Welche Rolle spielt diese Diode?

Ich habe gerade ein Arduino Uno-Kit gekauft und gehe alle Projekte in der Broschüre durch, die mit dem Kit geliefert wird. Von der einfachsten LED- und Widerstandsschaltung über das Arduino-Board bis hin zum Breadboarding und zum Abstauben meines Elektronikwissens, das seit 30 Jahren nicht mehr verwendet wird. Es muss abgestaubt werden.

Eine der Schaltungen besteht einfach darin, die Leistungsumschaltung unter Verwendung eines Motors und eines NPN-Transistors zu demonstrieren. Ich verstehe jeden Aspekt dieser grundlegendsten Cuicuits mit Ausnahme der Funktion einer Diode, die, soweit ich das beurteilen kann, keine Rolle für den Betrieb der Schaltung spielt. Es ist sicherlich aus einem Grund da, also ist meine Frage: Was ist das für ein Grund?

Diese Diode soll jegliche Gegen-EMK unterdrücken, die beim Ausschalten des Motors verursacht wird. Wenn man eine induktive Last wie einen Motor oder einen Elektromagneten hat, kommt es beim Einschalten im Allgemeinen zu einem anfänglichen Stromabfall, da ein Teil des Stroms ein Magnetfeld um die Spule bildet. Umgekehrt muss sich beim Erzeugen dieses erzeugte Magnetfeld auflösen. Wenn keine Gegen-EMK-Diode vorhanden ist, würde der Pfad durch den BJT verlaufen, was ihn mit ziemlicher Sicherheit beschädigen würde, oder möglicherweise andere Komponenten, abhängig von der Schaltung.

Was die Polarität der Diode selbst betrifft, so erzeugen Sie beim Durchleiten von Strom in eine Richtung ein Feld in dieser jeweiligen Richtung. Wenn Sie die Quelle stoppen, fällt dieses Feld in seine "Ruhe" -Position zurück, was bedeutet, dass der Strom für einen Moment in die andere Richtung fließt.

Alle reaktiven (kapazitiven und induktiven) Lasten haben diese Art von "Speicher" -Eigenschaft, die bei der Auslegung berücksichtigt werden muss. Widerstandslasten sind die Ausnahme. Wenn Sie mehr über die maßgeblichen Gleichungen und dergleichen erfahren möchten, ist Wikipedia ein guter Ausgangspunkt, oder versuchen Sie es mit "The Art of Electronics", Horowitz and Hill, 3. Auflage.

Der Motor ist eine INDUKTIVE LAST.

Aufgrund des Faradayschen Induktionsgesetzes, das besagt, dass ein sich zeitlich ändernder / ändernder Strom ein Magnetfeld mit einer Größe erzeugt, die direkt proportional zur Änderung des Stroms durch den Leiter über die Zeit ist, und (wie viel Symmetrie in der Physik besteht) ein sich änderndes Magnetfeld ein elektrisches erzeugt Feld (eine Spannungsdifferenz), das den Leiter umgibt und sich als Gegensatz zur Änderung des Stroms manifestiert, der das Magnetfeld erzeugt hat. Dies ist auf das Lenzsche Gesetz zurückzuführen, das die Faradaysche Formel für elektromagnetische Induktion vervollständigt, bei der eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, die der Änderungsrate des Magnetfelds über die Zeit entspricht (die durch die Änderung des Stromflusses verursacht wurde).

Faradaysches Gesetz: Gegen-EMK = (-1) dB / dt N wobei die Gegen-EMK das Spannungspotential gegenüber dem Stromfluss ist, der den Widerstand gegen Änderung erzeugt, "-1" das Lenzsche Gesetz ist, "dB" die Änderung des Magnetflusses ist und "dT" ist der Zeitraum, über den die Änderung gemessen wird, und N ist, wie viele Drahtspulen sich innerhalb des sich ändernden elektrischen Feldes befinden.

Ihr Motor ist aufgrund der vielen Drahtspulen induktiv. Wenn es startet, nimmt es langsam an Geschwindigkeit zu, anstatt sofort auf Höchstgeschwindigkeit zu sein, da das Lenzsche Gesetz die Gegen-EMK der Änderung des Stromflusses widersteht, bis sich der Stromfluss nicht mehr ändert und maximal ist. Im entsprechenden Magnetfeld ist nun Energie gespeichert. Wenn Sie den Motor ausschalten, dreht er sich immer noch und anstatt Strom zu verbrauchen, erzeugt er Strom. Die ursprüngliche Gegen-EMK floss in Richtung der Versorgung, aber jetzt, wenn der Motor langsamer wird, widersteht die Induktivität der Stromänderung und zwingt einen Strom, vorwärts und in den Transistorkollektor zu fließen.

Da Strom der Elektronenfluss ist, müssen die Elektronen von irgendwoher kommen. Ihr Transistor verbindet den Motor mit GROUND, wo ursprünglich Elektronen bezogen wurden. Die Elektronen, die durch die durch das kollabierende Magnetfeld induzierte elektromotorische Kraft "bewegt" werden, würden sich ohne Diode am Transistorkollektor ansammeln und müssten von Ihrem Netzteil bezogen werden, was nicht so ist. Wenn eine Diode einen Rückweg für diese EMK vorgibt, wird sie durch die Diode und den Motor abgeleitet, nachdem ein paar Schleifen durch sie gegangen sind.

Die Rücklaufdiode ermöglicht es also, dass die Elektronen um den Motor herum und nicht in die Stromversorgung oder den Transistor fließen (was zu einer möglichen Beschädigung führt), was durch Selbstinduktion in den Motorwicklungen beim Ausschalten und durch plötzlichen Wechsel verursacht wird Strom auf Null.