门铃工作原理

鲲 2011-02-14

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您可能对日常生活中的许多装置都习以为常了，门铃就是其中一个。从表面来看，它们再简单不过了：当您按下按钮，门铃就形成了一个闭合电路，从而开启某种发声器。在这个到处充斥着电脑、汽车和电视机的世界，门铃确实不能给人留下深刻的印象。

但是当您揭开外壳查看其内部时，就会发现传统的门铃是我们身边最酷的机器之一，这完全是因为它们的简单设计。门铃以一种绝妙的、创新的方式对电磁学的基本原理加以利用。在本文中，我们将介绍一些标准门铃的内部结构，以便了解这些装置是如何将电流转变为嗡嗡声、铃声和钟声的。

传统门铃的核心是一个电磁体。如果您读过电磁体工作原理这篇文章，就会知道电磁体通常是包在一片磁性金属外的一个线圈。

电磁体的工作原理非常简单。电流通过电线时会在电线的周围产生非常小的磁场。将电线绕成线圈可以增强这种磁场，这样可以对其周围的磁性物体产生足够大的影响。

和永久性磁体周围的磁场一样，电磁体周围的磁场也具有极性（“北”极和“南”极），它可以吸引铁制品。

当您按下门铃按钮时，它会闭合从而形成一个电路，家用电流就可以通过变压器流经一个或多个电磁体。变压器是一个简单的装置，它可以将 120 伏的家用电流转为10伏的电流（请参见充电变压器的内部构造以了解它的工作原理）。然后这个电流会通过电磁线。

电磁体周围的磁场会驱动某种发声装置。您可以用多种不同的方式来配置门铃部件，使门铃发出不同类型的声音。在接下来几个部分，我们将看一看三种常见的系统：蜂鸣器、铃和铃钟。

正如我们在上一部分看到的，电磁体由绕成线圈的一整根电线构成。在蜂鸣器这种最简单的门铃中，电磁体是用来操作自动断路式电路的。在下图中，您可以看到这个系统是怎样工作的。

按住门铃按钮以查看蜂鸣器的工作原理。当电路闭合时，电磁体被磁化，从而抬起接触臂。这就切断了门铃电路，关闭了电磁体。接触臂落下，再次闭合电路，然后重复该过程。

电磁体线路的一端直接连到电路的一端。线路的另一端连接金属接触点，后者临近一个可移动的接触臂。

接触臂是一个轻型、导电的金属薄片，上面焊接着一根细铁棒。接触臂的固定端绕在电路上。电磁体关闭时，接触臂的移动端会落在接触点上。这就将电线的这一端和电路连接起来。换一种说法，电路闭合时，电流可以通过电磁体。

闭合门铃电路（即按下按钮）可以让这个机制运作起来。起初，电磁场会吸引铁棒，将接触臂拉离固定的金属接触点。这就切断了电路和电磁体之间的连接，从而使电磁体关闭。

一旦没有磁场将接触臂拉回，接触臂就会回到原来的位置，落在固定的接触点上。这样就重新建立了电磁体和电路之间的连接，电流可以再次通过。磁场会将接触臂吸起，然后重复上面的过程，直到您松开蜂鸣器按钮。电磁体就是以这种方式不断地开启和关闭的。

您所听到的嗡嗡作响的噪声就是快速运动的接触臂敲击磁石和固定接触点所发出的响声，频率为一秒数十次。

铃声系统的工作原理与此完全相同，只是它的移动臂是连接到一个沿着圆铃安放的长铃舌上的。当接触臂前后移动时，铃舌就会重复击打圆铃。这与老式的火警铃和学校校铃采用的是同一种系统。

标准敲铃器设计的工作原理与蜂鸣器相同，不同的是它的接触臂与一根能敲击金属铃的长铃舌相连。

如今，大多数人的家中都不使用蜂鸣器或铃了。目前的标准门铃设计能使门铃发出更为柔和的钟声。在下一部分，我们将看到这个系统的工作原理。

钟铃使用的是一种专门的电磁体，称为螺线管。螺线管实际上就是一个电磁体，其中线圈缠绕在一个金属活塞上。这个活塞包含磁性的导电金属，因此可以通过电磁场来前后移动。按住下图中的按钮，以查看它的工作原理。

常见的钟铃使用一个螺线管来依次敲击两种音色条。按住按钮以查看这个系统的工作原理。

这个设计中，螺线管活塞由一个固定在非磁性金属条上的铁芯组成。当电磁体不通电时，弹簧会将活塞推至左侧，这时铁芯就会延伸到电线圈的外面。开启电磁体（即按下门铃按钮）时，铁芯会被吸到磁场中，并滑到线圈的中央。

当铁芯滑至右侧时，活塞的末端就会击打右侧的音色条。音色条振动发出特定的响声，这就是“叮”的声音。

只要您按住门铃按钮，电流就会通过电磁体，活塞也会保持在这个位置。但当您松开按钮时，电流就不再通过电磁体，磁场也就会消失。这时弹簧会将活塞猛地拉回至左侧，使它敲击另一侧的音色条。第二根音色条发出“咚”的声音。

您可以通过增加更多的螺线管和音色条来创造出更为精美的音调序列。该设计中的某些变化可以使前门门铃与后门门铃具有不同的声音模式。每个门铃按钮会闭合一个单独的电路，连接到门铃装置中单独的螺线管上。在最简单的设计中，其中的一个螺线管敲击的是一个减震器，而不是另一根音色条。这样，一个门铃会发出“叮咚”的声音，而另一个门铃只会发出“叮”的声音。