Лабораторія з використанням транзистора для управління сильними струмами навантаження за допомогою Arduino; ITP Фізичні обчислення

Вступ

У цьому підручнику ви дізнаєтеся, як керувати сильним струмом постійного навантаження, таким як двигун постійного струму або лампа розжарювання від мікроконтролера. Мікроконтролери можуть виводити лише дуже малу кількість струму зі своїх вихідних контактів. Ці штифти призначені для передачі керуючих сигналів, а не для роботи в якості джерел живлення. Найпоширеніший спосіб управління іншим пристроєм постійного струму з мікроконтролера - це використання транзистора. Транзистори дозволяють управляти потоком ланцюга сильного струму від джерела слабкого струму.

Що вам потрібно знати

Щоб отримати максимальну віддачу від цієї лабораторії, вам слід заздалегідь ознайомитися з наступними поняттями. Якщо ні, перегляньте посилання нижче:

Що таке мікроконтролер

Початкові терміни програмування
Що таке безпаяний макет і як ним користуватися
Цифровий вхід і вихід
Аналоговий вихід
Основна електроніка
Попередження про безпеку: Цей підручник показує вам, як контролювати силові струми. Це пов’язано з вищою небезпекою травмування електрикою, ніж у попередніх підручниках. Будьте обережні і перевірте свою проводку, перш ніж щось підключати, і ніколи не міняйте проводку, поки ваша схема живиться.

Речі, які вам знадобляться

Малюнки 1-10 нижче - частини, які вам знадобляться для цієї вправи. Клацніть на будь-яке зображення для збільшення.

Підготуйте макет

Підключіть живлення та заземлення на макетній панелі до живлення та заземлення від мікроконтролера. Для модуля Arduino використовуйте 5 В або 3,3 В (залежно від вашої моделі) та будь-яке із заземлення, як показано на малюнках 11 та 12.

Як показано на малюнку 11, вихідний отвір Uno на 5 В з'єднаний з червоною колоною отворів на крайній правій стороні макетної дошки. Отвір для заземлення Uno з'єднаний із синьою колоною праворуч від дошки. Червоний та синій стовпці праворуч від макетної дошки з’єднані з червоною та синьою колонами з лівого боку макетної дошки червоним та чорним дротами відповідно. Ці колони збоку від макетної дошки зазвичай називають автобусами. Червона лінія - це шина напруги, а чорна або синя лінія - шина заземлення.

Як показано на малюнку 12, Nano встановлений у верхній частині макетної плати, пересікаючи центральний проріз, роз'ємом USB догори. Верхні штифти Nano знаходяться в рядку 1 макету.

Нано, як і всі модулі Dual-Inline Package (DIP), має свої фізичні штифти, пронумеровані у формі U, зверху ліворуч унизу ліворуч, праворуч знизу праворуч угорі. Штифт Nano 3,3 В (фізичний штифт 2) підключений до лівої бічної червоної колонки макетної дошки. Штифт GND Nano (фізичний штифт 14) з'єднаний з чорною колоною ліворуч. Ці колони збоку від макетної дошки зазвичай називають автобусами. Червона лінія - це шина напруги, а чорна або синя лінія - шина заземлення. Блакитні колони (наземні автобуси) з'єднані внизу макетної дошки чорним дротом. Червоні колони (шини напруги) з'єднані внизу макетної дошки червоним дротом.

Додайте потенціометр

Підключіть потенціометр до аналогового виводу 0 модуля, як показано на малюнках 13 - 15:

Підключіть транзистор до мікроконтролера

Транзистор дозволяє управляти ланцюгом, який несе більший струм і напругу від мікроконтролера. Він діє як електронний вимикач. Той, який ви використовуєте для цієї лабораторії, - це транзистор типу NPN, який називається TIP120. Див. Малюнки 16 та 17 для креслення розпинання та схематичного позначення транзистора. Специфікацію для нього можна знайти тут. Він призначений для перемикання силових навантажень. Він має три з'єднання: цоколь, колектор та емітер. База підключена до виходу мікроконтролера через резистор. Сильне струмове навантаження (тобто двигун або світло) прикріплюється до його джерела живлення, а потім до колектора транзистора. Випромінювач транзистора підключений до землі.