H-образный мост на макетной плате: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

H-мост - это схема, которая может приводить двигатель в движение вперед и назад. Это может быть очень простая схема, для сборки которой требуется всего несколько компонентов. В этом руководстве показано, как смонтировать базовый H-мост. По завершении вы должны быть знакомы с основными принципами работы H-моста и быть готовы перейти к более сложным версиям, которые могут поддерживать более крупные и мощные двигатели.

Шаг 1: Сбор деталей

Требуется лишь несколько деталей: 1) Макетная плата 2) Небольшой двигатель постоянного тока, способный работать при ~ 7 В 3) 9-вольтовая батарея и защелкивающаяся батарея 4) Четыре малых сигнальных NPN-транзистора. Здесь мы используем 2N2222A. 2N3904 - еще один общий номер детали, и подойдут тысячи других 5) Четыре резистора 22 кОм 6) Два кнопочных переключателя 7) Перемычки или запасной провод для подключения всего

Шаг 2: теория H-моста

H-мост - это схема, которая может управлять двигателем постоянного тока вперед и назад. Направление двигателя изменяется путем переключения полярности напряжения, чтобы повернуть двигатель в ту или иную сторону. Это легко продемонстрировать, приложив 9-вольтовую батарею к выводам небольшого двигателя, а затем переключив клеммы, чтобы изменить направление. H-мост получил свое название на основе базовой схемы, демонстрирующей его работу. Схема состоит из четырех переключателей, которые замыкают цепь при попарном подключении. Когда переключатели S1 и S4 замкнуты, двигатель получает питание и вращается. Когда S2 и S3 замкнуты, двигатель получает питание и вращается в обратном направлении. Обратите внимание, что S1 и S2 или S3 и S4 никогда не должны быть замкнуты вместе, чтобы избежать короткого замыкания. Очевидно, что физические переключатели непрактичны, поскольку никто не собирается сидеть там, переключая переключатели попарно, чтобы заставить своего робота двигаться вперед или назад. Здесь на помощь приходят транзисторы. Транзистор действует как твердотельный переключатель, который замыкается, когда к его базе подается небольшой ток. Поскольку для активации транзистора требуется лишь небольшой ток, мы можем завершить половину схемы одним сигналом. Этого достаточно теории, чтобы начать работу, поэтому давайте приступим к построению.

Шаг 3: Включение H-моста

Начнем с прокладки линий электропередач. Подключите защелку аккумулятора к одному углу шины питания. По соглашению, положительное напряжение подключается к верхней строке, а отрицательное - к нижней, чтобы обозначить сигналы HIGH и LOW соответственно. Затем мы соединяем верхний и нижний комплекты силовых шин.

Шаг 4: транзистор как переключатель

Следующим шагом будет настройка транзисторов. Вспомните в разделе теории, что нам нужно четыре переключателя для создания H-моста, поэтому здесь мы будем использовать все четыре транзистора. Мы также ограничены макетом макета, поэтому фактическая схема не будет напоминать букву H. Давайте быстро взглянем на транзистор, чтобы понять, какой ток течет. На каждом транзисторе есть три ножки, известные как коллектор, база и эмиттер. Не все транзисторы имеют один и тот же порядок, поэтому обязательно сверьтесь с таблицей данных, если вы не используете один из номеров деталей, упомянутых в первом шаге. Когда небольшой ток подается на базу, другой больший ток может течь от коллектора к эмиттер. Это важно, поэтому я повторю это еще раз. Транзистор позволяет небольшому току управлять большим током. В этом случае эмиттер всегда должен быть заземлен. Обратите внимание, что текущий поток представлен маленькой стрелкой на рисунке ниже.

Шаг 5: переключение полярностей

Теперь мы собираемся выровнять транзисторы в нижней половине макета, изменив ориентацию для всех остальных транзисторов. Каждая пара соседних транзисторов будет служить половиной H-моста. Посередине необходимо оставить достаточно места для установки перемычек и, в конечном итоге, выводов двигателя. Затем мы подключим коллектор и эмиттер транзисторов к положительной и отрицательной шинам питания соответственно. Наконец, мы добавим перемычки, которые будут подключаться к выводам двигателя. Теперь транзисторы готовы пропускать ток, когда база активирована.

Шаг 6: Применение сигнала

Нам нужно подать небольшой ток на каждый из транзисторов попарно. Сначала нам нужно подключить резистор к базе каждого транзистора. Затем мы подключим каждый набор резисторов к общей точке, готовясь к подключению переключателя. Затем мы добавим два переключателя, которые также подключаются к положительной шине. Эти переключатели активируют половину H-моста за раз, и, наконец, мы подключаем двигатель. Вот и все. Подключите аккумулятор и проверьте свою схему. Двигатель должен вращаться в одном направлении при нажатии одной кнопки и в противоположном направлении при нажатии другой кнопки. Две кнопки не должны быть активированы одновременно.

Шаг 7. Получение четкого изображения

Вот схема полной схемы на случай, если вы хотите сохранить ее для справки. Оригинальная графика любезно предоставлена Oomlout.

Шаг 8: Больше возможностей для Я

Итак, у вас есть новый блестящий H-образный мост на макетной плате. Что теперь? Важно то, что вы понимаете, как работает базовый H-мост, и что основные элементы одинаковы, независимо от того, сколько энергии вы используете. Вот несколько советов, которые помогут сделать еще один шаг вперед для поддержки более мощных двигателей и большей мощности. - Вы можете использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) вместо двух переключателей для управления скоростью двигателя. Это легко сделать, если в вашем распоряжении микроконтроллер, а также без особых проблем можно выполнить с помощью микросхемы таймера 555 или 556 и нескольких пассивных компонентов. - Ключом к поддержке двигателей большей мощности являются транзисторы большей мощности. Транзисторы средней мощности и силовые полевые МОП-транзисторы в корпусах TO-220 могут обрабатывать значительно большую мощность, чем транзисторы TO-92 малой мощности, которые мы здесь используем. Правильные радиаторы также увеличат емкость. - Большинство H-мостов построено с использованием транзисторов NPN и PNP, чтобы предотвратить короткое замыкание и оптимизировать ток. Здесь мы использовали только NPN, чтобы упростить схему. - Обратные диоды обычно используются в H-мостах более высокой мощности для защиты остальной части схемы от опасных напряжений, которые вырабатываются катушками двигателя при отключении питания. Эти диоды подключены к транзистору в направлении протекания тока и противостоят этим вредным обратным напряжениям ЭДС. - TIP 102 и TIP 107 представляют собой пару дополнительных силовых транзисторов со встроенными обратными диодами. TIP 122/127 и 142/147 представляют собой похожие пары силовых транзисторов. Этого должно быть достаточно, чтобы направить вас в правильном направлении, если вы хотите продолжать работу.