双音调电子门铃

Electronics Jul 5, 2026 10 min read

双音调电子门铃原理详解

电路图与总体结构

双音调电子门铃原理图

该电路由 低频节拍电路、音频振荡电路、扬声器驱动电路以及电源滤波电路组成。

模块	元器件	作用
电源与滤波	BT、S1、C4	提供并稳定 3 V 电源
低频振荡器	V1、V2、R1～R4、C1、C2	周期性产生高、低电平
音频振荡与调制	V3、V4、R5～R7、C3	产生音频振荡并改变音调
发声负载	BP	将电信号转换为声音

信号传递关系如下：

V1、V2 低频振荡器
        ↓
     V2 集电极
        ↓
       R5
        ↓
V3、V4 音频振荡器
        ↓
       BP
        ↓
    发出双音调声音

电源部分

BT：3V 电池

BT 为整个电路提供 3V 直流电源。上方横线为电源正极，下方横线为电池负极和电路公共端。

V_{CC}=3\text{ V}

S1：门铃按钮

按下 S1 后，电池正极接入电路，所有电路开始工作；松开 S1 后，电源断开，门铃停止发声。

C4：100 μF 滤波电容

C4 并联在电源正负极之间，作用包括：

稳定 3V 电源；
减少扬声器工作引起的电压波动；
防止振荡器因电源波动而工作不稳定；
减少声音中的杂音。

C4 是电解电容，正极接上方电源正线，负极接下方公共负线。

V1、V2 低频无稳态多谐振荡器

左侧 V1、V2 及外围元件构成经典的交叉耦合无稳态多谐振荡器。

V1、V2：9013，NPN 三极管；
R1、R4：集电极负载电阻；
R2、R3：基极充电电阻；
C1、C2：交叉耦合定时电容。

各元件连接关系

V1 支路

V1 发射极接负极；
V1 集电极通过 R1 接正极；
V1 基极通过 R3 接正极；
C2 将 V2 集电极的变化耦合到 V1 基极。

V2 支路

V2 发射极接负极；
V2 集电极通过 R4 接正极；
V2 基极通过 R2 接正极；
C1 将 V1 集电极的变化耦合到 V2 基极。

V1 集电极 ──C1──> V2 基极
V2 集电极 ──C2──> V1 基极

这种交叉连接使 V1、V2 交替导通，而不会同时长期保持导通状态。

低频振荡器完整工作周期

由于元件误差、三极管放大倍数以及上电瞬间电压不完全相同，V1、V2 不可能绝对同步导通。下面假设 V1 先导通。

V1 导通，V2 截止

V1 导通后，其集电极电压迅速从接近 3V 降至约 0.1～0.2 V。
$V_{CE(sat)}\approx0.1\sim0.2\text{ V}$
该负跳变通过 C1 传递到 V2 基极，使 V2 基极瞬间被拉低，V2 截止。

节点或器件状态
V1 导通或饱和
V2 截止
V1 集电极低电平
V2 集电极高电平
C1 通过 R2 充电

V2 虽然截止，但其基极通过 R2 接电源正极，因此 V2 基极电压会逐渐上升。
$V_{B2}(t)=V_{\infty}+\left[V_{B2}(0)-V_{\infty}\right]e^{-t/(R_2C_1)}$
主要时间常数为：
$\tau_1=R_2C_1=47\,000\times10\times10^{-6}\approx0.47\text{ s}$
当 V2 基极电压升至约 0.6～0.7 V 时，V2 开始导通。
V2 快速导通，V1 截止

V2 导通后，其集电极电压迅速下降。该下降沿通过 C2 耦合到 V1 基极，使 V1 截止。

节点或器件状态
V1 截止
V2 导通或饱和
V1 集电极高电平
V2 集电极低电平

这一翻转具有正反馈特性，因此转换速度很快。
C2 通过 R3 充电

V1 截止后，其基极通过 R3 得到充电电流，V1 基极电压逐渐上升。
$\tau_2=R_3C_2=47\,000\times10\times10^{-6}\approx0.47\text{ s}$
当 V1 基极电压再次达到约 0.6～0.7 V 时，V1 重新导通，并通过 C1 将 V2 基极拉低，电路返回第 1 步。

节点或器件	状态
V1	导通或饱和
V2	截止
V1 集电极	低电平
V2 集电极	高电平

节点或器件	状态
V1	截止
V2	导通或饱和
V1 集电极	高电平
V2 集电极	低电平

低频振荡周期

对于对称无稳态多谐振荡器，两个半周期近似为：

t_1\approx0.69R_2C_1

t_2\approx0.69R_3C_2

代入本电路参数：

t_1\approx t_2\approx0.69\times47\text{k}\Omega\times10\mu\text{F}\approx0.324\text{ s}

因此：

T=t_1+t_2\approx0.648\text{ s}

f_L=\frac{1}{T}\approx1.54\text{ Hz}

实际频率还会受到电解电容误差、三极管导通压降、电池电压、9013 放大倍数以及电容漏电流影响。

R1、R4 的作用

R1、R4 均为 10kΩ，是 V1、V2 的集电极负载电阻，主要作用是：

三极管截止时将集电极拉到高电平；
三极管导通时限制集电极电流；
为 C1、C2 提供电压跳变信号。

三极管饱和时，集电极电流近似为：

I_C\approx\frac{V_{CC}-V_{CE(sat)}}{R_C}

I_C\approx\frac{3-0.2}{10\,000}\approx0.28\text{ mA}

因此低频振荡部分耗电很小。

R2、R3 的作用

R2、R3 均为 47kΩ，是基极偏置和定时电阻，决定 C1、C2 的充电速度以及低频切换周期。

电阻或电容增大时，充电速度变慢，双音切换周期变长。

T_{\text{切换}}\propto R_2C_1+R_3C_2

V3、V4 音频振荡器

右侧电路由以下元件组成：

V3：9013，NPN；
V4：9012，PNP；
R6：47 kΩ；
R7：1 kΩ；
C3：104；
BP：扬声器或压电发声器；
R5：100 kΩ 调制电阻。

C3 的 “104” 表示：

104=100\,000\text{ pF}=0.1\mu\text{F}=100\text{ nF}

V3、V4 构成高增益复合开关结构：

V3 基极上升
    ↓
V3 导通增强
    ↓
V3 集电极下降
    ↓
V4 基极下降
    ↓
PNP 型 V4 导通增强
    ↓
V4 集电极输出上升

因此，从 V3 基极到 V4 集电极输出，整体表现为同相变化。

V3、V4 各极与作用

V3：9013，NPN

B：左侧，连接 R5、R6 和 C3；
E：下方，接电源负极；
C：上方，连接 V4 基极。

V3 用于检测电压、开关放大以及驱动 V4 基极。

V4：9012，PNP

E：上端，接电源正极；
B：左端，连接 V3 集电极；
C：下端，连接 BP 和 R7。

V4 作为高边驱动管，向 BP 提供较大的驱动电流。

当 V3 导通时，V3 集电极下降，V4 基极被拉低，V4 导通。电流路径为：

电池正极
  → S1
  → V4 发射极
  → V4 集电极
  → BP
  → 电池负极

C3、R7 形成音频反馈

输出端电压变化后，会通过以下路径反馈到 V3 基极：

输出端 → R7 → C3 → V3 基极

C3 只能传递变化信号，不能持续传递直流，因此其充放电过程会使 V3、V4 周期性导通和截止。

V3、V4 开始导通

R6 向 V3 基极提供启动电流。V3 导通后，其集电极下降，V4 随之导通，BP 获得电流。输出端正跳变经 R7、C3 反馈到 V3 基极，使其进一步导通。
C3 逐渐充电

随着 C3 充电，反馈电流逐渐减小，V3 基极电流随之改变。
V3、V4 截止

V3 导通减弱后，其集电极升高，V4 基极接近发射极电压，V4 截止，BP 电流消失。输出端负跳变又通过 R7、C3 加速 V3 截止。
C3 恢复并重新触发

C3 经 R6、R7 及相关结电阻重新改变电压。当 V3 基极再次达到导通条件时，V3、V4 重新导通，形成连续音频振荡。

R6、R7 的作用

R6：47 kΩ

R6 连接电源正极与 V3 基极，主要用于：

给 V3 提供启动基极电流；
给 C3 提供充放电通路；
决定音频振荡器的基本工作点；
与 C3、R5、R7 共同影响振荡频率。

R7：1 kΩ

R7 位于输出端和 C3 之间，主要用于：

限制 C3 充放电瞬间电流；
控制反馈强度；
保护 V3 基极；
影响音频振荡速度；
防止反馈过强造成冲击电流过大。

R5 如何产生“双音调”

R5 将 V2 集电极的低频方波送到 V3 基极偏置节点。

V2 截止：第一种音调

V2 截止时，其集电极接近 3 V。该高电平通过 R5 增强 V3 基极上拉作用，使音频振荡器工作在频率 f₁。

V2 导通：第二种音调

V2 导通时，其集电极接近 0.1～0.2 V。R5 对 V3 基极产生较弱的下拉作用，使音频振荡器切换到另一频率 f₂。

因此，低频振荡器使音频振荡频率在两种状态之间周期切换：

f₁ ↔ f₂

人耳听到的就是类似 “高音—低音—高音—低音” 或 “叮—咚—叮—咚” 的门铃声。

R5 为什么使用 100 kΩ

R5 的阻值明显大于 R6 和 R7，这是为了实现轻度调制，而不是直接强制关闭音频振荡器。

R5 过小：调制过强，可能导致停振或两个振荡器互相干扰；
R5 过大：调制过弱，两种音调差异不明显；
100 kΩ：在隔离和调制深度之间取得折中。

完整工作流程

按下 S1，3V 电源接通；
C4 稳定电源；
V1、V2 中的一只因初始差异先导通；
C1、C2 交叉反馈，使 V1、V2 交替导通；
V2 集电极产生约 1～2 Hz 的低频方波；
低频方波通过 R5 送到 V3 基极；
V3、V4、C3、R6、R7 形成音频振荡；
V2 集电极高、低电平改变音频振荡条件；
音频振荡频率在两种数值之间切换；
V4 向 BP 提供脉冲驱动电流；
BP 发出交替变化的双音调门铃声；
松开 S1，电路断电，声音停止。

元件参数变化对声音的影响

元件	增大后的典型效果
C1、C2	双音切换变慢
R2、R3	双音切换变慢
C3	音频频率降低，声音变低沉
R6	基极偏置减弱，频率和起振条件改变
R7	反馈减弱，振荡频率通常降低
R5	双音调制作用减弱，两种音调更接近
C4	电源滤波增强，对音调频率影响不大

音频部分可以近似理解为：

f_{\text{音频}}\propto\frac{1}{R_{\text{等效}}C_3}

但由于三极管阈值、正反馈和 BP 负载的影响，不能只使用 R7 × C3 精确计算音频频率。

核心结论

V1、V2 负责慢速交替翻转。
V3、V4 负责产生并放大可听音频振荡。
V2 通过 R5 改变音频振荡频率，使 BP 交替发出两种音调。