H-Brücke auf einem Steckbrett - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Die H-Brücke ist eine Schaltung, die einen Motor vorwärts und rückwärts antreiben kann. Es kann sich um eine sehr einfache Schaltung handeln, für deren Aufbau nur eine Handvoll Komponenten erforderlich sind. Dieses Instructable zeigt, wie man eine einfache H-Bridge einsteckt. Nach Abschluss sollten Sie mit der grundlegenden Bedienung einer H-Brücke vertraut sein und bereit sein, zu komplizierteren Versionen überzugehen, die größere, leistungsstärkere Motoren unterstützen können.

Schritt 1: Sammeln der Teile

Es werden nur eine Handvoll Teile benötigt.1) Ein Steckbrett2) Ein kleiner Gleichstrommotor, der mit ~7 Volt betrieben werden kann3) Eine 9-Volt-Batterie und ein Batterieschnapper4) Vier Kleinsignal-NPN-Transistoren. Wir verwenden hier den 2N2222A. 2N3904 ist eine weitere gängige Teilenummer und Tausende andere werden es tun.5) Vier 22k-Ohm-Widerstände6) Zwei Drucktastenschalter7) Jumper oder Ersatzkabel, um alles anzuschließen

Schritt 2: H-Brückentheorie

Die H-Brücke ist eine Schaltung, die einen Gleichstrommotor vorwärts und rückwärts antreiben kann. Die Motordrehrichtung wird durch Umschalten der Polarität der Spannung geändert, um den Motor in die eine oder andere Richtung zu drehen. Dies lässt sich leicht demonstrieren, indem man eine 9-Volt-Batterie an die Leitungen eines kleinen Motors anlegt und dann die Klemmen wechselt, um die Richtung zu ändern. Die H-Brücke hat ihren Namen aufgrund der Grundschaltung, die ihre Funktionsweise demonstriert. Die Schaltung besteht aus vier Schaltern, die paarweise die Schaltung vervollständigen. Wenn die Schalter S1 und S4 geschlossen sind, erhält der Motor Strom und dreht sich. Wenn S2 und S3 geschlossen sind, bekommt der Motor Strom und dreht sich in die andere Richtung. Beachten Sie, dass S1 und S2 oder S3 und S4 niemals zusammen geschlossen werden sollten, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Natürlich sind physische Schalter unpraktisch, da niemand dort sitzt und paarweise Schalter umlegt, um seinen Roboter vorwärts oder rückwärts zu bewegen. Hier kommen die Transistoren ins Spiel. Ein Transistor fungiert als Halbleiterschalter, der schließt, wenn ein kleiner Strom an seine Basis angelegt wird. Da nur ein kleiner Strom erforderlich ist, um einen Transistor zu aktivieren, können wir eine Hälfte der Schaltung mit einem einzigen Signal vervollständigen. Das ist genug Theorie, um loszulegen, also fangen wir an zu bauen.

Schritt 3: Stromversorgung der H-Brücke

Wir beginnen mit dem Verlegen der Stromleitungen. Verbinden Sie Ihren Akku-Snap an einer Ecke des Strombusses. Die Konvention besteht darin, die positive Spannung an die obere Reihe und die negative an die untere Reihe anzuschließen, um die Signale HIGH bzw. LOW zu bezeichnen. Wir verbinden dann die oberen und unteren Sätze von Strombussen.

Schritt 4: Der Transistor als Schalter

Der nächste Schritt besteht darin, die Transistoren einzurichten. Erinnern Sie sich im Theorieabschnitt daran, dass wir vier Schalter benötigen, um eine H-Brücke zu bauen, also werden wir hier alle vier Transistoren verwenden. Wir sind auch auf das Layout eines Steckbretts beschränkt, sodass die tatsächliche Schaltung nicht dem Buchstaben H ähnelt. Werfen wir einen kurzen Blick auf einen Transistor, um den Stromfluss zu verstehen. Jeder Transistor hat drei Beine, die als Kollektor, Basis und Emitter bekannt sind. Nicht alle Transistoren haben dieselbe Reihenfolge, also konsultieren Sie unbedingt ein Datenblatt, wenn Sie keine der in Schritt 1 genannten Teilenummern verwenden. Wenn ein kleiner Strom an die Basis angelegt wird, kann ein weiterer größerer Strom vom Kollektor zum fließen Sender. Das ist wichtig, also sage ich es noch einmal. Ein Transistor ermöglicht einem kleinen Strom, einen größeren Strom zu steuern. In diesem Fall sollte der Emitter immer geerdet sein. Beachten Sie, dass der Stromfluss in der folgenden Abbildung durch einen kleinen Pfeil dargestellt wird.

Schritt 5: Polaritäten wechseln

Jetzt werden wir die Transistoren auf der unteren Hälfte des Steckbretts ausrichten und die Ausrichtung für jeden anderen Transistor umdrehen. Jedes Paar benachbarter Transistoren dient als eine Hälfte der H-Brücke. In der Mitte muss ausreichend Platz gelassen werden, um einige Jumper und eventuell die Motorleitungen zu montieren. Als nächstes verbinden wir den Kollektor und den Emitter der Transistoren mit den positiven bzw. negativen Strombussen. Zuletzt fügen wir die Jumper hinzu, die mit den Motorleitungen verbunden werden. Die Transistoren sind jetzt bereit, einen Strom zu leiten, wenn die Basis aktiviert ist.

Schritt 6: Anwenden eines Signals

Wir müssen an jeden der Transistoren paarweise einen kleinen Strom anlegen. Zuerst müssen wir einen Widerstand an die Basis jedes Transistors anschließen. Als nächstes verbinden wir jeden Widerstandssatz mit einem gemeinsamen Punkt, um einen Schalter anzuschließen. Dann fügen wir die beiden Schalter hinzu, die auch mit dem positiven Bus verbunden sind. Diese Schalter aktivieren jeweils eine Hälfte der H-Brücke. Und schließlich schließen wir den Motor an. Das ist es. Schließen Sie Ihre Batterie an und testen Sie Ihre Schaltung. Der Motor sollte sich in eine Richtung drehen, wenn eine Taste gedrückt wird, und in die entgegengesetzte Richtung, wenn die andere Taste gedrückt wird. Die beiden Tasten sollten nicht gleichzeitig aktiviert werden.

Schritt 7: Ein klares Bild erhalten

Hier ist ein Diagramm der vollständigen Schaltung, falls Sie es als Referenz speichern möchten. Die Originalgrafiken sind mit freundlicher Genehmigung von Oomlout.

Schritt 8: Mehr Leistung für Ya

Okay, Sie haben also eine glänzende neue H-Brücke auf einem Steckbrett. Was jetzt? Wichtig ist, dass Sie verstehen, wie eine einfache H-Bridge funktioniert und dass das Wesentliche gleich ist, egal wie viel Leistung Sie treiben. Hier sind ein paar Tipps, um noch einen Schritt weiter zu gehen, um größere Motoren und mehr Leistung zu unterstützen. - Anstelle der beiden Schalter können Sie die Pulsweitenmodulation (PWM) verwenden, um die Drehzahl des Motors zu steuern. Dies ist einfach, wenn Sie einen Mikrocontroller zur Verfügung haben, und kann auch mit einem 555- oder 556-Timer-IC und ein paar Passiven ohne großen Aufwand bewerkstelligt werden. - Der Schlüssel zur Unterstützung von Motoren mit höherer Leistung sind Transistoren mit höherer Leistung. Transistoren mit mittlerer Leistung und Leistungs-MOSFETs in TO-220-Gehäusen können deutlich mehr Leistung verarbeiten als die hier verwendeten TO-92-Transistoren mit geringer Leistung. Richtige Kühlkörper erhöhen auch die Kapazität. - Die meisten H-Brücken werden mit NPN- und PNP-Transistoren gebaut, um Kurzschlüsse zu vermeiden und den Stromfluss zu optimieren. Wir haben hier nur NPN verwendet, um die Schaltung zu vereinfachen. - Flyback-Dioden werden normalerweise in H-Brücken mit höherer Leistung verwendet, um den Rest des Stromkreises vor gefährlichen Spannungen zu schützen, die von den Spulen des Motors erzeugt werden, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Diese Dioden werden in Stromflussrichtung über den Transistor gelegt und widerstehen diesen schädlichen EMF-Gegenspannungen. - TIP 102 und TIP 107 sind ein Paar komplementärer Leistungstransistoren mit eingebauten Flyback-Dioden. Die TIP 122/127 und 142/147 sind ähnliche Paare von Leistungstransistoren. Das sollte ausreichen, um Sie in die richtige Richtung zu weisen, wenn Sie weitermachen wollen.