1. Dioda w tej konfiguracji nazywana jest diodą „flyback”. Silnik składa się z cewki z drutu, która jest faktycznie cewką indukcyjną (i elektromagnesem). Gdy silnik się obraca, cewka będzie włączana i wyłączana wraz z komutatorem wewnątrz silnika, co spowoduje skoki napięcia. Dioda zapewnia ścieżkę dla tej energii, dzięki czemu można ją rozproszyć na szynie + 5V, zamiast iść w inne mniej przewidywalne miejsce. Znajdziesz również te diody na cewkach przekaźników. Zwykle umieszczasz również kondensator na szynie 5 V, aby dodatkowo pochłaniać skoki (w przeciwnym razie wszędzie będziesz słyszał hałas). UWAGA: Twoje pytanie brzmi „Źródło zasilania styku 9”. To nieprawda, zobacz następne pytanie.

2. Tak, ale niezbyt aktualne. Taki jest cel tego obwodu. Bardzo mały prąd (uA lub mA) może być użyty do sterowania silnikiem (~ 200mA z tym tranzystorem od + 5V przez silnik). Dopiero około 330uA (bliżej chyba do 270uA ... nie wpisałem żadnych liczb do kalkulatora) popłynie z pinu 9 do masy przez tranzystor. Prąd dla silnika pochodzi z szyny + 5V.

3. Zgadza się. Podczas rozmowy z kimś prąd zawsze płynie od wysokiego potencjału (+) do niskiego potencjału (-), mimo że elektrony idą w przeciwnym kierunku. Naprawdę to tylko konwencja, żeby wszystkie znaki się sprawdziły.

Aby zrozumieć tę sztuczkę, początkujący musi wyobrazić sobie, jakie są napięcia (wielkość i polaryzacja) oraz gdzie płyną prądy (kierunek i ścieżka). Wiem to z własnego doświadczenia; dlatego te niewidoczne wielkości elektryczne zwizualizowałem na poniższych zdjęciach za pomocą słupków napięcia (na czerwono) i pętli prądowych (na zielono). Rozważyłem podobną, ale prostszą konfigurację z cewką indukcyjną (np. Cewką przekaźnika), ale można ją również zastosować do silnika.

1. Kluczem do intuicyjnego zrozumienia obwodów indukcyjnych jest myślenie o cewce indukcyjnej jako o „ładowalnym źródle prądu”. Tak więc, gdy tranzystor T jest włączony (rys. 1), napięcie zasilania zostaje przyłożone do cewki indukcyjnej L i rozpoczyna się ładowanie. Bieżąca \ $ I_ {CH} \ $ stopniowo rośnie od zera do maksimum (określanego przez wewnętrzną rezystancję cewki). Zwróć uwagę, że znak napięcia na wejściu cewki jest dodatni, ponieważ działa jako obciążenie.

2. Kiedy tranzystor wyłącza się (rys. 2) ... i nie ma podłączonej diody, cewka, zachowując się jak źródło prądu, „chce” przepuszczać ten sam prąd. Po pierwsze, odwraca polaryzację swojego wewnętrznego napięcia \ $ V_L \ $ (back emf); następnie, gdy obwód jest otwarty, zaczyna zwiększać to napięcie z nadzieją na przejście prądu przez tranzystor. W ten sposób jego napięcie wielokrotnie przewyższa napięcie zasilania i dodaje się do niego. To tak, jakby tranzystor był zasilany bardzo wysokim napięciem zasilacz zespolony ... i jeśli jego maksymalne napięcie nie jest wystarczająco wysokie, pęknie.

3. Jeśli dioda D została podłączona równolegle do cewki (rys. 3), zapewni ścieżkę dla jej obecnego \ $ I_ {DSCH} \ $ span> ... a cewka szybko się przez nią przebije.Teraz napięcie zasilania jest ograniczone tylko do \ $ V_ {CC} + V_F \ $ , co jest bezpieczne dla tranzystora.

Pomyślałem, że powinienem wzmocnić komentarz Tony'ego Stewarta.

Obwód, na który patrzysz, jest w zasadzie w porządku, ale nie można go używać z żadnym innym niż najmniejsze silniki.

Ujmując to w ten sposób - aby uzyskać duży prąd (a tym samym duży moment obrotowy lub moc) z silnika, musisz mieć napięcie jak najbliższe 5 woltów. Oznacza to, że napięcie na tranzystorze (Vce) musi być jak najniższe, a na pewno mniejsze niż 1 wolt. Oprócz tej oczywistej kwestii należy pamiętać, że moc rozpraszana w tranzystorze jest iloczynem napięcia (Vce) i prądu (głównie prądu kolektora).

Jest to całkowicie możliwe, ale istnieją ograniczenia. Najważniejsze jest to, że gdy tranzystor pracuje z bardzo niskim Vce (zwykle mniejszym niż jeden wolt), jego wzmocnienie znacznie spada. Ogólna praktyczna zasada dotycząca tego warunku, zwanego nasyceniem, mówi o wzmocnieniu od 10 do 20, gdzie możesz wybrać, jak dokładnie chcesz być optymistą. Wartość konserwatywna to 10. Przy tej wartości można spodziewać się Vce o wartości około 0,2 V - o ile przestrzegasz, że oznacza to określony poziom prądu.

Teraz spójrz na swój obwód. Jeśli pin 9 ma maksymalne napięcie 3,3 V, napięcie na rezystorze bazowym będzie wynosić około 3,3 - 0,6 V lub około 2,7 V. Wartość 0,6 pochodzi ze spadku napięcia baza-emiter. 2,7 wolta podzielone przez 10k daje prąd bazowy około 270 uA. Zasilanie bazy tym prądem daje maksymalny prąd kolektora wynoszący około 2,7 mA lub 5,4 mA przy wzmocnieniu nasycenia równym 20. Jeśli tranzystor jest całkowicie włączony, Vce będzie wynosić około 0,2 wolta. Zatem maksymalna moc dostępna dla silnika będzie wynosić około 4,8 wolta razy 2,7 ​​do 5,4 mA lub coś w granicach 13 do 26 mW. Jako punkt odniesienia, 1 koń mechaniczny to około 750 watów, więc mówisz o 17 do 34 mikro-koniach mechanicznych.

To nie jest bezużyteczne; możesz obrócić mały wskaźnik dobrze z silnikiem o małej mocy. Chodzi tylko o to, że nie będziesz w stanie wykonać (na przykład) żadnego rodzaju pojazdu, ani nie będziesz w stanie podnosić wiele ładunków za pomocą koła pasowego.

Jeśli chcesz faktycznie zbudować swój obwód, czego potrzebujesz do silnika? Musi być przeznaczony na 5 woltów lub więcej, tak blisko 5 woltów, jak tylko możesz znaleźć. Kup sobie tani multimetr cyfrowy (multimetr cyfrowy) za 10 do 20 dolarów i zmierz rezystancję silnika. Musi być rzędu 900 do 2 kiloomów lub więcej. Opór jest równy napięciu nad prądem. 4,8 V podzielone przez 0,0027 do 0,0054 da liczby (pamiętaj, że mówiliśmy o mA, a nie o amperach).

Oczywiście można uzyskać większy prąd, mocniej napędzając tranzystor, i robimy to, zmniejszając rezystor podstawowy. Należy jednak pamiętać, że w pewnym momencie Arduino nie będzie w stanie wysterować wystarczającej ilości prądu z pinu 9, a napięcie na pinie zacznie spadać. Powinieneś być w porządku, zmniejszając rezystor do 1k, a być może w okolicach 330 omów lub mniej, z konsekwentnym wzrostem prądu tranzystora (i silnika). Zachęcam do systematycznego badania tego zagadnienia. Kiedy to zrobisz, regularnie sprawdzaj również temperaturę tranzystora. 2N3904 nie są urządzeniami o dużej mocy, więc nie zdziw się, jeśli się nagrzeją. Na szczęście są też naprawdę tanie, więc nie popadaj w paranoję z wypaleniem kilku.

W najgorszym przypadku dowiesz się o Magic Smoke. Czy wiesz, że tranzystory działają za pomocą magii? Pośrodku każdego tranzystora znajduje się mała kieszonka Magic Smoke. Jeśli wypuścisz Magic Smoke, tranzystor przestanie działać, a to dowodzi, że Magic Smoke sprawił, że zadziałał.

Prawda?

Odpowiadając na Twoje pytania, chociaż obwód będzie działał bez diody, jego celem jest ochrona delikatnych elementów elektronicznych przed bardzo wysokimi skokami napięcia pochodzącymi z silnika podczas wyłączania. Widzisz, uzwojenia silnika działają nie tylko jako elektromagnes, ale także jako induktor, który magazynuje duże ilości energii w swoim polu magnetycznym. Gdy zasilanie dostarczane do silnika wyłącza się, pole to zanika i zrzuca całą zgromadzoną energię z powrotem do obwodu w jednym dużym przepływie, który może uszkodzić elementy elektroniczne. Tak więc dioda działa wtedy jako „zwarcie” dla silnika, zapewniając ścieżkę do rozładowania uzwojeń, podobnie jak rezystor upustowy na dużym kondensatorze.

Następnie, biorąc pod uwagę kierunek prądu, historycznie uważano, że prąd płynie z punktów z ładunkiem + do punktów z ładunkiem -, jednak ostatecznie odkryto, że same elektrony w rzeczywistości przepływają od punktów - do punktów +. Pojęcie to odnosi się do „prądu elektronowego”, podczas gdy pierwotna koncepcja nosi nazwę „prądu konwencjonalnego”.

Ponieważ wzory używane do obliczania wartości elektronicznych zostały opracowane z wykorzystaniem mądrości ówczesnych czasów, „prąd konwencjonalny” jest nadal szeroko stosowany przy projektowaniu nowych obwodów elektrycznych.

Dlatego bardziej poprawne byłoby stwierdzenie, że prąd płynie z ziemi przez emiter do pinu 9, chociaż w rzeczywistości rozróżnienie to jest raczej akademickie; cokolwiek wierzysz, to „po prostu działa”. Mam nadzieję, że to pomoże - ucz się dalej &, ciesząc się tą fascynującą dziedziną nauki!

Wszystkie odpowiedzi tutaj podkreślają, że obciążenia indukcyjne, takie jak silnik, przenoszą ładunek energii, którą wyładowuje dioda flyback. Tak się nie dzieje, a diody flyback będą stosunkowo małymi urządzeniami, które oczywiście nie będą w stanie emitować dużej ilości energii.

Stawką jest to, że wyłączone cewki indukcyjne dodają się jako źródła prądu, utrzymując ich prąd. Nawet jeśli ten prąd jest niski, jeśli ma nieskończony opór, przeciwko któremu może przeciwdziałać, powstające napięcie może stać się arbitralnie duże, jak wyładowanie statyczne podczas chodzenia po jakimś plastikowym dywanie z włókna. Samo powstałe napięcie niszczy obwody.

Dioda flyback zapewnia ścieżkę przepływu prądu. Ponieważ napięcie na nim jest niskie (najlepiej zero), niewiele energii zostaje tutaj zniszczone: masa rozprasza się w rezystancji cewek silnika. Jednakże, w zależności od wielkości i typu oraz obciążenia silnika, silnik może działać jako dość duża indukcyjność, ponieważ po wyłączeniu nie zwraca tylko energii pola elektrycznego, ale także energii mechanicznej z powrotem na swoje wejścia. Generalnie dioda flyback miałaby podobne wymiary do tranzystora sterującego.

Należy pamiętać, że zwarcie cewki indukcyjnej to jego tryb jałowy , podczas gdy obwód otwarty natychmiast wypycha zmagazynowaną energię z obwodu magnetycznego cewki indukcyjnej. Tak więc dioda flyback nie tylko chroni tranzystor sterujący, ale także sam cewkę indukcyjną, w której w przeciwnym razie iskry mogłyby przebić izolację cewek i w ten sposób je uszkodzić.

Powiedzmy, że silnik obraca kołem zamachowym. Kiedy zasilanie jest wyłączone, dioda odprowadza energię z powrotem przez cewki silnika, aby zwierać lub anulować generowaną energię elektryczną.