我們就可這一個圖說明白就好。
首先我們呢先說下三極體NPN的工作原理,三極體就是兩個二極體尾尾相連做成的。
從圖中可以看出,NPN型的三極體,元件圖中箭頭所指的方向就是總電流的方向,也就是電流會從C和B流入然後匯集到E流出。我們只要這麼理解就可以了,太高深的關於控制方面我講一本書也講不完呢,有機會我們再單獨說說。我們用的一般的例如8055,8050,9014,9013這些,都是屬於一般的三極體,功率相對較小,控制上屬於小電流控制大電流。切記,是屬於電流控制型,我們儘管採用了高低電位去控制,實際上是通過電流大小去控制的。感覺越說越深呢,還是用實驗來簡單演示吧,會用就成。
這是NPN的導通和截止實驗。導通就是C和E有電流流出,截止就是C和E斷開。
第一幅圖是導通,在基極B通上高電位,CE導通,電流流過。第二幅圖是截止,我們是斷開了基極,相當於基極低電位,CE截止,電流為0A。控制邏輯就是這樣。
稍微深入一點就是,當UB>UE時,且UB-UE>0.7,UC>UB>UE,則三極體導通(就是CE成為通路),UC=UE(近似相等),小燈點亮。
當UB<UE時,三極體截止(就是CE成為斷路),小燈熄滅。
於是我們將其用於單片機中,假設不考慮電流對單片機的影響(一般的,單片機最大支持驅動總電流為70mA,超過這個電流值就可能造成晶片燒壞),用埠的高電位5V和低電位0V來作為三極體基極的控制信號,這樣通過控制基極的高低電位就可以控制三極體的通斷,進而控制設備的運行。
PNP和NPN相似,知識在控制上,高低電位對應的導通和截止相反,基極高電位時截止,基極低電位時導通,我們看到的元件圖中,三根線有一根帶有箭頭,箭頭的方向就是三個極電流的總的方向,NPN是總電流流出三極體,PNP是總電流流入三極體,通過電流方向理解三極體也可以。當BE間有電流流過,那麼EC就會導通,當然反向BE是不會有電流的,因為它也是一個二極體。
理解了三極體的控制邏輯,先不管原理。我們就可以對其進行應用了,為了控制正反轉,我們用一個三極體顯然不行,於是我才會有文章最開始電路圖中的控制結構,初看這個控制結構有些亂,不要緊,我們先用開關來解釋下原理,如果有電工基礎的,對用繼電器和開關來進行電機正反換向還是很清楚的。
這個仿真圖中,我們可以看到,繼電器都沒有通電,電流是從小燈的右邊流向左邊的,右側電壓為5V,左側電壓為0V。然後我們接通繼電器。
這個圖是繼電器通電了,兩側的開關動作,從上側切換到了下側。小燈的電流從左流向了右側,電壓也變成了左側5V,右側0V,這就完成了換向。接下來我們把開關換成三極體,再來仿真一下。
上方是兩個NPN三極體,下方是兩個PNP三極體,左側的兩個三極體的基極是連在一起的,右側的兩個三極體的基極是連在一起的,前邊說到,NPN是高電位導通,PNP是低電位導通,所以當左側開關接通高電位,那麼上邊的導通,下邊的截止,就類似與繼電器的常開常閉了。因為是四個三極體,所以就會出現四種狀態,我們都分析下。
上圖是第一種,左側開關為0V,我們說成0,右側開關為5V,我們說成1。於是就有,當為01時,右上和左下導通,電流方向從右向左。
當為11時,上方兩個三極體導通,但是由於小燈左右兩側都是5V電壓,於是沒有電流,小燈不亮。
當為10時,左上右下導通,電流從左向右,與01時電流方向相反。
當為00時,下邊兩個三極體導通,但是小燈左右兩側都是0V,電位相等,所以沒有電流,小燈不亮。
從以上四種情況我們可以看出,01正轉,11停止,10反轉,00停止。於是我們就可以通過單片機的埠輸出不同的電位控制其正反轉和停止。
為什麼要把左側的兩個接到一起呢?一方面是控制方便,另一方面為了防止控制中,左側同時導通,造成短路,於是接到了一起,這個在電氣中叫做電氣互鎖。你開我閉,你閉我開,總不一致。
有人說,用三極體還沒有用繼電器來的簡單幹脆,當然,繼電器確實看起來清楚,在這個控制中,繼電器好理解一些,但是以後我們會接觸越來越複雜的控制電路,使用繼電器不僅佔據空間,而且對電流的消耗也比較大,單片機根本帶不起來,還要添加電流擴大迴路,對設計和空間布置都是一個挑戰,電磁幹擾也比較大。如果採用了繼電器,記得可以使用三極體來擴展一下電流,這樣也是可以帶動繼電器的。
關於正反轉就說到這裡,有了這些理論模型,我們接下來講解控制就比較傲好辦了。