Q1 - n-p-n биполярный плоскостной транзистор действует как ключ, включая и выключая внешний источник питания 9 В. Существуют два типа биполярных плоскостных транзисторов: n-p-n и p-n-p. Мы будем применять транзисторы типа n-p-n. Говоря упрощенно, n-p-n транзистор представляет собой переключатель, управляемый напряжением, что позволяет подавать или отключать ток;
R1 - резистор номиналом 1 кОм, соединяющий контакт платы Arduino с базой транзистора;
Рис. 4.1. Схема включения двигателя постоянного тока
- 86 -
U 1 - двигатель постоянного тока;
С 1 - конденсатор для фильтрации помех, вызванных работой двигателя;
Dl - диод для защиты блока питания от обратного напряжения.
4.3. Использование транзистора в качестве переключателя
Транзисторы применяются во многих устройствах: от усилителей до компонентов центрального процессора в компьютерах и смартфонах. У нас транзистор будет работать в качестве простого электрически управляемого переключателя. Каждый биполярный транзистор имеет три контакта (рис. 4.2): эмиттер (Е), коллектор (С) и базу (В).
Рис. 4.2. Биполярный n-p-n транзистор
Между коллектором и эмиттером течет большой ток, величина которого зависит от малого тока базы. Изменяя ток базы, мы можем регулировать ток через транзистор и менять скорость вращения двигателя. Напряжения 5 В, подаваемого на выход Arduino, достаточно для включения транзистора. Используя ШИМ, можно управлять скоростью вращения двигателя. Поскольку механические детали двигателя обладают инерцией, быстрое переключение транзистора под действием ШИМсигнала с разной скважностью приведет к плавной регулировке скорости вращения.
4.4. Назначение защитных диодов
Одна из проблем электродвигателей постоянного тока - наличие противо-ЭДС.
В двигателе есть обмотки, в которых создается магнитный поток. При работе двигателя энергия магнитного поля запасается в обмотках. При выключении электродвигателя на концах обмотки возникает выброс напряжения обратной полярности, опасный для источника питания. Предотвратить воздействие электрических выбросов на внешние цепи можно с помощью защитных диодов. Подключив защитный диод, можно быть уверенным, что он устранит выброс напряжения при выключении двигателя.
- 87 -
4.5. Назначение отдельного источника питания
В схеме, изображенной на рис. 4.1, двигатель подключен к отдельному источнику напряжением 9 В, а не к контакту 5 В разъема USB. Для данного примера подойдет также внешний источник с напряжением 5 В. Внешний источник питания необходим по двум причинам:
• уменьшается вероятность повреждения платы Arduino при неправильном подключении электродвигателя;
• ток и напряжение могут быть больше, чем обеспечивает встроенный в Arduino источник питания.
Некоторые двигатели постоянного тока потребляют ток, больший, чем может выдать плата Arduino. Кроме того, рабочее напряжение многих двигателей превышает 5 В. Хотя они и будут вращаться при напряжении 5-вольтовом питании, но достичь заданной скорости вращения могут только при питании 9 или 12 В (в зависимости от технических характеристик двигателя).