H-Bridge σε Breadboard: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Το H-Bridge είναι ένα κύκλωμα που μπορεί να οδηγήσει έναν κινητήρα εμπρός και πίσω. Μπορεί να είναι ένα πολύ απλό κύκλωμα που απαιτεί μόνο λίγα εξαρτήματα για την κατασκευή του. Αυτό το Instructable επιδεικνύει τον τρόπο με τον οποίο μπορείτε να φτιάξετε ένα βασικό H-Bridge. Με την ολοκλήρωση θα πρέπει να είστε εξοικειωμένοι με τη βασική λειτουργία ενός H-Bridge και να είστε έτοιμοι να προχωρήσετε σε πιο περίπλοκες εκδόσεις που μπορούν να υποστηρίξουν μεγαλύτερους, πιο ισχυρούς κινητήρες.

Βήμα 1: Συγκέντρωση των εξαρτημάτων

Απαιτούνται μόνο μια χούφτα εξαρτημάτων.1) Μια σανίδα ψωμιού2) Ένας μικρός κινητήρας DC ικανός να λειτουργεί σε ~ 7 βολτ3) Μπαταρία 9 βολτ και κουμπωτή μπαταρία4) Τέσσερα μικρά τρανζίστορ NPN σήματος. Χρησιμοποιούμε το 2N2222A εδώ. Το 2N3904 είναι ένας άλλος κοινός αριθμός ανταλλακτικών και χιλιάδες άλλοι θα το κάνουν. 5) Τέσσερις ρεζερβουάρ 22k ohm6) Δύο διακόπτες με κουμπιά 7) Μπότες ή ανταλλακτικό σύρμα για να τα συνδέσετε όλα

Βήμα 2: Θεωρία H-Bridge

Το H-Bridge είναι ένα κύκλωμα που μπορεί να οδηγήσει έναν κινητήρα DC εμπρός και πίσω. Η κατεύθυνση του κινητήρα αλλάζει αλλάζοντας την πολικότητα της τάσης για να γυρίσει ο κινητήρας με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Αυτό αποδεικνύεται εύκολα εφαρμόζοντας μια μπαταρία 9 βολτ στα καλώδια ενός μικρού κινητήρα και στη συνέχεια αλλάζοντας τους ακροδέκτες σε αλλαγή κατεύθυνσης. Το H-Bridge έχει το όνομά του με βάση το βασικό κύκλωμα που δείχνει τη λειτουργία του. Το κύκλωμα αποτελείται από τέσσερις διακόπτες που ολοκληρώνουν το κύκλωμα όταν εφαρμόζονται σε ζεύγη. Όταν κλείνουν οι διακόπτες S1 και S4 ο κινητήρας παίρνει ισχύ και περιστρέφεται. Όταν τα S2 και S3 είναι κλειστά, ο κινητήρας παίρνει ισχύ και περιστρέφεται προς την άλλη κατεύθυνση. Σημειώστε ότι τα S1 και S2 ή S3 και S4 δεν πρέπει ποτέ να κλείνουν μαζί για να αποφευχθεί ένα βραχυκύκλωμα. Προφανώς οι φυσικοί διακόπτες δεν είναι πρακτικοί καθώς κανείς δεν θα καθίσει εκεί αναποδογυρίζοντας τους διακόπτες σε ζεύγη για να κάνει το ρομπότ του να προχωρήσει προς τα πίσω ή αντίστροφα. Εκεί μπαίνουν τα τρανζίστορ. Ένα τρανζίστορ λειτουργεί ως διακόπτης στερεάς κατάστασης που κλείνει όταν εφαρμόζεται ένα μικρό ρεύμα στη βάση του. Επειδή απαιτείται μόνο ένα μικρό ρεύμα για την ενεργοποίηση ενός τρανζίστορ, είμαστε σε θέση να ολοκληρώσουμε το μισό του κυκλώματος με ένα μόνο σήμα. Αυτή είναι αρκετή θεωρία για να ξεκινήσετε, ας ξεκινήσουμε την κατασκευή.

Βήμα 3: Τροφοδοσία του H-Bridge

Θα ξεκινήσουμε με την τοποθέτηση των γραμμών ρεύματος. Συνδέστε το κουμπί μπαταρίας σε μια γωνία του διαύλου τροφοδοσίας. Η σύμβαση είναι να συνδέσετε τη θετική τάση στην επάνω σειρά και την αρνητική στην κάτω σειρά για να δηλώσετε τα σήματα Υ HIGHΗΛΟΥ και ΧΑΜΗΛΟΥ αντίστοιχα. Στη συνέχεια, συνδέουμε το πάνω και το κάτω σύνολο των λεωφορείων ισχύος.

Βήμα 4: Το τρανζίστορ ως διακόπτης

Το επόμενο βήμα είναι η εγκατάσταση των τρανζίστορ. Θυμηθείτε στο τμήμα θεωρίας ότι χρειαζόμαστε τέσσερις διακόπτες για να κατασκευάσουμε ένα H-Bridge, οπότε θα χρησιμοποιήσουμε και τα τέσσερα τρανζίστορ εδώ. Περιοριζόμαστε επίσης στη διάταξη ενός breadboard, οπότε το πραγματικό κύκλωμα δεν θα μοιάζει με το γράμμα H. Ας ρίξουμε μια γρήγορη ματιά σε ένα τρανζίστορ για να καταλάβουμε την τρέχουσα ροή. Υπάρχουν τρία σκέλη σε κάθε τρανζίστορ γνωστά ως συλλέκτης, βάση και εκπομπούς. Δεν μοιράζονται όλα τα τρανζίστορ την ίδια σειρά, οπότε φροντίστε να συμβουλευτείτε ένα φύλλο δεδομένων εάν δεν χρησιμοποιείτε έναν από τους αριθμούς τμημάτων που αναφέρονται στο πρώτο βήμα. Όταν εφαρμόζεται ένα μικρό ρεύμα στη βάση, ένα άλλο μεγαλύτερο ρεύμα αφήνεται να ρέει από τον συλλέκτη εκπόμπος. Αυτό είναι σημαντικό οπότε θα το ξαναπώ. Ένα τρανζίστορ επιτρέπει σε ένα μικρό ρεύμα να ελέγχει ένα μεγαλύτερο ρεύμα. Σε αυτήν την περίπτωση, ο πομπός πρέπει να είναι πάντα συνδεδεμένος με τη γείωση. Σημειώστε ότι η τρέχουσα ροή αντιπροσωπεύεται από ένα μικρό βέλος στο παρακάτω σχήμα.

Βήμα 5: Αλλαγή πολικότητας

Τώρα θα παρατάξουμε τα τρανζίστορ στο κάτω μισό της σανίδας, ανατρέποντας τον προσανατολισμό για κάθε άλλο τρανζίστορ. Κάθε ζεύγος γειτονικών τρανζίστορ θα χρησιμεύσει ως το μισό της H-Bridge. Ένας κατάλληλος χώρος πρέπει να αφεθεί στη μέση για να χωρέσει μερικοί βραχυκυκλωτήρες και τελικά ο ηλεκτροκινητήρας. Στη συνέχεια, θα συνδέσουμε τον συλλέκτη και τον πομπό των τρανζίστορ στους διαύλους θετικής και αρνητικής ισχύος αντίστοιχα. Τέλος, θα προσθέσουμε τους βραχυκυκλωτήρες που θα συνδεθούν στα καλώδια του κινητήρα. Τα τρανζίστορ είναι τώρα έτοιμα να περάσουν ένα ρεύμα όταν η βάση είναι ενεργοποιημένη.

Βήμα 6: Εφαρμογή σήματος

Πρέπει να εφαρμόσουμε ένα μικρό ρεύμα σε καθένα από τα τρανζίστορ σε ζεύγη. Πρώτα πρέπει να συνδέσουμε μια αντίσταση στη βάση κάθε τρανζίστορ. Στη συνέχεια, θα συνδέσουμε κάθε σύνολο αντιστάσεων σε ένα κοινό σημείο που προετοιμάζεται για τη σύνδεση ενός διακόπτη. Στη συνέχεια, θα προσθέσουμε τους δύο διακόπτες που συνδέονται επίσης με το θετικό δίαυλο. Αυτοί οι διακόπτες θα ενεργοποιούν το μισό του H-Bridge κάθε φορά. Και τελικά συνδέουμε τον κινητήρα. Αυτό είναι. Συνδέστε την μπαταρία σας και δοκιμάστε το κύκλωμά σας. Ο κινητήρας πρέπει να περιστρέφεται προς μία κατεύθυνση όταν πιέζεται το ένα κουμπί και στην αντίθετη κατεύθυνση όταν πιέζεται το άλλο κουμπί. Τα δύο κουμπιά δεν πρέπει να ενεργοποιούνται ταυτόχρονα.

Βήμα 7: Λήψη καθαρής εικόνας

Ακολουθεί ένα διάγραμμα ολόκληρου του κυκλώματος σε περίπτωση που θέλετε να το αποθηκεύσετε για αναφορά. Τα αρχικά γραφικά είναι ευγενική προσφορά του Oomlout.

Βήμα 8: Περισσότερη δύναμη στον Ya

Εντάξει, έτσι έχετε ένα λαμπερό νέο H-Bridge σε μια σανίδα ψωμιού. Και τώρα τι? Το σημαντικό είναι ότι καταλαβαίνετε πώς λειτουργεί ένα βασικό H-Bridge και ότι τα βασικά είναι τα ίδια, ανεξάρτητα από το πόση δύναμη πιέζετε. Ακολουθούν μερικές συμβουλές για να πάτε ένα βήμα παραπέρα για να υποστηρίξετε μεγαλύτερους κινητήρες και περισσότερη ισχύ. - Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε Pulse Width Modulation (PWM) στη θέση των δύο διακοπτών για να ελέγξετε την ταχύτητα του κινητήρα. Αυτό είναι εύκολο όταν έχετε έναν μικροελεγκτή στη διάθεσή σας και μπορεί επίσης να επιτευχθεί με ένα χρονοδιακόπτη 555 ή 556 και μερικά παθητικά χωρίς πολύ κόπο. - Το κλειδί για την υποστήριξη κινητήρων υψηλότερης ισχύος είναι τα τρανζίστορ υψηλότερης ισχύος. Τρανζίστορ μέσης ισχύος και Power MOSFET σε θήκες TO-220 μπορούν να χειριστούν σημαντικά περισσότερη ισχύ από τα τρανζίστορ χαμηλής ισχύος TO-92 που χρησιμοποιούμε εδώ. Οι σωστές ψύκτρες θα αυξήσουν επίσης τη χωρητικότητα. - Τα περισσότερα H-Bridges κατασκευάζονται με τρανζίστορ NPN και PNP, προκειμένου να αποφευχθούν βραχυκυκλώματα και να βελτιστοποιηθεί η ροή ρεύματος. Χρησιμοποιήσαμε μόνο το NPN εδώ για να απλοποιήσουμε το κύκλωμα. - Οι δίοδοι Flyback χρησιμοποιούνται συνήθως σε H-Bridges υψηλότερης ισχύος για την προστασία του υπόλοιπου κυκλώματος από επικίνδυνες τάσεις που παράγονται από τα πηνία του κινητήρα όταν η ισχύς αποσυνδέεται. Αυτές οι δίοδοι εφαρμόζονται στο τρανζίστορ προς την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος και αντιστέκονται σε αυτές τις επιβλαβείς πίσω τάσεις EMF. - Τα TIP 102 και TIP 107 είναι ένα ζευγάρι συμπληρωματικών τρανζίστορ ισχύος που έχουν ενσωματωμένες διόδους flyback. Τα TIP 122/127 και 142/147 είναι παρόμοια ζεύγη τρανζίστορ ισχύος. Αυτό θα πρέπει να είναι αρκετό για να σας φέρει στη σωστή κατεύθυνση, εάν θέλετε να συνεχίσετε.