H-Bridge su breadboard: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

L'H-Bridge è un circuito che può guidare un motore in avanti e indietro. Può essere un circuito molto semplice che richiede solo una manciata di componenti per essere costruito. Questo Instructable mostra come eseguire il breadboard di un H-Bridge di base. Al termine, dovresti avere familiarità con il funzionamento di base di un H-Bridge ed essere pronto per passare a versioni più complicate in grado di supportare motori più grandi e potenti.

Passaggio 1: raccogliere le parti

Sono necessarie solo una manciata di parti.1) Una breadboard2) Un piccolo motore CC in grado di funzionare a ~7 volt3) Una batteria da 9 volt e uno scatto della batteria4) Quattro transistor NPN a piccolo segnale. Stiamo usando il 2N2222A qui. 2N3904 è un altro numero di parte comune e migliaia di altri lo faranno.5) Quattro resistori da 22 k ohm6) Due interruttori a pulsante7) Ponticelli o filo di ricambio per collegare tutto

Passaggio 2: teoria del ponte H

L'H-Bridge è un circuito che può guidare un motore DC in avanti e indietro. La direzione del motore viene modificata invertendo la polarità della tensione per far girare il motore in un senso o nell'altro. Ciò è facilmente dimostrabile applicando una batteria da 9 volt ai cavi di un piccolo motore e quindi commutando i terminali per cambiare direzione. L'H-Bridge prende il nome in base al circuito di base che ne dimostra il funzionamento. Il circuito è costituito da quattro interruttori che completano il circuito quando applicati in coppia. Quando gli interruttori S1 e S4 sono chiusi, il motore riceve potenza e gira. Quando S2 e S3 sono chiusi, il motore riceve potenza e gira nell'altra direzione. Nota che S1 e S2 o S3 e S4 non dovrebbero mai essere chiusi insieme per evitare un cortocircuito. Ovviamente gli interruttori fisici sono poco pratici poiché nessuno si siederà lì a capovolgere gli interruttori a coppie per far muovere il proprio robot in avanti o indietro. È qui che entrano in gioco i transistor. Un transistor agisce come un interruttore a stato solido che si chiude quando viene applicata una piccola corrente alla sua base. Poiché è necessaria solo una piccola corrente per attivare un transistor, siamo in grado di completare metà del circuito con un singolo segnale. Questa è una teoria sufficiente per iniziare, quindi iniziamo a costruire.

Passaggio 3: alimentazione dell'H-Bridge

Inizieremo disponendo le linee elettriche. Collega lo snap della batteria a un angolo del bus di alimentazione. La convenzione consiste nel collegare la tensione positiva alla riga superiore e quella negativa alla riga inferiore per indicare rispettivamente i segnali HIGH e LOW. Quindi colleghiamo i set superiore e inferiore dei bus di alimentazione.

Passaggio 4: il transistor come interruttore

Il prossimo passo è impostare i transistor. Ricorda nella sezione teoria che abbiamo bisogno di quattro interruttori per costruire un H-Bridge, quindi useremo tutti e quattro i transistor qui. Siamo anche limitati al layout di una breadboard, quindi il circuito effettivo non assomiglierà alla lettera H. Diamo una rapida occhiata a un transistor per capire il flusso di corrente. Ci sono tre piedini su ogni transistor conosciuti come collettore, base ed emettitore. Non tutti i transistor condividono lo stesso ordine, quindi assicurati di consultare un foglio dati se non stai utilizzando uno dei numeri di parte menzionati nel passaggio uno. Quando viene applicata una piccola corrente alla base, un'altra corrente più grande può fluire dal collettore al emettitore. Questo è importante quindi lo dirò di nuovo. Un transistor consente a una piccola corrente di controllare una corrente maggiore. In questo caso l'emettitore deve essere sempre collegato a terra. Si noti che il flusso di corrente è rappresentato da una piccola freccia nella figura sottostante.

Passaggio 5: cambiare le polarità

Ora allineeremo i transistor sulla metà inferiore della breadboard, invertendo l'orientamento per ogni altro transistor. Ogni coppia di transistor adiacenti fungerà da metà dell'H-Bridge. Al centro è necessario lasciare uno spazio adeguato per inserire dei ponticelli ed eventualmente i cavi del motore. Successivamente collegheremo il collettore e l'emettitore dei transistor rispettivamente ai bus di potenza positivo e negativo. Infine aggiungeremo i ponticelli che andranno a collegare i cavi del motore. I transistor sono ora pronti per far passare una corrente quando la base viene attivata.

Passaggio 6: applicazione di un segnale

Dobbiamo applicare una piccola corrente a ciascuno dei transistor in coppia. Per prima cosa dobbiamo collegare un resistore alla base di ciascun transistor. Successivamente collegheremo ogni set di resistori a un punto comune in preparazione per collegare un interruttore. Quindi aggiungeremo i due interruttori che si collegano anche al bus positivo. Questi interruttori attiveranno una metà dell'H-Bridge alla volta. E infine colleghiamo il motore. Questo è tutto. Collega la batteria e prova il circuito. Il motore dovrebbe girare in una direzione quando viene premuto un pulsante e nella direzione opposta quando viene premuto l'altro pulsante. I due pulsanti non devono essere attivati contemporaneamente.

Passaggio 7: ottenere un'immagine chiara

Ecco uno schema del circuito completo nel caso in cui desideri salvarlo per riferimento. La grafica originale è per gentile concessione di Oomlout.

Passaggio 8: più potere per Ya

Ok, hai un ponte H nuovo di zecca su una breadboard. Ora cosa? L'importante è che tu capisca come funziona un H-Bridge di base e che gli elementi essenziali sono gli stessi, non importa quanta potenza stai spingendo. Ecco alcuni suggerimenti per fare un ulteriore passo avanti al fine di supportare motori più grandi e più potenza. - È possibile utilizzare la modulazione di larghezza di impulso (PWM) al posto dei due interruttori per controllare la velocità del motore. Questo è facile quando hai un microcontrollore a tua disposizione e può anche essere realizzato con un timer IC 555 o 556 e alcuni passivi senza troppi problemi. - La chiave per supportare motori di potenza superiore sono i transistor di potenza superiore. I transistor di media potenza e i MOSFET di potenza nei case TO-220 possono gestire una potenza significativamente maggiore rispetto ai transistor TO-92 a bassa potenza che stiamo usando qui. Anche i dissipatori di calore adeguati aumenteranno la capacità. - La maggior parte degli H-Bridge sono realizzati utilizzando sia transistor NPN che PNP per prevenire cortocircuiti e ottimizzare il flusso di corrente. Abbiamo usato solo NPN qui per semplificare il circuito. - I diodi flyback vengono solitamente utilizzati negli H-Bridge di maggiore potenza per proteggere il resto del circuito da tensioni pericolose prodotte dalle bobine del motore quando l'alimentazione viene disconnessa. Questi diodi sono applicati attraverso il transistor nella direzione del flusso di corrente e resistono a queste dannose controtensioni EMF. - Il TIP 102 e il TIP 107 sono una coppia di transistor di potenza complementari che hanno diodi flyback incorporati. I TIP 122/127 e 142/147 sono coppie simili di transistor di potenza. Questo dovrebbe essere sufficiente per metterti nella giusta direzione se vuoi continuare ad andare avanti.