Die Diode soll einen sicheren Weg für den induktiven Rückschlag des Motors bieten. Wenn Sie versuchen, den Strom in einer Induktivität plötzlich abzuschalten, wird die erforderliche Spannung erzeugt, um den Strom kurzfristig fließen zu lassen. Anders ausgedrückt, der Strom durch eine Induktivität kann sich niemals augenblicklich ändern. Es wird immer eine begrenzte Steigung geben.
Der Motor ist teilweise ein Induktor. Wenn der Transistor schnell abschaltet, fließt der Strom, der noch eine Weile durch die Induktivität fließen muss, durch die Diode und verursacht keinen Schaden. Ohne die Diode würde die Spannung über dem Motor so groß wie nötig werden, um den Strom fließen zu lassen, was wahrscheinlich das Braten des Transistors erfordern würde.
Ein kleiner Kondensator über dem Motor verringert die Geschwindigkeit der möglicherweise schnellen Spannungsübergänge, was weniger Strahlung verursacht und das dV / dt begrenzt, dem der Transistor ausgesetzt ist. 100 nF sind dafür zu hoch und verhindern einen effizienten Betrieb mit Ausnahme niedriger PWM-Frequenzen. Ich würde 100 pF oder so verwenden, vielleicht um 1 nF zu erhöhen.
Der Widerstand dient zur Strombegrenzung, die der digitale Ausgang liefern muss und die die Transistorbasis handhaben muss. Der Transistor BE sieht für den externen Stromkreis wie eine Diode aus. Die Spannung wird daher auf ungefähr 750 mV begrenzt. Das Halten eines digitalen Ausgangs bei 750 mV, wenn versucht wird, auf 5 V oder 3,3 V anzusteuern, liegt außerhalb der Spezifikation. Dies könnte den digitalen Ausgang beschädigen. Wenn der digitale Ausgang viel Strom liefert, kann der Transistor beschädigt werden.
1 kΩ ist wieder ein fraglicher Wert. Selbst mit einem 5-V-Digitalausgang werden nur ca. 4,3 mA durch die Basis geleitet. Sie zeigen keine Spezifikationen für den Transistor an. Nehmen wir also an, er hat eine garantierte Mindestverstärkung von 50. Das bedeutet, dass Sie nur mit einem Transistor rechnen können, der 4,3 mA x 50 = 215 mA Motorstrom unterstützt. Das klingt vor allem beim Anlassen leise, es sei denn, es handelt sich um einen sehr kleinen Motor. Ich würde schauen, was der digitale Ausgang sicher ausgeben und R1 einstellen kann, um das meiste davon zu zeichnen.
Ein weiteres Problem ist, dass die 1N4004-Diode hier ungeeignet ist, insbesondere da Sie den Motor schnell ein- und ausschalten, wie dies durch "PWM" impliziert wird. Diese Diode ist ein Leistungsgleichrichter, der für normale Netzfrequenzen wie 50-60 Hz vorgesehen ist. Es hat eine sehr langsame Erholung. Verwenden Sie stattdessen eine Schottky-Diode. Jede generische 1 A 30 V-Schottky-Diode ist in Ordnung und besser als eine 1N4004.
Ich kann sehen, wie diese Schaltung zu funktionieren scheint, aber sie wurde eindeutig nicht von jemandem entworfen, der wirklich wusste, was er tat. Wenn Sie ein Arduino in einer Schaltung sehen, die Sie irgendwo im Internet finden, insbesondere in einer einfachen, nehmen Sie im Allgemeinen an, dass es veröffentlicht wurde, weil der Autor es für eine großartige Leistung hält. Diejenigen, die wissen, was sie tun, und eine Schaltung wie diese in einer Minute entwerfen, halten es nicht für sinnvoll, eine Webseite darüber zu schreiben. Das lässt diejenigen, die zwei Wochen brauchten, um den Motor zum Drehen zu bringen, ohne dass der Transistor explodierte, und sie sind sich nicht wirklich sicher, was alles zum Schreiben dieser Webseiten beiträgt.
Wenn die Wicklungen des Motors Strom führen, erzeugen sie ein Magnetfeld. Dazu wird Energie benötigt und die Energie wird im Magnetfeld gespeichert. Wenn der Strom plötzlich unterbrochen wird, bricht das Magnetfeld zusammen. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert einen Strom in der Wicklung, der viel höher als gewöhnlich ist und eine höhere Spannung über den Wicklungen erzeugt. Es ist sehr kurz und kann ziemlich beeindruckend sein.
Der Schlüssel zum induzierten Strom ist das sich ändernde Feld. Sie können den gleichen Effekt bei einem Schalter für die Hauptbeleuchtung sehen. Wenn Sie Schalter haben, die nicht vom Typ Quecksilber sind ("stille Schalter"), können Sie manchmal einen Funken oder einen Lichtblitz sehen, wenn Sie die Lichter ausschalten. Wenn Sie die Verbindung unterbrechen, während der Wechselstrom gegen Null geht, geschieht nichts. Wenn Sie in der Nähe der Stromspitze brechen, hat die Verkabelung zu den Lichtern das maximale Magnetfeld um sich herum und es wird mit einer ausreichenden Spannungsspitze kollabieren, um einen Lichtbogen im Lichtschalter zu erzeugen.
Beachten Sie, dass Ihre Diode zur + Seite Ihres Stromkreises zeigt. Das sich ändernde Feld erzeugt eine "Gegen-EMK" oder eine Spannung, die in die falsche Richtung geht. Die Energie geht aus dem Rohr, in das sie eingegangen ist. (Ich hoffe, ich habe das Recht. Ich überprüfe und bearbeite, ob ich sie verkehrt herum habe.) Die Diode leitet, wenn das Potential oder die Spannung über der Motorwicklung mehr als etwa 0,6 beträgt V in die "falsche" Richtung. Für DC ist dies unkompliziert. Für PWM ähnelt dies eher dem Wechselstrom und eine qualitätssichere Schaltung ist komplizierter.
Wie @OlinLathrop sagte, könnte Ihr Basiswiderstand ein bisschen groß sein. Als typische Beispiele haben 2N2222 und 2N3904 eine Beta- oder Stromverstärkung von etwa 30 bei Gleichstrom, die mit der Frequenz auf 300 bis 400 ansteigt. Wenn Sie einen großen Motor haben, liefert der Transistor keinen Strom und brennt nicht ab. Sie können eine Verlustleistung im Transistor von etwa 1 W pro Ampere und viel mehr feststellen, wenn die Dinge nicht richtig abgestimmt sind. (Sie können Bipolartransistoren nicht ohne viel zusätzlichen Aufwand parallel schalten. Wenn sie sich erwärmen, sinkt der Widerstand und es fließt mehr Strom, und derjenige, der die schnellsten Schweinchen erwärmt, nimmt den Strom auf - normalerweise bis zur Zerstörung). Sie können sehen, dass die kleinen für Arduinos verkauften Motortreiber entweder einen Kühlkörper oder ein großes Teil mit einem Metallteil haben, das für die Verwendung mit einem Kühlkörper vorgesehen ist.
Die Kappe gleicht die Stromspitzen aus. Wenn sie mit der Zeit breiter werden, wird der Spitzenstrom geringer, und daher ist die Spannung, die der Strom in der Schaltung erzeugt, geringer. Wenn Ihr Motor mit Bürsten ausgestattet ist, fließt der Ein- / Ausschaltstrom mit der Drehzahl des Motors. Wieder sind wir zurück zu wechselnden Strömen und wechselnden Feldern. Hier kommt das Hochfrequenzrauschen her. Das Verteilen dieser Stromspitzen bedeutet, dass die Änderungsrate des Stroms geringer ist und infolgedessen RFI (Radio Frequency Interference) geringer ist. Ich wette, wenn Sie ein MW-Radio in der Nähe Ihres Stromkreises aufstellen und es an einem Ort ohne Radiosender einstellen, können Sie feststellen, wann der Motor läuft. Versuchen Sie es mit Kappen unterschiedlicher Größe und stellen Sie fest, ob Sie einen Unterschied feststellen.
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