延迟式电子门铃

Electronics Jul 5, 2026 10 min read

延迟式电子门铃原理图

一、电路图与元器件分工

这张电路可以分成四个功能模块：

按键与储能延时          电源电子开关       音频振荡器          扬声器驱动
S1、C1、R1、V1、R2  →   V2、C2    →   V3、V4、R3～R6、C3/C4 → V5、R7、BP

工作效果

按下 S1 后门铃立即发声；松开 S1 后仍会继续响一段时间；当 C1 放电到一定程度后，电路自动停止。

参考延迟式电子门铃原理图，各核心元器件在电路中的主导分工如下：

元件	作用
S1	门铃按钮，按下后给C1充电
C1 47 μF	储存电荷，决定松开按钮后的延时保持时间
R1 27 kΩ	限制V1基极电流，同时参与C1放电和延时
V1 9013	缓冲、放大C1提供的微小放电电流
R2 2 kΩ	将V2基极拉低，确保关断可靠，并释放基极电荷
V2 9013	门铃整机的低端电源开关
C2 10 μF	振荡器局部电源滤波、储能，减少杂音
V3、V4	构成无稳态多谐振荡器，产生音频方波
R3、R6 10 kΩ	V3、V4的集电极负载电阻
R4、R5 100 kΩ	给V3、V4基极充电，决定振荡周期
C3、C4 103	交叉耦合定时电容，103即10 nF
R7 1 kΩ	限制V5基极电流，隔离振荡器和功率级
V5 9013	电流放大，驱动扬声器
BP	小功率扬声器

二、电路核心工作原理

其完整工作周期可划分为以下四个动态阶段：

阶段0：静止状态，S1没有按下

经过足够长时间后，C1 上的电荷已经释放完毕。

此时：

1. C1 正极电压接近 0 V；
2. V1 基极没有足够电压；
3. V1 截止；
4. R2 将 V2 基极拉向 GND；
5. V2 截止；
6. 右侧受控地D(V2集电极)与真实地断开；
7. V3、V4、V5 和 BP 没有完整电流回路；
8. 门铃不响。

此时虽然 R3～R6、V5集电极仍接在 +6 V 上，但右侧电路的下端回路被 V2 断开，所以不能正常工作。

阶段1：按下S1

1. C1迅速充电

按下 S1 后，C1 正极直接接到 +6 V：

+6 V → S1 → C1正极

C1 负极接 GND，因此 C1 快速充到接近 6 V。

由于 S1 和 C1 之间没有串联大电阻，所以充电速度很快，实际只受：

• 电源内阻；
• 开关接触电阻；
• 电容等效串联电阻；

限制。

因此，按键按下时不会等待一个明显的 RC 充电过程。

2. V1立即导通

按下 S1 后，电流还通过：

+6 V → S1 → R1 → V1基极

使 V1 的基极—发射极结正向导通。

V1 是 NPN 三极管，其连接方式近似为射极跟随器：

• V1 集电极接 +6 V；
• V1 基极由 R1 驱动；
• V1 发射极输出给 V2 基极。

当 V1 基极电压足够高时：

$$V_{E1}\approx V_{B1}-0.7V$$

V1 开始给 V2 基极提供电流。

3. V2导通

V2 基极电流路径大致为：

+6 V
 ↓
V1集电极—发射极
 ↓
V2基极—发射极
 ↓
GND

V2 获得基极电流后进入导通，通常会接近饱和状态。

于是：

$$V_D \approx V_{CE(sat)}$$

通常约为0.1～0.3 V。

也就是说，右侧受控地D(V2的集电极)被 V2 拉到接近 0 V。

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阶段2：右侧振荡器获得供电

V2 导通后，右侧完整供电回路建立。

例如 R3、V3 支路：

+6 V → R3 → V3 → D点 → V2 → GND

V4支路：

+6 V → R6 → V4 → D点 → V2 → GND

扬声器支路：

+6 V → V5 → BP → D点 → V2 → GND

此时 C2 也被接到右侧电源两端：

C2正极：+6 V
C2负极：D点

C2 开始充电到接近：

$$V_{C2}\approx 6 V-V_D$$

C2 主要起：

• 电源滤波；
• 瞬时储能；
• 降低扬声器电流对振荡器的干扰；
• 减少杂音；

的作用。

C2 不是主要延时电容，主要延时由 C1 产生。

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阶段3：V3、V4开始振荡

V3、V4 构成无稳态多谐振荡器。

对应关系为：

V3集电极 ── C3 ── V4基极
V4集电极 ── C4 ── V3基极

其中：

• R3是V3集电极负载；
• R6是V4集电极负载；
• R4给V4基极提供充电电流；
• R5给V3基极提供充电电流；
• C3、C4完成交叉耦合。

原图两条斜线的交叉处没有连接点，因此交叉处不电气连接。

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阶段4：振荡的第一个半周期

上电瞬间，V3 和 V4 不可能完全一致。

即使型号相同，也会存在：

• 放大倍数差异；
• 基极阈值差异；
• 电容误差；
• 电阻误差；
• 噪声扰动。

假设 V3 先导通。

1. V3导通，集电极下降

V3 导通后，电流路径为：

+6 V → R3 → V3集电极—发射极 → D点 → V2 → GND

V3 集电极电压从高电平迅速下降到低电平。

近似：

$$V_{C3集电极}\approx V_D+V_{CE(sat)}$$

2. C3把下降沿传递给V4基极

电容两端电压不能突然改变。

因此当 V3 集电极突然下降时，这个负向变化经 C3 耦合到 V4 基极，使 V4 基极产生一个瞬时负跳变。

结果：

• V4 基极电压被压低；
• V4 可靠截止；
• V3 导通状态被强化。

形成正反馈过程：

V3稍微更导通
   ↓
V3集电极下降
   ↓
C3把V4基极拉低
   ↓
V4更截止
   ↓
V4集电极升高
   ↓
C4进一步促进V3导通

最终稳定在短暂状态：

V3导通
V4截止

但这不是永久稳定状态。

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阶段5：V4基极缓慢恢复

V4 截止期间，R4 从 +6 V 向 V4 基极及 C3 充电：

+6 V → R4 → V4基极节点 → C3相关回路

V4 基极电压逐渐按指数规律上升。

近似时间常数：

$$\tau_4\approx R_4C_3$$

代入：

$$R_4=100k\Omega$$ $$C_3=103=10 nF$$

得到：

$$\tau_4=100000\times10^{-8}=1 ms$$

当 V4 基极电压重新上升到约 0.6～0.7 V 时，V4 开始导通。

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阶段6：振荡翻转，进入第二个半周期

1. V4开始导通

V4 一旦导通，V4 集电极电压迅速下降。

电流路径：

+6 V → R6 → V4 → D点 → V2 → GND

2. C4把下降沿送到V3基极

V4 集电极下降通过 C4 耦合到 V3 基极。

V3 基极出现负向跳变，V3 被迅速关断。

于是状态变成：

V3截止
V4导通

同时 V3 集电极因为 V3 截止，被 R3 拉高。

这个上升变化又通过 C3 帮助维持 V4 导通。

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阶段7：V3基极缓慢恢复

V3 截止期间，R5 给 V3 基极及 C4 充电：

+6 V → R5 → V3基极

其近似时间常数为：

$$\tau_3\approx R_5C_4$$

因为：

$$R_5=100k\Omega,\quad C_4=10 nF$$

所以：

$$\tau_3\approx1 ms$$

当 V3 基极恢复到约 0.6～0.7 V 后，V3 再次导通，V4 被关断。

整个过程不断循环：

V3导通、V4截止
        ↓
V4基极通过R4缓慢升高
        ↓
V4导通、V3截止
        ↓
V3基极通过R5缓慢升高
        ↓
重新返回V3导通

振荡频率

对对称无稳态多谐振荡器，半周期近似为：

$$t_1\approx0.693R_4C_3$$ $$t_2\approx0.693R_5C_4$$

完整周期：

$$T\approx0.693(R_4C_3+R_5C_4)$$

由于：

$$R_4=R_5=100k\Omega$$ $$C_3=C_4=10 nF$$

所以：

$$T\approx0.693\times(1 ms+1 ms)$$ $$T\approx1.386 ms$$

频率：

$$f=\frac1T\approx721 Hz$$

实际频率通常约为：

实际振荡频率

受元件误差、三极管参数和供电电压影响，实际频率通常约为 600～900 Hz。

误差来自：

• 电容公差；
• 电阻误差；
• 三极管饱和压降；
• 基极阈值；
• 电源电压；
• V2导通压降。

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阶段8：V5驱动扬声器

V5 基极通过 R7 连接到 V4 集电极。

V4集电极 → R7 → V5基极

V5 连接方式为：

• 集电极接+6 V；
• 基极接受振荡信号；
• 发射极接扬声器；
• 扬声器另一端接受控地D。

因此 V5 是电流放大级。

情况A：V4截止

V4 截止时，其集电极被 R6 拉高。

高电平通过 R7 送入 V5 基极：

+6 V → R6 → R7 → V5基极

V5 导通，扬声器电流路径为：

+6 V
 ↓
V5集电极—发射极
 ↓
扬声器BP
 ↓
D点
 ↓
V2
 ↓
GND

扬声器纸盆受到电磁力，向一个方向移动。

情况B：V4导通

V4 导通时，其集电极电压下降。

V5 基极电压随之下降，V5 截止或明显减弱。

扬声器电流减小，纸盆在自身弹性作用下恢复。

这样，扬声器获得约 700 Hz 的脉冲电流：

有电流 → 无电流 → 有电流 → 无电流

从而发出蜂鸣声。

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为什么需要V5

振荡器 V3、V4 主要用于产生信号，其集电极电阻为 10 kΩ，能够提供的电流很小。

假设不接 V5，理论最大电流约为：

$$I\approx\frac{6 V}{10k\Omega}=0.6mA$$

远不足以有效驱动普通低阻扬声器。

V5 利用三极管电流放大作用：

$$I_E\approx(\beta+1)I_B$$

将 R7 输入的较小基极电流转换为更大的扬声器电流。

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阶段5：按键保持按下

只要 S1 一直按住：

• C1一直保持接近 6 V；
• V1 持续导通；
• V2 持续导通；
• 右侧振荡器持续工作；
• 扬声器持续发声。

此时 C1 已经充满，不再是主要耗电支路。

门铃会一直响，直到：

• 松开S1；
• 电源断开；
• 或电池电压过低。

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阶段6：松开S1

松开 S1 后，+6 V 与 C1 正极之间断开。

但 C1 已经储存了电荷，因此 C1 正极电压不会立即变成 0 V。

在松开瞬间：

$$V_{C1}(0^+)\approx V_{C1}(0^-)\approx6 V$$

所以：

• V1 仍然导通；
• V2 仍然导通；
• 振荡器继续工作；
• 扬声器继续响。

这就是延时效果的来源。

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C1的放电路径

松开 S1 后，C1 主要沿以下路径放电：

C1正极
 ↓
R1
 ↓
V1基极—发射极
 ↓
V2基极—发射极
 ↓
GND

同时还存在经过 R2 的分流路径：

V1发射极节点 → R2 → GND

因此，C1 并不是简单地只通过 R1 放电。

实际放电回路包含：

• R1；
• V1基极—发射极结；
• R2；
• V2基极—发射极结；
• V1、V2的动态电流放大关系。

所以延时时间不能单纯等于：

$$R_1C_1$$

但它可以用于估算量级。

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延时期间发生什么

随着 C1 放电：

$$V_{C1}(t)\downarrow$$

V1 基极电流逐渐减小：

$$I_{B1}\downarrow$$

V1 发射极能够提供给 V2 的电流也逐渐减小：

$$I_{E1}\downarrow$$

随后：

$$I_{B2}\downarrow$$

V2 逐渐从深度饱和进入浅饱和，再进入放大区。

于是 V2 的集电极—发射极压降上升：

$$V_{CE2}\uparrow$$

D点不再保持在接近0 V，而是逐渐升高。

右侧电路的有效供电电压为：

$$V_{\text{right}}=6 V-V_D$$

因此随着D点升高：

$$V_{\text{right}}\downarrow$$

可能出现以下现象：

1. 扬声器音量逐渐减小；
2. 振荡频率略有变化；
3. 声音可能出现轻微变调；
4. 振荡器最终停止振荡。

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延时时间估算

最简单的名义时间常数：

$$\tau=R_1C_1$$

代入：

$$R_1=27k\Omega$$ $$C_1=47\mu F$$

得到：

$$\tau=27000\times47\times10^{-6}$$ $$\tau\approx1.27s$$

但是 1.27 秒只是 RC 时间常数，不等于精确响铃时间。

由于 V1 和 V2 要在 C1 电压下降到某个阈值时才截止，可用近似指数模型理解：

$$V_{C1}(t)=V_0e^{-t/\tau}$$

如果假设停止工作的门槛约为：

$$V_{\text{th}}\approx1.3～2V$$

则：

$$t\approx\tau\ln\left(\frac{V_0}{V_{\text{th}}}\right)$$

取：

$$V_0=6 V,\quad V_{\text{th}}=1.5V$$

则：

$$t\approx1.27\ln(4)$$ $$t\approx1.76s$$

实际可能约为：

1～3秒左右

但会明显受三极管放大倍数和电容误差影响。

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阶段7：V2彻底截止

当 C1 电压低到无法维持 V1、V2 导通时：

1. V1截止；
2. R2把V2基极拉到GND；
3. V2截止；
4. D点与GND断开；
5. 右侧电路失去完整回路；
6. V3、V4停止振荡；
7. V5停止驱动BP；
8. 门铃停止。

电路重新回到最初静止状态。

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停止后C2的状态

V2截止后，C2负极所在的D点变成浮动节点。

C2原来储存的电荷可能通过：

• V3、V4内部结；
• V5和扬声器；
• R3～R6；
• 电路漏电流；

逐渐释放或重新分配。

但由于D点已与真实GND断开，C2不能单独维持正常的扬声器电流回路。

因此C2只能提供很短暂的过渡，不会形成主要的数秒延时。

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完整周期汇总

① 静止
C1无电 → V1截止 → V2截止 → 门铃不响

② 按下S1
C1迅速充电，V1导通

③ V2导通
受控地D接近GND，右侧电路获得完整供电

④ 振荡器启动
V3、V4交替导通和截止，产生约700 Hz方波

⑤ V5驱动扬声器
V4集电极高低变化控制V5，BP发声

⑥ 保持按键
C1维持6 V，门铃持续发声

⑦ 松开S1
C1开始经R1、V1、V2及R2相关回路放电

⑧ 延时发声
V1、V2仍导通一段时间，门铃继续响

⑨ 电压下降
V2驱动逐渐不足，音量可能下降或轻微变调

⑩ 自动停止
V2截止，受控地断开，振荡器和扬声器停止

⑪ 返回静止
等待下一次按下S1

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最核心的理解

这个电路的工作逻辑可以浓缩为四句话：

C1储存按键能量，决定松手后的延时时间。

V1放大C1的微小放电电流。

V2接通右侧振荡器和扬声器的地线。

V3、V4产生音频信号，V5放大电流后驱动BP发声。

因此，它本质上是：

RC延时保持电路
       +
双三极管无稳态振荡器
       +
三极管扬声器驱动级

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