Funkkomponenten - Symbole im Diagramm. Wie liest man die Bezeichnungen der Funkkomponenten im Diagramm? Wir steuern Schrittmotoren und Gleichstrommotoren, L298 und Raspberry Pi Beispiele für Arduino

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Angehende Funkamateure stehen oft vor dem Problem, Funkkomponenten auf Diagrammen zu identifizieren und ihre Markierungen richtig zu lesen. Die Hauptschwierigkeit liegt in der Vielzahl der Namen von Elementen, die durch Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Dioden und andere Teile repräsentiert werden. Die praktische Umsetzung und der normale Betrieb des fertigen Produkts hängen weitgehend davon ab, wie richtig das Diagramm gelesen wird.

Widerstände

Zu den Widerständen gehören Funkbauteile, die dem durch sie fließenden elektrischen Strom einen genau definierten Widerstand entgegensetzen. Diese Funktion dient dazu, den Strom im Stromkreis zu reduzieren. Um beispielsweise eine Lampe weniger hell leuchten zu lassen, wird ihr Strom über einen Widerstand zugeführt. Je höher der Widerstandswert des Widerstands ist, desto weniger leuchtet die Lampe. Bei Festwiderständen bleibt der Widerstandswert unverändert, während bei variablen Widerständen der Widerstandswert von Null bis zum maximal möglichen Wert verändert werden kann.

Jeder Konstantwiderstand hat zwei Hauptparameter – Leistung und Widerstand. Der Leistungswert wird im Diagramm nicht mit alphabetischen oder numerischen Symbolen, sondern mit Hilfe spezieller Linien angezeigt. Die Leistung selbst wird durch die Formel P = U x I bestimmt, also gleich dem Produkt aus Spannung und Strom. Dieser Parameter ist wichtig, da ein bestimmter Widerstand nur einer bestimmten Leistung standhalten kann. Wird dieser Wert überschritten, brennt das Element einfach durch, da beim Stromdurchgang durch den Widerstand Wärme freigesetzt wird. Daher entspricht in der Abbildung jede auf dem Widerstand markierte Linie einer bestimmten Leistung.

Es gibt andere Möglichkeiten, Widerstände in Diagrammen zu bezeichnen:

1. Auf den Schaltplänen ist die Seriennummer entsprechend der Position (R1) angegeben und der Widerstandswert beträgt 12K. Der Buchstabe „K“ ist ein Mehrfachpräfix und bedeutet 1000. Das heißt, 12K entspricht 12.000 Ohm oder 12 Kilo-Ohm. Wenn der Buchstabe „M“ in der Markierung vorhanden ist, bedeutet dies 12.000.000 Ohm oder 12 Megaohm.
2. Bei der Kennzeichnung mit Buchstaben und Zahlen entsprechen die Buchstabensymbole E, K und M bestimmten Mehrfachpräfixen. Also der Buchstabe E = 1, K = 1000, M = 1000000. Die Dekodierung der Symbole sieht folgendermaßen aus: 15E - 15 Ohm; K15 – 0,15 Ohm – 150 Ohm; 1K5 - 1,5 kOhm; 15K - 15 kOhm; M15 – 0,15 M – 150 kOhm; 1M2 - 1,5 mOhm; 15M - 15mOhm.
3. In diesem Fall werden ausschließlich digitale Bezeichnungen verwendet. Jeder enthält drei Ziffern. Die ersten beiden entsprechen dem Wert und der dritte dem Multiplikator. Somit sind die Faktoren: 0, 1, 2, 3 und 4. Sie geben die Anzahl der Nullen an, die zum Basiswert hinzugefügt werden. Zum Beispiel 150 - 15 Ohm; 151 - 150 Ohm; 152 - 1500 Ohm; 153 - 15000 Ohm; 154 - 120000 Ohm.

Festwiderstände

Der Name Konstantwiderstände ist auf ihren Nennwiderstand zurückzuführen, der während der gesamten Betriebsdauer unverändert bleibt. Sie unterscheiden sich je nach Design und Materialien.

Drahtelemente bestehen aus Metalldrähten. In einigen Fällen können Legierungen mit hohem spezifischem Widerstand verwendet werden. Die Basis zum Aufwickeln des Drahtes ist ein Keramikrahmen. Diese Widerstände haben eine hohe Nenngenauigkeit, ein schwerwiegender Nachteil ist jedoch das Vorhandensein einer großen Selbstinduktivität. Bei der Herstellung von Schichtmetallwiderständen wird ein Metall mit hohem spezifischem Widerstand auf eine Keramikbasis aufgesprüht. Aufgrund ihrer Eigenschaften werden solche Elemente am häufigsten verwendet.

Die Ausführung von Kohlenstoff-Festwiderständen kann filmisch oder volumetrisch sein. Dabei werden die Eigenschaften von Graphit als Material mit hohem spezifischem Widerstand genutzt. Es gibt andere Widerstände, zum Beispiel Integralwiderstände. Sie werden in bestimmten integrierten Schaltkreisen verwendet, bei denen die Verwendung anderer Elemente nicht möglich ist.

Variable Widerstände

Angehende Funkamateure verwechseln oft einen variablen Widerstand mit einem variablen Kondensator, da sie sich optisch sehr ähnlich sind. Allerdings haben sie völlig unterschiedliche Funktionen und auch in der Darstellung auf den Schaltplänen gibt es deutliche Unterschiede.

Das Design eines variablen Widerstands umfasst einen Schieber, der sich entlang der Widerstandsoberfläche dreht. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Parameter anzupassen, was darin besteht, den Innenwiderstand auf den gewünschten Wert zu ändern. Die Funktionsweise der Lautstärkeregelung in Audiogeräten und ähnlichen Geräten basiert auf diesem Prinzip. Alle Anpassungen werden durch sanfte Änderung von Spannung und Strom in elektronischen Geräten vorgenommen.

Der Hauptparameter eines variablen Widerstands ist sein Widerstandswert, der innerhalb bestimmter Grenzen variieren kann. Darüber hinaus verfügt es über eine installierte Leistung, der es standhalten muss. Alle Arten von Widerständen haben diese Eigenschaften.

In Haushaltsschaltplänen werden Elemente variabler Art in Form eines Rechtecks ​​angezeigt, auf dem zwei Haupt- und ein Zusatzanschluss markiert sind, die vertikal angeordnet sind oder diagonal durch das Symbol verlaufen.

In fremden Diagrammen wird das Rechteck durch eine geschwungene Linie ersetzt, die auf eine zusätzliche Ausgabe hinweist. Neben der Bezeichnung steht der englische Buchstabe R mit der Seriennummer eines bestimmten Elements. Daneben ist der Wert des Nennwiderstandes angegeben.

Anschluss von Widerständen

In der Elektronik und Elektrotechnik werden Widerstandsverbindungen häufig in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen verwendet. Zur besseren Übersichtlichkeit sollten Sie einen separaten Abschnitt der Schaltung mit serieller, paralleler und paralleler Schaltung betrachten.

Bei einer Reihenschaltung ist das Ende eines Widerstands mit dem Anfang des nächsten Elements verbunden. Somit werden alle Widerstände nacheinander geschaltet und von einem Gesamtstrom gleicher Größe durchflossen. Zwischen Start- und Endpunkt gibt es nur einen Pfad für den Stromfluss. Mit zunehmender Anzahl an Widerständen, die in einen gemeinsamen Stromkreis geschaltet sind, steigt auch der Gesamtwiderstand.

Eine Verbindung gilt als parallel, wenn die Anfangsenden aller Widerstände an einem Punkt und die Endausgänge an einem anderen Punkt zusammengefasst sind. Der Stromfluss erfolgt durch jeden einzelnen Widerstand. Durch die Parallelschaltung erhöht sich mit zunehmender Anzahl angeschlossener Widerstände auch die Anzahl der Pfade für den Stromfluss. Der Gesamtwiderstand in einem solchen Abschnitt verringert sich proportional zur Anzahl der angeschlossenen Widerstände. Er wird immer kleiner sein als der Widerstandswert eines parallel geschalteten Widerstands.

Am häufigsten wird in der Funkelektronik eine gemischte Verbindung verwendet, bei der es sich um eine Kombination aus parallelen und seriellen Optionen handelt.

Im gezeigten Diagramm sind die Widerstände R2 und R3 parallel geschaltet. Die Reihenschaltung umfasst den Widerstand R1, eine Kombination aus R2 und R3 und den Widerstand R4. Um den Widerstand einer solchen Verbindung zu berechnen, wird der gesamte Stromkreis in mehrere einfache Abschnitte unterteilt. Anschließend werden die Widerstandswerte aufsummiert und das Gesamtergebnis ermittelt.

Halbleiter

Eine Standard-Halbleiterdiode besteht aus zwei Anschlüssen und einem gleichrichtenden elektrischen Anschluss. Alle Elemente des Systems sind in einem gemeinsamen Gehäuse aus Keramik, Glas, Metall oder Kunststoff zusammengefasst. Ein Teil des Kristalls wird aufgrund der hohen Konzentration an Verunreinigungen Emitter genannt, der andere Teil mit geringer Konzentration wird Basis genannt. Die Kennzeichnung von Halbleitern in den Diagrammen spiegelt deren Konstruktionsmerkmale und technischen Eigenschaften wider.

Germanium oder Silizium werden zur Herstellung von Halbleitern verwendet. Im ersten Fall ist es möglich, einen höheren Transmissionskoeffizienten zu erreichen. Elemente aus Germanium zeichnen sich durch eine erhöhte Leitfähigkeit aus, wofür bereits eine niedrige Spannung ausreicht.

Abhängig von der Bauform können Halbleiter punktförmig oder planar sein, und je nach technologischen Eigenschaften können sie Gleichrichter-, Impuls- oder Universalhalbleiter sein.

Kondensatoren

Ein Kondensator ist ein System, das zwei oder mehr Elektroden in Form von Platten – Platten – umfasst. Sie sind durch ein Dielektrikum getrennt, das viel dünner ist als die Kondensatorplatten. Das gesamte Gerät verfügt über eine gegenseitige Kapazität und kann elektrische Ladung speichern. Im einfachsten Diagramm wird der Kondensator in Form von zwei parallelen Metallplatten dargestellt, die durch ein dielektrisches Material getrennt sind.

Auf dem Schaltplan ist neben der Abbildung des Kondensators seine Nennkapazität in Mikrofarad (μF) oder Pikofarad (pF) angegeben. Bei der Bezeichnung von Elektrolyt- und Hochspannungskondensatoren wird hinter der Nennkapazität der Wert der maximalen Betriebsspannung, gemessen in Volt (V) oder Kilovolt (kV), angegeben.

Variable Kondensatoren

Zur Bezeichnung von Kondensatoren mit variabler Kapazität werden zwei parallele Segmente verwendet, die von einem geneigten Pfeil gekreuzt werden. Bewegliche Platten, die an einem bestimmten Punkt im Stromkreis verbunden sind, werden als kurzer Lichtbogen dargestellt. Daneben steht eine Angabe für die minimale und maximale Kapazität. Ein aus mehreren Abschnitten bestehender Kondensatorblock wird durch eine gestrichelte Linie zusammengefasst, die die Einstellzeichen (Pfeile) schneidet.

Die Bezeichnung des Trimmerkondensators besteht aus einer schrägen Linie mit einem Strich am Ende anstelle eines Pfeils. Der Rotor erscheint als kurzer Bogen. Andere Elemente – thermische Kondensatoren – werden mit den Buchstaben SK bezeichnet. In der grafischen Darstellung ist neben dem nichtlinearen Regelungszeichen ein Temperatursymbol platziert.

Permanentkondensatoren

Grafische Symbole für Kondensatoren mit konstanter Kapazität sind weit verbreitet. Sie werden als zwei parallele Segmente und Schlussfolgerungen aus der Mitte jedes von ihnen dargestellt. Neben dem Symbol steht der Buchstabe C, dahinter die Seriennummer des Elements und in kleinem Abstand eine numerische Bezeichnung der Nennkapazität.

Bei Verwendung eines Kondensators in einem Stromkreis wird anstelle seiner Seriennummer ein Sternchen eingefügt. Der Nennspannungswert wird nur für Hochspannungsstromkreise angegeben. Dies gilt für alle Kondensatoren außer Elektrolytkondensatoren. Das digitale Spannungssymbol wird nach der Kapazitätsbezeichnung platziert.

Der Anschluss vieler Elektrolytkondensatoren erfordert die richtige Polarität. In den Diagrammen wird ein „+“-Zeichen oder ein schmales Rechteck verwendet, um eine positive Überdeckung anzuzeigen. Bei fehlender Polarität markieren schmale Rechtecke beide Platten.

Dioden und Zenerdioden

Dioden sind die einfachsten Halbleiterbauelemente, die auf der Grundlage eines Elektron-Loch-Übergangs arbeiten, der als pn-Übergang bekannt ist. Die Eigenschaft der Einwegleitfähigkeit wird in grafischen Symbolen anschaulich vermittelt. Eine Standarddiode wird als Dreieck dargestellt, das die Anode symbolisiert. Die Spitze des Dreiecks gibt die Leitungsrichtung an und grenzt an die Querlinie, die die Kathode anzeigt. Das gesamte Bild wird in der Mitte von einer Stromkreislinie durchschnitten.

Es wird die Buchstabenbezeichnung VD verwendet. Es werden nicht nur einzelne Elemente angezeigt, sondern auch ganze Gruppen, zum Beispiel . Der Typ einer bestimmten Diode wird neben ihrer Positionsbezeichnung angezeigt.

Das Grundsymbol wird auch zur Bezeichnung von Zenerdioden verwendet, bei denen es sich um Halbleiterdioden mit besonderen Eigenschaften handelt. Die Kathode hat einen kurzen, zum Dreieck gerichteten Strich, der die Anode symbolisiert. Dieser Strich bleibt unverändert, unabhängig von der Position des Zenerdiodensymbols im Schaltplan.

Transistoren

Die meisten elektronischen Komponenten haben nur zwei Anschlüsse. Elemente wie Transistoren sind jedoch mit drei Anschlüssen ausgestattet. Ihre Designs gibt es in verschiedenen Arten, Formen und Größen. Ihre allgemeinen Funktionsprinzipien sind die gleichen und geringfügige Unterschiede hängen mit den technischen Eigenschaften eines bestimmten Elements zusammen.

Transistoren werden hauptsächlich als elektronische Schalter zum Ein- und Ausschalten verschiedener Geräte verwendet. Der Hauptvorteil solcher Geräte besteht in der Möglichkeit, hohe Spannungen mithilfe einer Niederspannungsquelle zu schalten.

Im Kern ist jeder Transistor ein Halbleiterbauelement, mit dessen Hilfe elektrische Schwingungen erzeugt, verstärkt und umgewandelt werden. Am weitesten verbreitet sind Bipolartransistoren mit gleicher elektrischer Leitfähigkeit von Emitter und Kollektor.

In den Diagrammen sind sie mit dem Buchstabencode VT gekennzeichnet. Das grafische Bild ist ein kurzer Strich mit einer Linie, die von der Mitte ausgeht. Dieses Symbol kennzeichnet die Basis. An seinen Rändern sind im Winkel von 60° zwei geneigte Linien eingezeichnet, die den Emitter und den Kollektor darstellen.

Die elektrische Leitfähigkeit der Basis hängt von der Richtung des Emitterpfeils ab. Ist sie auf die Basis gerichtet, beträgt die elektrische Leitfähigkeit des Emitters p und die der Basis n. Wenn der Pfeil in die entgegengesetzte Richtung zeigt, ändern Emitter und Basis ihre elektrische Leitfähigkeit in den entgegengesetzten Wert. Um den Transistor korrekt an die Stromquelle anzuschließen, sind Kenntnisse der elektrischen Leitfähigkeit erforderlich.

Um die Bezeichnung auf den Diagrammen der Funkkomponenten des Transistors klarer zu machen, ist er in einem Kreis platziert, der das Gehäuse anzeigt. In einigen Fällen ist ein Metallgehäuse mit einem der Anschlüsse des Elements verbunden. Eine solche Stelle im Diagramm wird als Punkt angezeigt, der dort platziert ist, wo der Stift das Gehäusesymbol schneidet. Wenn am Gehäuse ein separater Anschluss vorhanden ist, kann die Linie, die den Anschluss anzeigt, mit einem Kreis ohne Punkt verbunden werden. Neben der Positionsbezeichnung des Transistors wird dessen Typ angegeben, was den Informationsgehalt der Schaltung deutlich erhöhen kann.

Buchstabenbezeichnungen in Funkkomponentendiagrammen

Grundbezeichnung	Artikelname	Zusatzbezeichnung	Gerätetyp
	Gerät		Stromregler
			Relaisblock
			Gerät
	Konverter		Lautsprecher
			Wärmesensor
			Fotozelle
			Mikrofon
			Abholen
	Kondensatoren		Leistungskondensatorbank
			Ladekondensatorblock
	Integrierte Schaltkreise, Mikrobaugruppen		IC-Analog
			Digitaler IC, Logikelement
	Elemente sind unterschiedlich		Thermische elektrische Heizung
			Beleuchtungslampe
	Ableiter, Sicherungen, Schutzeinrichtungen		Diskretes Momentanstrom-Schutzelement
			Das Gleiche gilt für den Trägheitsstrom
			Sicherung
			Feststeller
	Generatoren, Stromversorgungen		Batterie
			Synchronkompensator
			Generatorerreger
	Anzeige- und Signalgeräte		Akustisches Alarmgerät
			Indikator
			Lichtsignalgerät
			Signaltafel
			Signalleuchte mit grüner Linse
			Signalleuchte mit roter Linse
			Signalleuchte mit weißer Linse
			Ionen- und Halbleiterindikatoren
	Relais, Schütze, Starter		Aktuelles Relais
			Blinkerrelais
			Elektrothermisches Relais
			Schütz, Magnetstarter
			Zeitrelais
			Spannungsrelais
			Befehlsrelais aktivieren
			Auslösebefehlsrelais
			Zwischenrelais
	Induktoren, Drosseln		Steuerung der Leuchtstoffbeleuchtung
			Aktionszeitmesser, Uhr
			Voltmeter
			Wattmeter
	Leistungsschalter und Trennschalter		Automatischer Schalter
	Widerstände		Thermistor
			Potentiometer
			Messshunt
			Varistor
	Schaltgerät in Steuer-, Melde- und Messkreisen		Wechseln oder wechseln
			Druckknopfschalter
			Automatischer Schalter
	Spartransformatoren		Stromwandler
			Spannungswandler
	Konverter		Modulator
			Demodulator
			Netzteil
			Frequenzumwandler
	Elektrovakuum- und Halbleiterbauelemente		Diode, Zenerdiode
			Elektrovakuumgerät
			Transistor
			Thyristor
	Kontaktanschlüsse		Stromabnehmer
			Hochfrequenzstecker
	Mechanische Geräte mit elektromagnetischem Antrieb		Elektromagnet
			Elektromagnetisches Schloss

Elektronische Transformatoren ersetzen sperrige Stahlkerntransformatoren. Der elektronische Transformator selbst ist im Gegensatz zum klassischen ein ganzes Gerät – ein Spannungswandler.

Solche Konverter werden in der Beleuchtung zur Versorgung von 12-Volt-Halogenlampen eingesetzt. Wenn Sie Kronleuchter mit einer Fernbedienung repariert haben, sind Sie wahrscheinlich schon darauf gestoßen.

Hier ist ein Diagramm eines elektronischen Transformators JINDEL(Modell GET-03) mit Kurzschlussschutz.

Die Hauptleistungselemente der Schaltung sind NPN-Transistoren MJE13009, die nach der Halbbrückenschaltung verschaltet sind. Sie arbeiten gegenphasig mit einer Frequenz von 30 - 35 kHz. Die gesamte der Last zugeführte Leistung – Halogenlampen EL1...EL5 – wird durch sie gepumpt. Die Dioden VD7 und VD8 sind erforderlich, um die Transistoren V1 und V2 vor Sperrspannung zu schützen. Zum Starten der Schaltung ist ein symmetrischer Dinistor (auch Diac genannt) erforderlich.

Am Transistor V3 ( 2N5551) und den Elementen VD6, C9, R9 - R11 ist am Ausgang eine Kurzschlussschutzschaltung implementiert ( Kurzschlussschutz).

Tritt im Ausgangskreis ein Kurzschluss auf, führt der erhöhte Stromfluss durch den Widerstand R8 zum Betrieb des Transistors V3. Der Transistor öffnet sich und blockiert den Betrieb des DB3-Dinistors, wodurch die Schaltung gestartet wird.

Der Widerstand R11 und der Elektrolytkondensator C9 verhindern eine Fehlauslösung des Schutzes beim Einschalten der Lampen. Beim Einschalten der Lampen sind die Glühfäden kalt, sodass der Konverter zu Beginn des Startvorgangs einen erheblichen Strom erzeugt.

Zur Gleichrichtung der 220V-Netzspannung kommt eine klassische Brückenschaltung aus 1,5-Ampere-Dioden zum Einsatz 1N5399.

Der Induktor L2 wird als Abwärtstransformator verwendet. Es nimmt fast die Hälfte des Platzes auf der Konverterplatine ein.

Aufgrund seines inneren Aufbaus ist es nicht empfehlenswert, den elektronischen Transformator ohne Last einzuschalten. Daher beträgt die Mindestleistung der angeschlossenen Last 35 – 40 Watt. Der Betriebsleistungsbereich ist normalerweise auf dem Produktgehäuse angegeben. Auf dem Gehäuse des elektronischen Transformators im ersten Foto ist beispielsweise der Ausgangsleistungsbereich angegeben: 35 - 120 Watt. Seine Mindestlastleistung beträgt 35 Watt.

Es ist besser, die Halogenlampen EL1...EL5 (Last) an einen elektronischen Transformator mit Kabeln von nicht mehr als 3 Metern Länge anzuschließen. Da durch die Verbindungsleiter ein erheblicher Strom fließt, erhöhen lange Drähte den Gesamtwiderstand im Stromkreis. Deshalb leuchten weiter entfernte Lampen schwächer als nähere.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass der Widerstand langer Drähte aufgrund des Durchgangs erheblicher Ströme zu deren Erwärmung beiträgt.

Es ist auch erwähnenswert, dass elektronische Transformatoren aufgrund ihrer Einfachheit Quellen hochfrequenter Störungen im Netzwerk sind. Typischerweise wird am Eingang solcher Geräte ein Filter angebracht, um Störungen zu blockieren. Wie wir der Abbildung entnehmen können, verfügen elektronische Transformatoren für Halogenlampen nicht über solche Filter. Aber in Computer-Netzteilen, die ebenfalls in Halbbrückenschaltung und mit einem komplexeren Master-Oszillator aufgebaut sind, ist ein solcher Filter meist verbaut.

In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf die Funktionsweise der H-Brücke, die zur Steuerung von Niederspannungs-Gleichstrommotoren verwendet wird. Als Beispiel verwenden wir den integrierten Schaltkreis L298, der bei Robotik-Enthusiasten beliebt ist. Aber zuerst vom Einfachen zum Komplexen.

H-Brücke bei mechanischen Schaltern

Die Drehrichtung der Welle eines Gleichstrommotors hängt von der Polarität der Stromversorgung ab. Um diese Polarität zu ändern, ohne die Stromversorgung erneut anzuschließen, können wir 4 Schalter verwenden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Diese Art der Verbindung wird als „H-Brücke“ bezeichnet – aufgrund der Form der Schaltung, die dem Buchstaben „H“ ähnelt. Dieser Motoranschlussplan hat sehr interessante Eigenschaften, die wir in diesem Artikel beschreiben werden.

Wenn wir den oberen linken und unteren rechten Schalter schließen, wird der Motor rechts an Minus und links an Plus angeschlossen. Dadurch dreht es sich in eine Richtung (der aktuelle Pfad wird durch rote Linien und Pfeile angezeigt).

Wenn wir den Schalter oben rechts und unten links schließen, wird der Motor rechts an Plus und links an Minus angeschlossen. In diesem Fall dreht sich der Motor in die entgegengesetzte Richtung.

Diese Steuerschaltung hat einen wesentlichen Nachteil: Wenn beide Schalter links oder beide Schalter rechts gleichzeitig geschlossen werden, kommt es zu einem Kurzschluss der Stromversorgung, daher muss diese Situation vermieden werden.

Das Interessante an der folgenden Schaltung ist, dass wir, indem wir nur die beiden oberen oder unteren Schalter verwenden, die Stromversorgung vom Motor unterbrechen, was dazu führt, dass der Motor stoppt.

Natürlich ist eine H-Brücke, die vollständig aus Umwerfern besteht, nicht sehr vielseitig. Wir haben dieses Beispiel nur gegeben, um das Funktionsprinzip der H-Brücke auf einfache und anschauliche Weise zu erläutern.

Wenn wir jedoch die mechanischen Schalter durch elektronische Schlüssel ersetzen, wird das Design interessanter, da in diesem Fall die elektronischen Schlüssel durch Logikschaltungen, beispielsweise einen Mikrocontroller, aktiviert werden können.

Transistorisierte H-Brücke

Um eine elektronische H-Brücke auf Transistoren zu erstellen, können Sie sowohl NPN- als auch PNP-Transistoren verwenden. Es können auch Feldeffekttransistoren verwendet werden. Wir werden uns die NPN-Transistorversion ansehen, da dies die Lösung ist, die im L298-Chip verwendet wird, den wir später sehen werden.

Ein Transistor ist eine elektronische Komponente, deren Funktionsweise komplex zu beschreiben sein kann, aber in Bezug auf unsere H-Brücke ist ihre Funktionsweise leicht zu analysieren, da sie nur in zwei Zuständen arbeitet (Abschaltung und Sättigung).

Wir können uns einen Transistor einfach als einen elektronischen Schalter vorstellen, der geschlossen ist, wenn die Basis (b) 0 V hat, und geöffnet ist, wenn die Basis positiv ist.

Okay, wir haben die mechanischen Schalter durch Transistorschalter ersetzt. Jetzt brauchen wir ein Steuergerät, das unsere vier Transistoren steuert. Dazu verwenden wir logische Elemente vom Typ „AND“.

H-Brücken-Steuerlogik

Ein UND-Gatter besteht aus integrierten elektronischen Komponenten und wir können es uns, ohne zu wissen, was sich darin befindet, als eine Art „Black Box“ vorstellen, die zwei Eingänge und einen Ausgang hat. Die Wahrheitstabelle zeigt uns 4 mögliche Kombinationen von Eingangssignalen und ihrem entsprechenden Ausgangssignal.

Wir sehen, dass nur wenn beide Eingänge ein positives Signal (logische Eins) haben, am Ausgang eine logische Eins erscheint. In allen anderen Fällen ist der Ausgang logisch Null (0 V).

Zusätzlich zu diesem UND-Gatter benötigt unsere H-Brücke eine andere Art von UND-Gatter, bei dem wir an einem seiner Eingänge einen kleinen Kreis sehen können. Dies ist immer noch das gleiche logische Element „AND“, jedoch mit einem invertierenden (invertierten) Eingang. In diesem Fall wird die Wahrheitstabelle etwas anders sein.

Wenn wir diese beiden Arten von „AND“-Elementen mit zwei elektronischen Schaltern kombinieren, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, kann der Zustand des „X“-Ausgangs drei Zustände annehmen: offen, positiv oder negativ. Dies hängt vom logischen Zustand der beiden Eingänge ab. Diese Art von Ausgang ist als „Three-State-Ausgang“ bekannt und wird häufig in der digitalen Elektronik verwendet.

Sehen wir uns nun an, wie unser Beispiel funktionieren wird. Wenn der ENA-Eingang (Aktivierung) 0 V beträgt, ist der X-Ausgang unabhängig vom Zustand des A-Eingangs offen, da die Ausgänge beider UND-Gatter 0 V betragen und daher auch die beiden Schalter offen sind.

Wenn wir Spannung an den ENA-Eingang anlegen, wird abhängig vom Signal am Eingang „A“ einer der beiden Schalter geschlossen: Ein hoher Pegel am Eingang „A“ verbindet den Ausgang „X“ mit Plus, ein niedriger Pegel am Eingang „ A verbindet den Ausgang „X“ mit der Minus-Stromversorgung.

So haben wir einen der beiden Zweige der „H“-Brücke gebaut. Betrachten wir nun den Betrieb einer Vollbrücke.

Betrieb einer kompletten H-Brücke

Durch das Hinzufügen einer identischen Schaltung für den zweiten Zweig der H-Brücke erhalten wir eine vollständige Brücke, an die der Motor bereits angeschlossen werden kann.

Beachten Sie, dass der Freigabeeingang (ENA) mit beiden Zweigen der Brücke verbunden ist, während die anderen beiden Eingänge (In1 und In2) unabhängig sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit haben wir die Schutzwiderstände an den Basen der Transistoren nicht angegeben.

Wenn ENA 0 V beträgt, liegen alle Ausgänge des Logikgatters ebenfalls auf 0 V, und daher sind die Transistoren geschlossen und der Motor dreht sich nicht. Wenn am ENA-Eingang ein positives Signal anliegt und an den Eingängen IN1 und IN2 0 V anliegen, werden die Elemente „B“ und „D“ aktiviert. In diesem Zustand sind beide Motoreingänge geerdet und der Motor dreht sich auch nicht.

Wenn wir ein positives Signal an IN1 anlegen, während IN2 0 V beträgt, wird das Logikelement „A“ zusammen mit dem Element „D“ aktiviert und „B“ und „C“ werden deaktiviert. Dadurch erhält der Motor Plusstrom von dem an Element „A“ angeschlossenen Transistor und Minusstrom von dem an Element „D“ angeschlossenen Transistor. Der Motor beginnt sich in eine Richtung zu drehen.

Wenn wir die Signale an den Eingängen IN1 und IN2 invertieren (umdrehen), dann werden in diesem Fall die Logikelemente „C“ und „B“ aktiviert und „A“ und „D“ deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass der Motor positive Energie von dem an „C“ angeschlossenen Transistor und negative Energie von dem an „B“ angeschlossenen Transistor erhält. Der Motor beginnt sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.

Wenn an den Eingängen IN1 und IN2 ein positives Signal anliegt, sind die aktiven Elemente mit den entsprechenden Transistoren „A“ und „C“, während beide Motorausgänge mit dem Pluspol der Stromversorgung verbunden sind.

H-Brücke am Treiber L298

Schauen wir uns nun die Funktionsweise des L298-Chips an. Die Abbildung zeigt ein Blockdiagramm des L298-Treibers, der über zwei identische H-Brücken verfügt und die Steuerung von zwei Gleichstrommotoren (DC) ermöglicht.

Wie wir sehen können, ist der negative Teil der Brücken nicht direkt mit Masse verbunden, sondern liegt an Pin 1 für die Brücke links und an Pin 15 für die Brücke rechts an. Durch Hinzufügen eines sehr kleinen Widerstands (Shunt) zwischen diesen Pins und Masse (RSA und RSB) können wir den Stromverbrauch jeder Brücke mithilfe einer elektronischen Schaltung messen, die den Spannungsabfall an „SENS A“ und „SENS B“ messen kann. Punkte.

Dies kann nützlich sein, um den Motorstrom zu regeln (mithilfe von PWM) oder einfach ein Schutzsystem zu aktivieren, falls der Motor blockiert (in diesem Fall erhöht sich sein Stromverbrauch erheblich).

Schutzdiode für induktive Lasten

Jeder Motor enthält eine Drahtwicklung (Spule) und daher kommt es bei der Steuerung des Motors an seinen Anschlüssen zu einem Anstieg der Selbstinduktions-EMK, der die Brückentransistoren beschädigen kann.

Um dieses Problem zu lösen, können Sie schnelle Dioden vom Typ Shottky oder, wenn unsere Motoren nicht besonders leistungsstark sind, einfach normale Gleichrichterdioden wie 1N4007 verwenden. Es ist zu beachten, dass die Brückenausgänge während der Motorsteuerung ihre Polarität ändern, sodass vier Dioden anstelle einer verwendet werden müssen.

Warum brauchen wir insbesondere Motortreiber und H-Brücken?

Nachdem sie gelernt haben, Pins zu „springen“ und LEDs zum Leuchten zu bringen, wollen Arduino-Fans und -Enthusiasten etwas mehr, etwas Leistungsstärkeres, zum Beispiel lernen, Motoren zu steuern. Es ist unmöglich, den Motor direkt an den Mikrocontroller anzuschließen, da die typischen Controller-Pin-Ströme mehrere Milliampere betragen und bei Motoren, selbst bei Spielzeugmotoren, die Zahl Dutzende und Hunderte von Milliampere bis zu mehreren Ampere beträgt. Das Gleiche gilt für die Spannung: Der Mikrocontroller arbeitet mit Spannungen bis zu 5 V, und Motoren gibt es in unterschiedlichen Spannungen.

In diesem Test geht es nur um die Stromversorgung von Gleichstrommotoren mit Bürsten; für Schrittmotoren ist es besser, spezielle Schrittmotortreiber zu verwenden, und bürstenlose Motoren haben ihre eigenen Treiber; sie sind mit Bürstenmotoren nicht kompatibel. Beachten Sie, dass es in der russischsprachigen Literatur einige terminologische Verwirrung gibt – Motortreiber werden sowohl als „Hardware“-Module als auch als Codefragmente bezeichnet, Funktionen, die für die Arbeit mit diesen „Hardware“-Treibern verantwortlich sind. Mit „Treiber“ meinen wir ein Modul, das einerseits mit einem Mikrocontroller (zum Beispiel mit einem Arduino-Board) und andererseits mit dem Motor verbunden ist. Dieser „Wandler“ der logischen Signale des Controllers in Ausgangsspannung zur Stromversorgung des Motors ist der „Treiber“ des Motors und insbesondere unseres L9110S-Treibers.

Funktionsprinzip des DoppeltenH-BrückenbasiertL9110 S

H – Brücke (sprich „Aschebrücke“) – ein elektronisches Modul, analog zu einem Schalter, das normalerweise zur Stromversorgung von Gleichstrommotoren und Schrittmotoren verwendet wird, obwohl für Schrittmotoren normalerweise speziellere Module verwendet werden. Die Bezeichnung „H“ liegt daran, dass der Schaltplan einer H-Brücke dem Buchstaben H ähnelt.

Der „Stick“ H verfügt über einen Gleichstrommotor. Wenn Sie die Kontakte S1 und S4 schließen, dreht sich der Motor in eine Richtung, links liegt Null (S1), rechts + Spannung (S4). Wenn Sie die Kontakte S2 und S3 schließen, liegt am rechten Kontakt des Motors Null (S3) und am linken + Strom (S1) dreht sich der Motor in die andere Richtung. Bei der Brücke handelt es sich um einen L9110-Chip mit Schutz gegen Durchgangsströme: Beim Schalten öffnen sich zunächst die Kontakte, erst nach einiger Zeit schließen sich andere Kontakte. Auf der Platine befinden sich zwei L9110-Chips, sodass eine Platine zwei Gleichstromverbraucher steuern kann: Motoren, Magnetspulen, LEDs usw. oder einen Schrittmotor mit zwei Wicklungen (solche Schrittmotoren werden als zweiphasige bipolare Motoren bezeichnet).

Brettelemente

Das Board ist klein, es gibt nur wenige Elemente:

1. Motoranschluss A
2. Motoranschlussstecker B
3. Motor Ein H-Brücken-Chip
4. Motor B H-Brücken-Chip
5. Strom- und Steueranschlussstifte

Verbindung

Motor A und Motor B - zwei Ausgänge zum Anschluss einer Last, Strom nicht mehr als 0,8 A; V-1A - Signal „Motor B vorwärts“; IN 1B- Signal „Motor B rückwärts“; Masse (GND)- muss mit der Masse des Mikrocontrollers und der Motorstromversorgung verbunden sein.; Ernährung (VCC) - Motorstromversorgung (nicht mehr als 12 V); A-1A - Signal „Motor A vorwärts“; A-1B- Signal „Motor A rückwärts“. Die Signale an den Pins steuern die Spannung an den Ausgängen zum Anschluss von Motoren:

Um die Ausgangsspannung reibungslos zu steuern, verwenden wir nicht nur HIGH, sondern ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal. Alle mit ~ gekennzeichneten Arduino-Pins können mit dem Befehl analogWrite(n,P) einen PWM-Ausgang ausgeben, wobei n die Pin-Nummer ist (in Arduino Nano und Uno sind dies 3,5-6 bzw. 9-11). Wenn Sie diese Pins für ein PWM-Signal verwenden, müssen Sie Timer 0 (Pins 5 und 6), Timer 1 (Pins 9 und 10) und Timer 2 (Pins 3 und 11) verwenden. Tatsache ist, dass einige Bibliotheksfunktionen dieselben Timer verwenden können – dann kommt es zu einem Konflikt. Im Großen und Ganzen reicht es aus zu wissen, dass Pin 3 mit Eingang A-1B und Pin 5 mit Eingang A1-A verbunden ist. Der Befehl digitalWrite(3,127) liefert 50 % der Spannung an den Motor in Vorwärtsrichtung.

Anwendungsbeispiel

Robotersteuerung: Trolley mit Scheinwerfer (weiße LED) und Rückfahrlicht (rote LED). Das Programm ist unten aufgeführt und beschreibt die zyklische Bewegung des Wagens: Vorwärts-Stopp-Rückwärts-Stopp. Alle wichtigen Schritte im Programm werden kommentiert.

Der Motor wird an die Klemmen von MOTOR A angeschlossen, die LEDs werden an den Ausgang von MOTOR B angeschlossen. Der Roboter bewegt die ZEIT vorwärts, indem er die weiße LED einschaltet. Als nächstes folgt die TIME-Zeit mit halb leuchtenden weißen LEDs. Dann fährt es zurück und schaltet die roten LEDs ein. Als nächstes geht es wieder an die Zeit, die roten und dann die weißen LEDs mit halber Helligkeit einzuschalten. // L9110S-Motortreiber // von Dr.S // Website // Definieren Sie, welche Ports wir zur Steuerung des Motors und der LEDs verwenden werden #define FORWARD 3 #define BACK 5 #define WHITE_LIGHT 6 #define RED_LIGHT 9 #define LEDOUT 13 #define TIME 5000 unsigned char Forward_Speed ​​​​= 200; unsigned char Back_Speed ​​​​= 160; unsigned char White_Light = 210; unsigned char Red_Light = 220; void setup() ( // Brückensteuerpins als Ausgänge deklarieren: pinMode(FORWARD, OUTPUT); pinMode(BACK, OUTPUT); pinMode(WHITE_LIGHT, OUTPUT); pinMode(RED_LIGHT, OUTPUT); pinMode(LEDOUT, OUTPUT); ) // Die Schleifenroutine läuft für immer und immer wieder: void loop() ( // Der Roboter bewegt sich eine Zeit lang vorwärts TIME analogWrite(WHITE_LIGHT, White_Light); // Schalte die weißen LED-„Scheinwerfer“ ein analogWrite(RED_LIGHT, 0); analogWrite (FORWARD, Forward_Speed); // Der Roboter ging vorwärts analogWrite(BACK, 0); delay(TIME); // und warte ein wenig // Der Roboter schaltet die „Scheinwerfer“ auf die halbe normale Helligkeit ein und steht da analogWrite( WHITE_LIGHT, White_Light / 2); // Weiße LED-„Scheinwerfer“ als Standlicht einschalten analogWrite(RED_LIGHT, 0); analogWrite(FORWARD, 0); // Der Roboter steht analogWrite(BACK, 0); delay(TIME ); // und ein wenig warten // Roboter schaltet die roten „Rückwärts“-LEDs ein und fährt rückwärts analogWrite(WHITE_LIGHT, 0); // Schalte die weißen LED-„Scheinwerfer“ als Standlichter ein analogWrite(RED_LIGHT, Red_Light); analogWrite (VORWÄRTS, 0); analogWrite(BACK, Back_Speed); // Roboter geht zurück delay(TIME); // und etwas warten // Der Roboter schaltet abwechselnd rote und weiße LEDs ein und steht analogWrite(WHITE_LIGHT, 0); analogWrite(RED_LIGHT, Red_Light / 2); // Rote LED als Standlicht einschalten analogWrite(FORWARD, 0); analogWrite(BACK, 0); // Der Roboter kostet Verzögerung(TIME / 2); // und etwas warten analogWrite(WHITE_LIGHT, White_Light / 2); // Weiße LED-„Scheinwerfer“ als Standlicht einschalten analogWrite(RED_LIGHT, 0); Verzögerung (ZEIT / 2); // und warte ein bisschen)

Schematische Darstellung

Modulspezifikationen

• Zwei unabhängige Ausgänge, jeweils bis zu 800 mA
• Maximale Überlastfähigkeit 1,2 A
• Versorgungsspannung von 2,5 bis 12 V
• Logikpegel kompatibel mit 3,3- und 5-V-Logik
• Betriebsbereich 0 °C bis 80 °C