「电路实践」步进电机实验

步进电机通常由微处理器或定制控制器IC控制，电流通常由步进电机驱动器IC或功率晶体管进行切换。精确运动是可能的，但复杂性通常会使爱好者的步进电机落在“也许有一天”的零件箱中。但步进电机可用于多种应用，无需复杂的电路或编程。乍一看，步进电机看起来有点吓人，因为至少有四根电线，而且通常有六根。大多数步进电机有两个独立的绕组，有些绕组是中心抽头，因此有四到六根导线。快速欧姆表检查将确定哪些导线属于一起，并且可以通过测量导线之间的电阻来识别中心抽头；中心抽头将测量到线圈任一端总绕组电阻的1/2。将属于一起的电线打成一个结，然后将另一个结在中心抽头电线上，以便以后识别。步进电机已变得相当丰富，并可从许多过剩经销商的各种形状和大小。实验者还可以从旧的办公室和电脑设备中抢救出优秀的员工。

步进电机以小增量移动，通常在标签上以度数表示。为了使马达朝一个方向旋转，电流通过一个绕组，然后通过另一个绕组，然后通过极性相反的第一个绕组，然后也通过极性翻转的第二个绕组。重复此顺序进行连续旋转。旋转方向取决于哪个绕组是“先导”，哪个绕组是“从动件”。如果任何一个绕组反转，旋转将反转。中心抽头简化了电流的反向，因为中心抽头可以连接到Vcc，线圈的每一端可以交替地拉到地上。无抽头电机需要双极驱动电压或多一点开关电路。如果电流同时作用于两个绕组，步进电机将在两个步进之间稳定（这通常称为“半步进”）。正交二次旋转可以得到非常平滑的二次绕组。这项技术不会特别有效，因为控制器至少会消耗与电机同样多的功率，但是，如果需要平滑运动，它可能值得一试！或者，对于那些不在乎复杂性的人来说，可以通过使用可变占空比脉冲有效地近似正弦波。但这里的目的是把那些发动机从垃圾箱里拿出来，而不是想更多的理由让它们单独呆着！下面是一些简单的事情。

步进电机是优秀的低功率发电机和低功率电机，适用于低转速应用。首先，试着把两个步进电机的绕组连接在一起。选择能自由转动的步进电机，这样内部摩擦就不会破坏实验。当你旋转一个电机轴时，另一个也会跟着转动。诚然，扭矩很小。但它确实说明了步进电机可以用来发电。以下是一些示意图，说明如何将步进电机连接为发电机：

交流绕组不直接连接，因为电压相差90度，由此产生的电压会稍低。如果每个绕组的接地未连接在一起，则可以使用双隔离输出。以下是一些应用建议：

一个大的电容器可以充电运行一段时间后的小电流曲柄旋转。有些设备可能需要调压器，但如果是手动供电，则使用高效的串联稳压器来节省电力。

尽管标签上有标记，许多步进电机都是优秀的低功耗电机。例如，在额定电压为8.5毫安的情况下，仅在额定电压为20毫安的情况下消耗双极性电压为280伏。这种低电流可以直接从许多运算放大器和逻辑器件中提取出来，而不需要任何额外的驱动器！很明显，机械负载必须轻，速度低，否则电机会失速，但许多有用的应用显示负载很少。以下是一些示例：

下面的电路通常被称为正交振荡器或正弦余弦振荡器，可以使用几乎任何具有相当高输出电流的运算放大器来构建。LM358实际上在这个电路中工作，但只是勉强工作！更好的选择是anLM833或任何一个更高电流的运算放大器。

这两个晶体管产生Vcc/2，这样当运算放大器变高或变低时，绕组中的电流就会反转。如果使用双极性电源，则不需要它们。只需将通向****的绕组接地。额定电压为16.8伏和280毫安的电动机在空载时仅消耗30毫安。试一下步进电机有什么可用的，调整电源电压以使其正常工作。别指望从这个电路中得到太多的转矩！为了获得更大的驱动能力，将两个晶体管连接到运算放大器输出端，方法与上述Vcc/2电路相同。省去电阻，只需将两个底座连接到运算放大器输出。两个****连接在一起并连接到电机绕组。

上面的电路是所有需要的许多应用，但下面的电路有一点更灵活。

74步进电机直接驱动低功率电路74。两个触发器交替计时，以提供所需的“跟随领队”脉冲序列。上述16.8伏电机（1.8度步进）在该电路中仅消耗20毫安，而极微小的15度步进12伏电机仅消耗30毫安。未使用的逆变器被连接成一个慢脉冲发生器，可用于随机改变旋转方向。实际上，方向的改变通常会和自旋振子同步，产生一个来回的动作，除非振子频率刚好合适。这种方向的改变会增加移动显示器的兴趣。

该电路产生四个控制信号，增加电路以实现高功率操作相当容易。如果使用中心抽头电机，则以下连接将起作用：

每个电机绕组都需要这些电路中的一个。如果电机没有中心抽头，请尝试下面的电路。这些值只是代表性的，可能会根据电机和晶体管增益而变化。没有规定防止感应反冲，但小型电机似乎不会产生太多。但是，如果使用更大的电机和更高的电流，可能需要小心。考虑在每个电机绕组上增加二极管到Vcc（阴极连接到Vcc）。另外，2N440X只适用于几百毫安，所以选择更重的晶体管，如果期望更高的电机电流，则使用低值电阻器。

图中所示的触发器是一个HC设备，其电源应限制在5或6伏，但如果添加驱动晶体管，触发器可以是4000系列设备。4000系列设备不能提供太多电流，但它们将以15伏的电压运行。将电阻增加到10k，并使用达林顿晶体管（或MOSFET，如VN10KM）代替所示的NPN。