「電路實踐」步進(jìn)電機(jī)實驗

步進(jìn)電機(jī)通常由微處理器或定制控制器IC控制，電流通常由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器IC或功率晶體管進(jìn)行切換。精確運(yùn)動是可能的，但復(fù)雜性通常會使愛好者的步進(jìn)電機(jī)落在“也許有一天”的零件箱中。但步進(jìn)電機(jī)可用于多種應(yīng)用，無需復(fù)雜的電路或編程。乍一看，步進(jìn)電機(jī)看起來有點(diǎn)嚇人，因為至少有四根電線，而且通常有六根。大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)有兩個獨(dú)立的繞組，有些繞組是中心抽頭，因此有四到六根導(dǎo)線。快速歐姆表檢查將確定哪些導(dǎo)線屬于一起，并且可以通過測量導(dǎo)線之間的電阻來識別中心抽頭；中心抽頭將測量到線圈任一端總繞組電阻的1/2。將屬于一起的電線打成一個結(jié)，然后將另一個結(jié)在中心抽頭電線上，以便以后識別。步進(jìn)電機(jī)已變得相當(dāng)豐富，并可從許多過剩經(jīng)銷商的各種形狀和大小。實驗者還可以從舊的辦公室和電腦設(shè)備中搶救出優(yōu)秀的員工。

步進(jìn)電機(jī)以小增量移動，通常在標(biāo)簽上以度數(shù)表示。為了使馬達(dá)朝一個方向旋轉(zhuǎn)，電流通過一個繞組，然后通過另一個繞組，然后通過極性相反的第一個繞組，然后也通過極性翻轉(zhuǎn)的第二個繞組。重復(fù)此順序進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向取決于哪個繞組是“先導(dǎo)”，哪個繞組是“從動件”。如果任何一個繞組反轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)將反轉(zhuǎn)。中心抽頭簡化了電流的反向，因為中心抽頭可以連接到Vcc，線圈的每一端可以交替地拉到地上。無抽頭電機(jī)需要雙極驅(qū)動電壓或多一點(diǎn)開關(guān)電路。如果電流同時作用于兩個繞組，步進(jìn)電機(jī)將在兩個步進(jìn)之間穩(wěn)定（這通常稱為“半步進(jìn)”）。正交二次旋轉(zhuǎn)可以得到非常平滑的二次繞組。這項技術(shù)不會特別有效，因為控制器至少會消耗與電機(jī)同樣多的功率，但是，如果需要平滑運(yùn)動，它可能值得一試！或者，對于那些不在乎復(fù)雜性的人來說，可以通過使用可變占空比脈沖有效地近似正弦波。但這里的目的是把那些發(fā)動機(jī)從垃圾箱里拿出來，而不是想更多的理由讓它們單獨(dú)呆著！下面是一些簡單的事情。

步進(jìn)電機(jī)是優(yōu)秀的低功率發(fā)電機(jī)和低功率電機(jī)，適用于低轉(zhuǎn)速應(yīng)用。首先，試著把兩個步進(jìn)電機(jī)的繞組連接在一起。選擇能自由轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機(jī)，這樣內(nèi)部摩擦就不會破壞實驗。當(dāng)你旋轉(zhuǎn)一個電機(jī)軸時，另一個也會跟著轉(zhuǎn)動。誠然，扭矩很小。但它確實說明了步進(jìn)電機(jī)可以用來發(fā)電。以下是一些示意圖，說明如何將步進(jìn)電機(jī)連接為發(fā)電機(jī)：

交流繞組不直接連接，因為電壓相差90度，由此產(chǎn)生的電壓會稍低。如果每個繞組的接地未連接在一起，則可以使用雙隔離輸出。以下是一些應(yīng)用建議：

一個大的電容器可以充電運(yùn)行一段時間后的小電流曲柄旋轉(zhuǎn)。有些設(shè)備可能需要調(diào)壓器，但如果是手動供電，則使用高效的串聯(lián)穩(wěn)壓器來節(jié)省電力。

盡管標(biāo)簽上有標(biāo)記，許多步進(jìn)電機(jī)都是優(yōu)秀的低功耗電機(jī)。例如，在額定電壓為8.5毫安的情況下，僅在額定電壓為20毫安的情況下消耗雙極性電壓為280伏。這種低電流可以直接從許多運(yùn)算放大器和邏輯器件中提取出來，而不需要任何額外的驅(qū)動器！很明顯，機(jī)械負(fù)載必須輕，速度低，否則電機(jī)會失速，但許多有用的應(yīng)用顯示負(fù)載很少。以下是一些示例：

下面的電路通常被稱為正交振蕩器或正弦余弦振蕩器，可以使用幾乎任何具有相當(dāng)高輸出電流的運(yùn)算放大器來構(gòu)建。LM358實際上在這個電路中工作，但只是勉強(qiáng)工作！更好的選擇是anLM833或任何一個更高電流的運(yùn)算放大器。

這兩個晶體管產(chǎn)生Vcc/2，這樣當(dāng)運(yùn)算放大器變高或變低時，繞組中的電流就會反轉(zhuǎn)。如果使用雙極性電源，則不需要它們。只需將通向****的繞組接地。額定電壓為16.8伏和280毫安的電動機(jī)在空載時僅消耗30毫安。試一下步進(jìn)電機(jī)有什么可用的，調(diào)整電源電壓以使其正常工作。別指望從這個電路中得到太多的轉(zhuǎn)矩！為了獲得更大的驅(qū)動能力，將兩個晶體管連接到運(yùn)算放大器輸出端，方法與上述Vcc/2電路相同。省去電阻，只需將兩個底座連接到運(yùn)算放大器輸出。兩個****連接在一起并連接到電機(jī)繞組。

上面的電路是所有需要的許多應(yīng)用，但下面的電路有一點(diǎn)更靈活。

74步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動低功率電路74。兩個觸發(fā)器交替計時，以提供所需的“跟隨領(lǐng)隊”脈沖序列。上述16.8伏電機(jī)（1.8度步進(jìn)）在該電路中僅消耗20毫安，而極微小的15度步進(jìn)12伏電機(jī)僅消耗30毫安。未使用的逆變器被連接成一個慢脈沖發(fā)生器，可用于隨機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向。實際上，方向的改變通常會和自旋振子同步，產(chǎn)生一個來回的動作，除非振子頻率剛好合適。這種方向的改變會增加移動顯示器的興趣。

該電路產(chǎn)生四個控制信號，增加電路以實現(xiàn)高功率操作相當(dāng)容易。如果使用中心抽頭電機(jī)，則以下連接將起作用：

每個電機(jī)繞組都需要這些電路中的一個。如果電機(jī)沒有中心抽頭，請嘗試下面的電路。這些值只是代表性的，可能會根據(jù)電機(jī)和晶體管增益而變化。沒有規(guī)定防止感應(yīng)反沖，但小型電機(jī)似乎不會產(chǎn)生太多。但是，如果使用更大的電機(jī)和更高的電流，可能需要小心?？紤]在每個電機(jī)繞組上增加二極管到Vcc（陰極連接到Vcc）。另外，2N440X只適用于幾百毫安，所以選擇更重的晶體管，如果期望更高的電機(jī)電流，則使用低值電阻器。

圖中所示的觸發(fā)器是一個HC設(shè)備，其電源應(yīng)限制在5或6伏，但如果添加驅(qū)動晶體管，觸發(fā)器可以是4000系列設(shè)備。4000系列設(shè)備不能提供太多電流，但它們將以15伏的電壓運(yùn)行。將電阻增加到10k，并使用達(dá)林頓晶體管（或MOSFET，如VN10KM）代替所示的NPN。