「電路實(shí)踐」步進(jìn)電機實(shí)驗

步進(jìn)電機通常由微處理器或定制控制器IC控制，電流通常由步進(jìn)電機驅動(dòng)器IC或功率晶體管進(jìn)行切換。精確運動(dòng)是可能的，但復雜性通常會(huì )使愛(ài)好者的步進(jìn)電機落在“也許有一天”的零件箱中。但步進(jìn)電機可用于多種應用，無(wú)需復雜的電路或編程。乍一看，步進(jìn)電機看起來(lái)有點(diǎn)嚇人，因為至少有四根電線(xiàn)，而且通常有六根。大多數步進(jìn)電機有兩個(gè)獨立的繞組，有些繞組是中心抽頭，因此有四到六根導線(xiàn)?？焖贇W姆表檢查將確定哪些導線(xiàn)屬于一起，并且可以通過(guò)測量導線(xiàn)之間的電阻來(lái)識別中心抽頭；中心抽頭將測量到線(xiàn)圈任一端總繞組電阻的1/2。將屬于一起的電線(xiàn)打成一個(gè)結，然后將另一個(gè)結在中心抽頭電線(xiàn)上，以便以后識別。步進(jìn)電機已變得相當豐富，并可從許多過(guò)剩經(jīng)銷(xiāo)商的各種形狀和大小。實(shí)驗者還可以從舊的辦公室和電腦設備中搶救出優(yōu)秀的員工。

步進(jìn)電機以小增量移動(dòng)，通常在標簽上以度數表示。為了使馬達朝一個(gè)方向旋轉，電流通過(guò)一個(gè)繞組，然后通過(guò)另一個(gè)繞組，然后通過(guò)極性相反的第一個(gè)繞組，然后也通過(guò)極性翻轉的第二個(gè)繞組。重復此順序進(jìn)行連續旋轉。旋轉方向取決于哪個(gè)繞組是“先導”，哪個(gè)繞組是“從動(dòng)件”。如果任何一個(gè)繞組反轉，旋轉將反轉。中心抽頭簡(jiǎn)化了電流的反向，因為中心抽頭可以連接到Vcc，線(xiàn)圈的每一端可以交替地拉到地上。無(wú)抽頭電機需要雙極驅動(dòng)電壓或多一點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路。如果電流同時(shí)作用于兩個(gè)繞組，步進(jìn)電機將在兩個(gè)步進(jìn)之間穩定（這通常稱(chēng)為“半步進(jìn)”）。正交二次旋轉可以得到非常平滑的二次繞組。這項技術(shù)不會(huì )特別有效，因為控制器至少會(huì )消耗與電機同樣多的功率，但是，如果需要平滑運動(dòng)，它可能值得一試！或者，對于那些不在乎復雜性的人來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)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(dòng)機從垃圾箱里拿出來(lái)，而不是想更多的理由讓它們單獨呆著(zhù)！下面是一些簡(jiǎn)單的事情。

步進(jìn)電機是優(yōu)秀的低功率發(fā)電機和低功率電機，適用于低轉速應用。首先，試著(zhù)把兩個(gè)步進(jìn)電機的繞組連接在一起。選擇能自由轉動(dòng)的步進(jìn)電機，這樣內部摩擦就不會(huì )破壞實(shí)驗。當你旋轉一個(gè)電機軸時(shí)，另一個(gè)也會(huì )跟著(zhù)轉動(dòng)。誠然，扭矩很小。但它確實(shí)說(shuō)明了步進(jìn)電機可以用來(lái)發(fā)電。以下是一些示意圖，說(shuō)明如何將步進(jìn)電機連接為發(fā)電機：

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(huì )稍低。如果每個(gè)繞組的接地未連接在一起，則可以使用雙隔離輸出。以下是一些應用建議：

一個(gè)大的電容器可以充電運行一段時(shí)間后的小電流曲柄旋轉。有些設備可能需要調壓器，但如果是手動(dòng)供電，則使用高效的串聯(lián)穩壓器來(lái)節省電力。

盡管標簽上有標記，許多步進(jìn)電機都是優(yōu)秀的低功耗電機。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算放大器和邏輯器件中提取出來(lái)，而不需要任何額外的驅動(dòng)器！很明顯，機械負載必須輕，速度低，否則電機會(huì )失速，但許多有用的應用顯示負載很少。以下是一些示例：

下面的電路通常被稱(chēng)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高輸出電流的運算放大器來(lái)構建。LM358實(shí)際上在這個(gè)電路中工作，但只是勉強工作！更好的選擇是anLM833或任何一個(gè)更高電流的運算放大器。

這兩個(gè)晶體管產(chǎn)生Vcc/2，這樣當運算放大器變高或變低時(shí)，繞組中的電流就會(huì )反轉。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(dòng)機在空載時(shí)僅消耗30毫安。試一下步進(jìn)電機有什么可用的，調整電源電壓以使其正常工作。別指望從這個(gè)電路中得到太多的轉矩！為了獲得更大的驅動(dòng)能力，將兩個(gè)晶體管連接到運算放大器輸出端，方法與上述Vcc/2電路相同。省去電阻，只需將兩個(gè)底座連接到運算放大器輸出。兩個(gè)****連接在一起并連接到電機繞組。

上面的電路是所有需要的許多應用，但下面的電路有一點(diǎn)更靈活。

74步進(jìn)電機直接驅動(dòng)低功率電路74。兩個(gè)觸發(fā)器交替計時(shí)，以提供所需的“跟隨領(lǐng)隊”脈沖序列。上述16.8伏電機（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伏電機僅消耗30毫安。未使用的逆變器被連接成一個(gè)慢脈沖發(fā)生器，可用于隨機改變旋轉方向。實(shí)際上，方向的改變通常會(huì )和自旋振子同步，產(chǎn)生一個(gè)來(lái)回的動(dòng)作，除非振子頻率剛好合適。這種方向的改變會(huì )增加移動(dòng)顯示器的興趣。

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

每個(gè)電機繞組都需要這些電路中的一個(gè)。如果電機沒(méi)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(huì )根據電機和晶體管增益而變化。沒(méi)有規定防止感應反沖，但小型電機似乎不會(huì )產(chǎn)生太多。但是，如果使用更大的電機和更高的電流，可能需要小心?？紤]在每個(gè)電機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電流，則使用低值電阻器。

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