三端压电陶瓷振荡电路

摘要：还是B站的朋友喜欢进行技术讨论，这不，这位朋友对前面我对一个有源蜂鸣器电路的测试给出了解释。指出我有可能对蜂鸣器驱动电路中的电感作用有误解。实际上是可以使用普通的电阻替代其中的电感。特别是，指出无论将电感放在电路中三极管的集电极和发射极，对应的电路是等效的

还是B站的朋友喜欢进行技术讨论，这不，这位朋友对前面我对一个有源蜂鸣器电路的测试给出了解释。指出我有可能对蜂鸣器驱动电路中的电感作用有误解。实际上是可以使用普通的电阻替代其中的电感。特别是，指出无论将电感放在电路中三极管的集电极和发射极，对应的电路是等效的。此外还给出了产自于日本的蜂鸣器驱动电路文档的链接。在这里感谢这位朋友有意义的讨论。

通过思考，我们看到这两个振荡电路方面，交流反馈模式的确是等效的。虽然一个是负载电感放在集电极，一个是放在发射极。但在交流信号通路方面，他们的确是等效的。也就是，如果都以三极管发射极作为交流信号的参考点。下面连接到地线的电感，在交流信号通路上，等效连接到三极管的集电极。由此，集电极上存在的放大信号，通过压电陶瓷的反馈电极发送到三极管的基极，形成反馈。所以，这两个电路的震荡原理应该是一致。这位朋友的提醒，让我之前的疑惑得到了解答。

下面剩下一个问题，这两个电路中的电感是否可以更换成电阻。说实在的，在之前，我曾将将电感修改为 1k欧姆的电阻，测试过这个电路是不震荡的。再加上对压电陶瓷反馈回路的频率特性的测量，了解到三端压电陶瓷中输入电极与反馈电极在谐振点处相位相差90度，这样就使得我认为三极管的集电极负载必须是电感，才能够补偿这个90°的相移。查阅了来刚才B站留言朋友发送的资料链接，这是一款成品蜂鸣器对应的内部驱动电路。的确它没有使用电感作为三极管的负载，而是使用了390欧姆的电阻，这就意味着，压电陶瓷的两个电极之间相位相差 180°。由此形成了正反馈。下面，使用手边的器件进行测试，重新验证一下这个电路是否真的能够工作。

下面，在面包板上搭建测试电路。因为手边器件限制，电路中的主要器件的参数做了调整。工作电源为5V。下面通过稳压电源给电路上电。工作电压为5V。上电之后，蜂鸣器发出声音。可以看到电路的确震荡起来了。这个声音音调非常高，示波器测量，对应的震荡频率为 4.07kHz。电路的工作电流为4.2mA。使用示波器观察三极管集电极电压和压电陶瓷反馈电压。下面青色的是三极管集电极电压，基本上是开关脉冲信号。上面压电陶瓷反馈电压呈现往下的半波正弦脉冲。这个低脉冲比起三极管集电极的低电平落后了大约 180°。由此，验证了三极管在电阻负载下也能够震荡，的确这个现象在之前我测试的时候没有观察到，也正式改变了我对于电路工作原理的理解。

下面，将三极管上的电阻修改为10mH的电感。将电感替换原来的电阻。上电之后，电路开始震荡，蜂鸣器发出更加明亮的声音，震荡频率为 4.15kHz ，略微比负载电阻对应的震荡频率增加了。上面黄色的是压电陶瓷反馈电压，下面青色的是三极管集电极电压。由此可见，这个电路中，三极管的集电极负载无论是电阻，还是电感，都可以震荡，对应的频率基本相同，使用电感的时候，蜂鸣器的声音更高一些。

四、频率特性

下面仍然使用 ADALM2000 测量刚才实验电路中三管脚压电陶瓷片的频率特性。以金属底板作为公共电极，测量输入电极与反馈电极之间的频率特性。从测量结果来看，它具有一个谐振峰。谐振峰的频率为 4.17kHz，这个频率与刚才使用电感作为集电极负载时，蜂鸣器的频率是一致的。此时，对应的相位为90°。因此，这与之前分析三极管电感负载下形成正反馈震荡理论是一致的。如果三极管集电极负载改为电阻，对应的震荡频率只有4.07kHz，相位大约为 160°。这就有意思了，这个相位很接近 180°，但并不等于180°。那么，在这个工作点形成震荡，器件究竟如何完成选频震荡的呢？

本文测试了三管脚压电陶瓷蜂鸣器电路。根据B站朋友的留言，修正了之间自己的一些误解。的确，这两个电路本质上属于相同的震荡原理。通过实验，验证了，将电感修改为电阻之后，电路依然能够震荡。只是，两种电路情况下震荡的频率有差别。根据压电陶瓷的频率特性，使用电感作为三极管集电极负载的时候，震荡的频率与压电陶瓷的谐振频率是一致的，此时对应的输入输出之间有90°的相位差。如果使用普通的电阻作为负载，对应的震荡频率降低了，对应的相位大约为 160°。所以，工作在电阻负载下，电路是依靠压电陶瓷本身作为反向器来使用，置于此时它的选频原理和震荡工作机制在这里还是存在着我无法清楚解释的地方。