Gleichstrommotor - Transistor / Mosfet - Design

Die Schaltung, die Sie aus dem Video erhalten haben, ist unvollständig - sie zeigt nicht, wie die Transistoren angesteuert werden. Ihre Annahme, dass sie durch einfaches Anlegen einer Spannung eingeschaltet werden können, ist falsch.

Bipolartransistoren sind so ausgelegt, dass sie den Strom verstärken (ein kleiner Strom, der von der Basis zum Emitter fließt, steuert einen viel größeren Strom, der vom Kollektor zum Emitter fließt). Der Basis-Emitter-Übergang verhält sich wie eine Diode mit einem Durchlassspannungsabfall von etwa 0,6 bis 0,8 V über den Betriebsstrombereich des Transistors. Dieser Spannungsabfall ist stark temperaturabhängig und kann daher nicht zur genauen Steuerung des Basisstroms verwendet werden.

In Ihrer Schaltung ist der Emitter von Q2/Q4 mit Masse verbunden, sodass seine Basis nicht viel über 0,8 V gehen kann (wenn Sie es schaffen, ihn viel höher anzuheben, zieht die Basis zu viel Strom und explodiert!). Sie verwenden dieselbe Spannung, um Q3/Q1 einzuschalten, die ebenfalls um 0,6 bis 0,8 V von der Basis zum Emitter abfällt, sodass die resultierende Spannung am Motor praktisch Null ist.

Diese Probleme können beseitigt werden, indem Widerstände in Reihe mit den Basen von Q2 und Q4 hinzugefügt werden, der Basisstrom auf einen sicheren Wert begrenzt wird und die Steuerspannung zu Q1/Q3 erhöht wird.

Ein kleines Problem bei beiden Schaltungen besteht darin, dass der Basis-Emitter-Spannungsabfall in Q1/Q3 den Leistungsverlust in diesen Transistoren erhöht und die für den Motor verfügbare Spannung verringert. In einem Gerät mit geringem Stromverbrauch kann dieser Verlust akzeptabel sein, er kann jedoch leicht durch die Verwendung von PNP-Transistoren (die durch denselben Basisstrom wie Q4/Q2 eingeschaltet werden) eliminiert werden.

In dieser komplementären Konfiguration kann der Schalter durch einen anderen Transistor ersetzt werden, der mit einer niedrigeren Spannung eingeschaltet wird (während bei Verwendung von NPN-Transistoren die volle Motorversorgungsspannung erforderlich ist). Die folgende Schaltung zeigt, wie man es entweder mit einem Schalter oder einem Transistor macht.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Diese grundlegende Brückenschaltung ist funktionsfähig, aber nicht vollständig sicher. Sie dürfen niemals beide Richtungen gleichzeitig einschalten, da dies dazu führen würde, dass Strom den Motor umgeht und direkt durch die Transistoren schießt. Um dies zu verhindern, sollte eine Art Sicherheitsverriegelung (z. B. Kippschalter, Logikfunktion) verwendet werden.

Gleichstrom-Elektromotoren haben oft eine hohe Induktivität, die beim Abschalten des Motors Spannungsspitzen induziert. Um die Transistoren zu schützen, sollten Sie eine in Sperrrichtung vorgespannte Diode über jeden Kollektor / Emitter-Übergang legen (MOSFETs benötigen dies nicht, da sie bereits eine interne Body-Diode haben).