Çevrimiçi bulduğum şemaları kullanarak NPN transistörünü kullanarak küçük bir DC motorunu bir arduinoya bağladım:
Devre çalışıyor ve motoru başarıyla çalıştırabilirim. Şimdi neden böyle çalıştığını anlamaya çalışıyorum. Özellikle, şunu anlamak isterim:
Diyot ve kondansatör neden motora paralel takılı? Buradaki rolü nedir?
Transistör ve arduinodaki dijital PWM pimi arasında bir direnç neden gerekli? Devreyi onsuz çalıştırmak güvenli olur mu?
Yanıtlar:
Diyot, motorun endüktif geri tepmesi için güvenli bir yol sağlamaktır. Bir indükleyicideki akımı aniden kesmeye çalışırsanız, akımın kısa sürede akmasını sağlamak için gereken voltajı sağlar. Başka bir deyişle, bir indüktörden geçen akım hiçbir zaman anında değişemez. Her zaman sonlu bir eğim olacak.
Motor kısmen bir indüktördür. Transistör hızlı bir şekilde kapanırsa, o zaman indükleyiciden bir süre daha akması gereken akım, diyot boyunca akacak ve zarar vermeyecektir. Diyot olmadan, motorun karşısındaki voltaj, muhtemelen transistörün kızartılmasını gerektiren akımın akmasını sağlamak için gerektiği kadar büyük olacaktır.
Bir küçük motorlu genelinde kapasitör transistör tabi dt / daha az radyasyon neden olur ve dV sınırlar muhtemelen hızlı gerilim geçişleri hızını azaltır. Bunun için 100 nF çok fazladır ve düşük PWM frekansları hariç, verimli çalışmayı önleyecektir. 100 pF kadar kullanırım, belki 1 nF kadar.
Direnç akımı sınırlamak için dijital çıkışın kaynak yapması ve transistör tabanının tutması gerekir. Transistör BE, harici devreye giden bir diyot gibi görünüyor. Bu nedenle gerilim 750 mV ya da öylesine sınırlı olacaktır. 5 V veya 3,3 V'a çıkarmaya çalışırken dijital çıkışı 750 mV'da tutma özelliği yoktur. Dijital çıkışa zarar verebilir. Veya dijital çıkış çok fazla akım kaynağı olabilirse, transistöre zarar verebilir.
1 kΩ, yine sorgulanabilir bir değerdir. 5 V'lık bir dijital çıkışta bile, bu yalnızca tabandan 4,3 mA veya daha fazlasını koyacaktır. Transistör için özellik göstermezsiniz, bu yüzden minimum 50 garantili kazancına sahip olduğunu düşünelim. Bu, yalnızca 4.3 mA x 50 = 215 mA motor akımını destekleyen transistöre güvenebileceğiniz anlamına gelir. Çok küçük bir motor olmadıkça, özellikle başlangıç için, düşük geliyor. Dijital çıkışın güvenli bir şekilde ne sağladığını ve R1’i çoğunun çizmesi için ayarlayabildiğine bakardım.
Diğer bir sorun da, 1N4004 diyotunun burada uygun olmamasıdır, çünkü özellikle "PWM" de belirtildiği gibi motoru hızla açıp kapatacağınızdan. Bu diyot, 50-60 Hz gibi normal güç hattı frekanslarına yönelik bir güç doğrultucudır. Çok yavaş iyileşme var. Bunun yerine bir Schottky diyot kullanın. Herhangi bir jenerik 1 A 30 V Schottky diyot iyi yapacaktır ve 1N4004'ten daha iyi olacaktır.
Bu devrenin nasıl işe yaradığını görebiliyorum, ama açıkça ne yaptıklarını gerçekten bilen biri tarafından tasarlanmadı. Genel olarak, eğer bir devrede bir arduino görüyorsanız, 'net bir yerde, özellikle basit bir tane bulursanız, yazarın çok iyi bir başarı olduğunu düşündüğü için yayınlandığını varsayın. Ne yaptıklarını bilen ve bir dakika içinde böyle bir devre çizenler web sayfasını yazmaya değmezler. Bu, motorun transistörün patlaması olmadan dönmesini sağlamak için iki hafta sürenleri bırakır ve bu web sayfalarını yazmak için her şeyin ne olduğundan tam olarak emin değildir.
Motorun sarımları akım taşırken manyetik bir alan oluştururlar. Bunu yapmak enerji gerektirir ve enerji manyetik alanda depolanır. Akım aniden kesilirse, manyetik alan çökecektir. Bu değişen manyetik alan, sarımda normalden çok daha yüksek olan ve sarımlar arasında daha yüksek bir voltaj üreten bir akımı indükleyecektir. Çok kısa ve etkileyici olabilir.
İndüklenen akımın anahtarı değişen alandır. Aynı etkiyi ev ışık anahtarında da görebilirsiniz. Cıva tipi olmayan anahtarlara sahipseniz ("sessiz anahtarlar"), bazen ışıkları kapattığınızda bir kıvılcım veya ışık parlaması görebilirsiniz. AC akımı sıfıra yaklaştığında bağlantıyı koparırsanız, hiçbir şey olmuyor. Akımın zirvesine yaklaşırsanız, ışıkların kabloları etrafındaki maksimum manyetik alana sahiptir ve ışık anahtarında yaylanacak kadar büyük bir voltaj yükselmesiyle birlikte çökecektir.
Diyotunuzun devrenin + tarafına dönük olduğuna dikkat edin. Değişen alan bir "geri EMF" veya yanlış yöne giden voltaj üretir. Enerji geldiği borudan çıkıyor. (Umarım bu hakka sahipimdir. Geriye doğru sahip olup olmadığımı kontrol edip düzenleyeceğim.) Diyot, motor sargısındaki potansiyel veya voltajın yaklaşık 0,6'dan fazla olması durumunda gerçekleşir. V "yanlış" yönde. DC için bu dümdüzdür. PWM için bu daha çok AC gibidir ve kaliteli bir güvenilir devre daha karmaşıktır.
@OlinLathrop'ın dediği gibi, temel direnciniz biraz büyük olabilir. Tipik örnekler olarak, 2N2222 ve 2N3904, DC'de 300-400'e kadar artan bir beta veya akım kazancına sahiptir. Çok fazla motorunuz varsa, transistör akımı beslemez veya yakmaz. Transistördeki güç dağılımını Amp başına yaklaşık 1W değerinde ve eğer işler doğru şekilde ayarlanmazsa daha yüksek olarak görebilirsiniz. (Bipolar transistörleri fazladan fazla iş gerektirmeden paralel olarak koyamazsınız. Direnç ısınırken ve daha fazla akım akar ve en hızlı şekilde ısınan akım akıntıya neden olur - genellikle yıkıma uğrar). Arduinos için satılan küçük motor sürücülerinin bir ısı emici ya da bir ısı emici ile kullanılmak üzere metal kısmı olan büyük bir bölümü olduğunu görebilirsiniz.
Kapak mevcut ani yumuşaklığı giderir. Zamanla büyüdükçe, tepe akımında azalırlar ve bu nedenle akımda devrede üretilen voltaj daha azdır. Motorunuzda fırça varsa, motorun dönme hızındaki açık / kapalı akım akışını alıyorsunuz. Yine, değişen akımlara ve değişen alanlara geri döndük. Radyo frekansı gürültüsünün geldiği yer burasıdır. Bu ani yükselmeleri yaymak, akım değişim oranının düşük olduğu ve bunun sonucunda RFI'nın (Radyo Frekansı Girişimi) daha düşük olduğu anlamına gelir. Bahse girerim, devrenizin yanına bir AM radyo koyarsanız ve onu radyo istasyonu olmayan bir noktaya ayarlarsanız, motorun ne zaman çalıştığını söyleyebileceksiniz. Farklı boyutta kapaklar deneyin ve herhangi bir fark tespit edip etmediğinizi görün.