固定板(22)与所述壳体(2)的侧壁之间的距离为6.5mm～7.5mm，该声响器的整体外径尺寸φ38mm～φ42mm，厚度为13mm～16mm。

4.如权利要求1-3任一项所述的压电式声响器，其特征在于：所述前表面(21)上的音孔(211)外侧具有一圈凸圈(212)，所述前盖板(1)的开口(11)的内表面上具有一与所述凸圈(212)相匹配的凹槽(111)，所述凸圈(212)位于所述凹槽(111)内。

5.如权利要求1所述的压电式声响器的驱动电路，其特征在于：所述电阻值(R1)为5KΩ-30KΩ，而电感器(L1)电感量为35-45mH，晶体三极管(Q1)的放大倍数为100-300。

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