蜂鸣器作为电路设计中常用的器件，广泛应用于工业控制报警、机房监控、门禁控制、计算机等电子产品，承担着预警发声的重要功能。其驱动电路看似简单，但在实际设计过程中，很多人由于缺乏深入思考和严谨分析，往往随意设计，从而导致实际电路中出现蜂鸣器不发声、轻微发声或乱发声等问题。下面将以 3.3V NPN 三极管驱动有源蜂鸣器设计为例，从实际产品出发，深入分析电路设计存在的问题，并提出相应的改进方案，希望能帮助读者学会从小小的蜂鸣器电路中分析和改进电路的方法，进而设计出更优秀的产品。
　　常见错误接法
　　在蜂鸣器驱动电路设计中，存在多种常见的错误接法，这些错误接法会直接影响蜂鸣器的正常工作。
　　第一种错误接法：当 BUZZER 端输入高电平时蜂鸣器不响或响声太小。当 I/O 口为高电平时，基极电压为 3.3/4.7×3.3V≈2.3V。由于三极管存在 0.6 - 0.7V 的压降，三极管射极电压为 2.3 - 0.7 = 1.6V。如此低的驱动电压，会导致蜂鸣器无法正常驱动，或者响声非常小。
　　　第二种错误接法：由于上拉电阻 R2 的存在，BUZZER 端在输出低电平时，电阻 R1 和 R2 的分压作用会使三极管不能可靠关断。这意味着即使输入低电平信号，三极管可能仍处于导通状态，导致蜂鸣器无法正常停止发声。

　　第三种错误接法：三极管的高电平门槛电压只有 0.7V，即在 BUZZER 端输入电压只要超过 0.7V 就有可能使三极管导通。对于数字电路来说，0.7V 的门槛电压过低，在存在电磁干扰的环境下，很容易造成蜂鸣器误鸣叫。
　　第四种错误接法：当 CPU 的 GPIO 管脚存在内部下拉时，由于 I/O 口存在输入阻抗，可能导致三极管不能可靠关断。而且和第三种错误接法一样，BUZZER 端输入电压只要超过 0.7V 就有可能使三极管导通，同样容易受到电磁干扰的影响。
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　　以上这些错误接法虽然在某些特定情况下可能也能工作，但对器件的各种参数要求较为局限，不利于器件选型，并且抗干扰性能较差，在实际应用中应尽量避免。
　　NPN 三极管控制有源蜂鸣器常规设计
　　通用有源蜂鸣器的驱动电路中，各个元件都有着重要的作用。
　　限流电阻 R1：其主要作用是防止流过基极的电流过大，从而损坏三极管。关于三极管的基础知识，有兴趣的读者可以参考相关文章，如 “PNP 与 NPN 两种三极管使用方法”。
　　下拉电阻 R2：它具有两个重要作用。一方面，R2 相当于基极的下拉电阻。如果 A 端被悬空，由于 R2 的存在能够使三极管保持在可靠的关断状态。若删除 R2，当 BUZZER 输入端悬空时，三极管易受到干扰而可能导致状态发生意外翻转或进入不期望的放大状态，造成蜂鸣器意外发声。另一方面，R2 可提升高电平的门槛电压。若删除 R2，三极管的高电平门槛电压就只有 0.7V，即 A 端输入电压只要超过 0.7V 就有可能导通。而添加 R2 后，情况则不同。假定 β = 120 为晶体管参数的最小值，蜂鸣器导通电流是 15mA，那么集电极电流 IC = 15mA。三极管刚刚达到饱和导通时的基极电流是 IB = 15mA / 120 = 0.125mA。流经 R2 的电流是 0.7V / 3.3kΩ = 0.212mA，流经 R1 的电流 IR1 = 0.212mA + 0.125mA = 0.337mA。最后算出 BUZZER 端的门槛电压是 0.7V + 0.337mA×4.7kΩ = 2.2839V≈2.3V。也就是说，当从 A 端输入电压达到约 2.3V 时三极管才会饱和导通。
　　滤波电容 C2：它是电源滤波电容，主要作用是滤除电源中的高频杂波，保证电源的稳定性。
　　滤波电容 C1：在有强干扰环境下，C1 可以有效地滤除干扰信号，避免蜂鸣器变音和意外发声。在 RFID 射频通讯、Mifare 卡的应用中，这里初步选用 0.1uF 的电容，具体可以根据实际情况进行选择。
　　　改进方案
　　在实际应用中，还发现蜂鸣器存在 EMI 辐射问题。在 NPN 3.3V 控制有源蜂鸣器时，当在电路的 BUZZER 输入高电平让蜂鸣器鸣叫，检测蜂鸣器输入管脚（NPN 三极管的 C 极处信号），会发现蜂鸣器在发声时，向外发射 1.87KHz、 - 2.91V 的脉冲信号。当在电路的 BUZZER 输入 20Hz 的脉冲信号让蜂鸣器鸣叫，检测蜂鸣器输入管脚处信号，会发现蜂鸣器在发声时，在控制电平上叠加了 1.87KHz、 - 2.92V 的脉冲信号，并且在蜂鸣器关断时出现正向尖峰脉冲（≥10V）。
　　这些 1.87KHz、 - 2.92V 的脉冲信号应该是有源蜂鸣器内部震荡源释放出来的信号。常用有源蜂鸣器主要分为压电式、电磁震荡式两种，iMX283 开发板上用的是压电式蜂鸣器。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成，而多谐震荡器由晶体管或集成电路构成，所用的蜂鸣器内部含有晶体管震荡电路。
　　由于有源蜂鸣器产生脉冲信号能量不是很强，可以考虑增加滤波电容将脉冲信号滤除。在有源蜂鸣器的两端添加一个 104 的滤波电容后，脉冲信号削减到 - 110mV，减少了蜂鸣器自身发放脉冲，但顶部信号由于电容充电过慢，会有点延时。消除蜂鸣器 EMI 辐射后，NPN 有源蜂鸣器控制电路改善后的电路图如下所示。
　　兼容性设计
　　作为标准电路，需要考虑电路的兼容性问题，主要包括兼容同样耐压不同功率的有源蜂鸣器以及有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的兼容性问题。
　　兼容同样耐压不同功率的有源蜂鸣器电路设计：为了使电路具有更好的兼容性和可扩展性，需要考虑兼容不同厂家和不同功率的蜂鸣器。同一个耐压的蜂鸣器主要区别在于内阻和工作电流不同，一般 3V - 5V 耐压的蜂鸣器，不同功率的蜂鸣器导通电流是 10mA - 80mA。我们按照最大功率的蜂鸣器去设计电路，即三极管的推动电流按照 80mA 设计。假定 β＝120 为晶体管参数的最小值，蜂鸣器导通电流是 80mA，那么集电极电流 IC ＝80mA。三极管刚刚达到饱和导通时的基极电流 IB＝80mA／120＝0.667mA。流经 R2 的电流是 0.7V／3.3kΩ＝0.212mA，所以流经 R1 的电流应该是 IR1 = 0.667mA + 0.125mA = 0.792mA。将 BUZZER 端的门槛电压设定在 2.2V，那么 R1 = (2.2V - 0.7V) / 0.792mA = 1.89K，电阻取常规 2K 即可。如果电路更换功率稍大一点的有源蜂鸣器，可以按照上面的计算方法计算 R1 的大小。
　　兼容有源蜂鸣器和无源蜂鸣器电路设计：在电路的设计过程中，常常会遇到需求变更的情况。例如项目前期，对蜂鸣器的发声频率没有要求，但后期有要求，需要更换为无源蜂鸣器。这时就需要修改电路图，甚至修改 PCB，这会增加改动成本、周期和风险。有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的驱动电路区别主要在于，无源蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否则，在蜂鸣器两端会有反向感应电动势，产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。如果电路中工作电压较大，要使用耐压值较大的二极管；如果电路工作频率高，则要选用高速的二极管。这里选择的是 IN4148 的开关二极管。NPN 无源蜂鸣器控制电路图如下所示。