طراحی و پیاده سازی درایور موتور با ترانزیستور BJT و ماژول ولوم کشویی

درایور موتورها یکی از ابزارهای پرکاربرد جهت راه اندازی و کار با موتورها به شمار می رود. به کمک درایور موتورها می توانید دور (سرعت) موتور را کنترل کنید. از طرفی دیگر، به کمک این ابزار می توانید به عنوان دیمر، شدت نور لامپ را کنترل کنید. در این ابزار اساس کار، بر روی دوش ترانزیستورها قرار می گیرد. پیشتر در آموزشی که با کلیک بر روی این لینک در دسترس است، می توانید در رابطه با ترانزیستور و نحوه عملکرد آن مطالعه نمایید. در این آموزش به کمک ترانزیستور و ولوم کشویی، بدون نیاز به برد آردوینو، اقدام به طراحی و پیاده سازی درایور موتور با ترانزیستور BJT می نماییم. در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی ،دیجی اسپارک همراه باشید.

شناخت ترانزیستور و کاربرد آن

ترانزیستور یک قطعه سه پایه، با یک ورودی و دو خروجی است. در حقیقت ترانزیستور را می توان مشابه یک شیر آب در نظر گرفت. هر ترانزیستور BJT، دارای سه پایه به نام های امیتر، بیس و کلکتور است. تا زمانیکه ولتاژ بین بیس و امیتر از میزان مشخصی کمتر باشد، جریانی از کلکتور به سمت امیتر، جاری نخواهد شد. با افزایش هر چه بیشتر ولتاژ بین بیس و امیتر، جریان بین کلکتور و امیتر افزایش خواهد یافت. این موضوع را می توان دقیقا مثل یک شیر آب فرض کرد. همانطور که با پیچاندن هر چه بیشتر شیر، میزان فشار آب افزایش می یابد، با افزایش ولتاژ بیس ترانزیستور، جریان بیشتر در کلکتور آن ظاهر خواهد شد.

از ترانزیستور در مدارها و سیستم های مختلفی می توان استفاده نمود. یکی از مهم ترین کاربرد ترانزیستور BJT، سوییچ الکترونیک است. همانطور که اطلاع دارید، یک کلید مکانیکی، دارای دو پایه است که با قرار گرفتن در مسیر جریان برق، چنانچه دکمه فشار داده شود، جریان الکتریکی در مدار جاری خواهد شد. ترانزیستور می تواند به عنوان یک سوییچ الکترونیک، با تنظیم ولتاژ پایه بیس نسبت به امیتر، روشن شده و جریان الکتریکی را از کلکتور به امیتر، جاری می سازد. همانطور که بیان شد، یکی از مهم ترین کاربردهای ترانزیستور، کنترل جریان های بالا با جریان ضعیف است. پایه های میکروکنترلرها، نظیر برد آردویینو، در خروجی جریان محدودی در حدود ۳۰ میلی آمپر دارند. فرض کنید یک موتور الکتریکی با جریان ۴۰۰ میلی آمپر دارید. طبیعتا نمی توانید با پایه خروجی آردویینو، این موتور را کنترل نمایید. اینجاست که به کمک یک ترانزیستور، می توانیم با جریان کم آردویینو، یک جریان بزرگتر را کنترل نماییم. جهت اطلاعات بیشتر، پیشنهاد مطالعه آموزش ترانزیستور با کلیک بر روی این لینک، توصیه می گردد.

ماژول ولوم کشویی

ماژول ولوم کشویی یکی از ابزارهای پرکاربرد در پروژه های مختلف به شمار می رود. این ماژول دارای ۳ پایه، دو پایه مخصوص تغذیه و یک پایه ولتاژ خروجی است. شما با اعمال ۳٫۳ تا ۵ ولت، می توانید با حرکت ولوم، ولتاژ خروجی را از ۰ تا حدود تغذیه، تغییر دهید. خروجی این ماژول را با ترانزیستور BJT تبدیل به یک درایور موتور میکنیم.

در این آموزش با تغییر حالت ولوم کشویی، ولتاژ اعمالی به پایه بیس ترانزیستور را کنترل می کنیم.  بدین ترتیب، جریان در پایه کلکتور کنترل شده و بدین ترتیب، می توانیم دور موتور را کنترل نماییم.

اساس عملکرد درایور موتور این پروژه

در این پروژه به کمک ترانزیستور BJT و ماژول ولوم کشویی، اقدام به طراحی درایور موتور با ترانزیستور BJT می کنیم. در این درایور با تغییر وضعیت ولوم ماژول، دور موتور کنترل خواهد شد. اساس عملکرد این سیستم بر مبنای کنترل ولتاژ بیس ترانزیستور است. همانطور که پیشتر در آموزش ترانزیستور مشاهده نمودیم(لینک آموزش ترازنیستور، کلیک کنید) با کنترل ولتاژ بیس-امیتر ترانزیستور، جریان کلکتور تغییر می کند؛ به طوریکه  با افزایش این ولتاژ، جریان کلکتور تقویت خواهد شد. بدین ترتیب با کاهش و افزایش ولتاژ اعمالی به پایه بیس-امیتر، جریان کلکتور کنترل شده و بدین ترتیب دور موتور، لامپ و یا هر ورسله برقی نیز کنترل خواهد شد.

شماتیک و اتصالات

در این قسمت به بررسی شماتیک و اتصالات پروژه می پردازیم. توجه داشته باشید که در این پروژه ما از ترانزیستور ۲N2222 استفاده کرده ایم. این ترانزیستور می تواند تا ۸۰۰  میلی آمپر جریان را در کلکتور، تحمل نماید. همچنین برای تست و سادگی در کار، از یک مقاومت یک کیلو اهمی به صورت سری با ترانزیستور، استفاده نموده ایم. برای اطلاعات بیشتر در رابطه با نحوه محاسبه مقاومت در بیس ترانزیستور، روی این لینک کلیک نمایید. در ادامه، تصویر زیر فرم کلی از اتصالات را نمایش می دهد.

مطابق تصویر فوق، ما از یک موتور کوچک ۵ ولت ۴۰۰ میلی آمپر به عنوان بار استفاده نموده ایم. در ادامه، مطابق تصویر فوق، اتصالات را ادامه می دهیم.

اتصالات ماژول ولوم کشویی

• اتصال پایه VCC ماژول ولوم کشویی به پایه ۵ ولت تغذیه
• اتصال پایه GND ماژول ولوم کشویی به پایه GND تغذیه
• اتصال پایه OUTA و یا  OUTB(بر حسب انتخاب شما) به کمک یک مقاومت یک کیلو اهمی سری به پایه بیس ترانزیستور

اتصالات ترانزیستور و موتور

• اتصال پایه امیتر با یک مقاومت یک کیلو اهمی به صورت سری به پایه خروجی ماژول ولوم کشویی
• اتصال پایه امیتر ترانزیستور به پایه GND تغذیه
• اتصال پایه کلکتور ترانزیستور به پایه منفی موتور
• اتصال پایه مثبت موتور به پایه مثبت تغذیه

اجرای پروژه

همانطور که پیشتر بیان شد، در آموزش درایور موتور با ترانزیستور BJTدرایور موتور با ترانزیستور BJT یک موتور کوچک ۵ ولتی با جریان ۴۰۰ میلی آمپر را قصد داریم کنترل کنیم. به همین منظور پس از برقراری اتصالات، با تغییر وضعیت ولوم می توانیم دور موتور را کنترل کنیم.

در رابطه با اجرای این پروژه، در نظر داشته باشید که ترانزیستورها دارای وضعیت اشباع هستند. وضعیت اشباع، آنطور که از آموزش ترانزیستور به یاد داریم، حالتی است که با افزایش ولتاژ امیتر-بیس، جریان کلکتور تغییری نخواهد کرد. در اینجا هم با افزایش میزان ولوم از یک مقدار به بعد، سرعت گردش موتور به دلیل ورود ترانزیستور به ناحیه اشباع، تغییر نخواهد نمود. البته این موضوع را می توان با تکنیک هایی حل نمود. به طوریکه سرعت حرکت موتور کاملا وابسته به ولوم باشد.

لوازم مورد نیاز

ترانزیستور

مقاومت

ماژول ولوم کشویی

موتور

جمع بندی

در این آموزش به طراحی و پیاده سازی یک درایور موتور ساده پرداختیم. در این پروژه بدون هیچ میکروکنترلر و یا برد پردازشی، اقدام به طراحی و پیاده سازی این درایور نمودیم. در این درایور موتور به کمک یک ماژول ولوم کشویی، اقدام به کنترل سرعت موتور متصل به ترانزیستور می نماییم. این آموزش ابتدا به معرفی ترانزیستور می پردازد. سپس در ادامه به بررسی ماژول ولوم کشویی پرداختیم. پس از این مرحله به مکانیزم عملکرد سیستم پرداخته و در نهایت با پیاده سازی مدار، به تشریح آن پرداختیم.

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.