خانه > آموزش, الکترونیک ، برق > آشنایی با طرز کار مدار درایور

آشنایی با طرز کار مدار درایور


این درس با مدار درایور و نحوه کنترل روباتها به کمک این مدار آشنا میشویم. مدار درایور به ما کمک میکند بدون اینکه آسیبی به آی سی ها و دیگر اجزای مدار برسد بتوانیم موتور ها را کنترل کنیم. این مدار چهار ورودی دیجیتال ( یعنی صفر و یک) دریافت میکند و بعد از تقویت آنها موتور ها را راه اندازی میکند. اگر درایور نبود ورودی های دیجیتال به خاطر جریان دهی کن نمیتوانستند موتور ها را راه بیندازند.
چون دوره آموزشی شما آموزش روبوتیک با رویکرد مدار منطقی است، تا حالا خیلی در باره ولتاژ و جریان و IC و خازن و … با شما صحبت نکرده ایم و فرض بر این بود که شما دوستان با این مفاهیم آشنا هستید. ولی باز هم برای یادآوری خلاصه ای از این مفاهیم را بیان میکنیم و بعد به سراغ بورد درایور میرویم.
همانطور که میدانید ولتاژ و جریان مفاهیم پایه در الکترونیک هستیند. ولتـاژ به عنوان نیرویی که جریان الکتریکی را به وجود می آورد و جریان الکتریکی به عنوان خاصیتی که موجب راه اندازی ادوات الکترونیکی و الکتریکی میگردد مطرح هستند. پس آشنایی با این مفاهیم در یادگیری روبوتیک اهمیت ویژه ای دارند.
ولتاژی که برای تغذیه بورد درایور نیاز داریم ولتاژ 6 ولت است که از سری کردن 4 تا باتری قلمی 1.5 ولت حاصل میشود – از همین باتری های معمولی خودمان! – در حقیقت مدار برای همچین ولتاژی طراحی شده و اگر بیشتر از این به آن وصل کنیم المانهایی نظیر ترانزیستور ها و خازن و غیره ممکن است دچار سوختگی شوند!اگر از آداپتور و یا هر وسیله دیگری برای تغذیه استفاده میکنید مراقب باشید که نوسانات ولتاژ آن باعث نشود که ولتاژ مدار به بالاتر از 6 ولت برسد.
حالا به سراغ توضیح برخی از المانهای الکترونیکی میرویم که توی این مدار به کار گرفته شده اند:
1 – مقاومت

حتما با این المان از قبل آشنایی دارید اما به هر حال یک توضیح مختصری در باره آن ارائه میکنیم. رابطه مقاومت و ولتاژ و جریان همانطور که میدانید رابطه اهم است:
V = I * R
رابطه فوق بیان میکند که اگر با ولتاژ ثابت مقدار مقاومت را کاهش دهیم مقدار جریان عبوری افزایش پیدا میکند و بلعکس. پس مقاومت همانطور که از اسمش هم پیدا است در برابر عبور جریان مقاومت میکند!
2 – خازن

خازن هم یکی از المانهای الکتریکی است که در مدار درایور با آن سر و کار داریم. این المان در حقیقت برای ذخیره کردن انرژی به کار میرود. اما در اینجا برای گرفتن «نویز» تغذیه به کار رفته است.نویز یا آلودگی در حقیقت همان نوسانات بیخودی مقدار ولتاژ است. وقتی یک خازن بین ورودی ولتاژ قرار میدهید باعث میشود انرژی ذخیره شده در خازن در مواقع افت ولتاژ وارد مدار شده و اثر افت را خنثی کند و همچنین در هنگام افزایش ناگهانی ولتاژ هم مقدار اضافه انرژی در خازن ذخیره گردد.اگر دقت کنید میبینید که خیلی از موتور های الکتریکی – آرمیچر ها – هم از خازن در ورودی خود استفاده کرده اند.
3 – ترانزیستور
قطعه بعدی ترانزیستور است که در حقیقت اصلی ترین عضو درایور است. امروز کمی در مورد ترانزسیتور با هم صحبت میکنیم و تا حدی که بتوانیم درایور روبات خود را با آن بسازیم در مورد آن یاد‌میگیریم. دوستان علاقه‌مند میتوانند به کتابهای الکترونیک – مثل کتاب الکترونیک میر عشقی – مراجعه کنند.
ترانزیستور یک عنصر سه سر است که کاربرد های فراوانی دارد. شماتیک مداری ترانزیستور به صورت زیر است:

نوعی ترانزسیتور های موجود در بازار به صورت قطعاتی هستند که سه تا پایه از آنها خارج شده است. اسم این پایه ها بنا به کاربرد آنها «بیس»، «امیتر» و «کولکتور» است.ترانزیستور بر حسب اینکه چه ولتاژی ریو پایه های آن بیفتد میتواند در نقش یک سوئیچ کننده جریان و ولتاژ و یا یک تقویت کننده عمل کند. ما در مدار درایور از نقش تقویت کنندگی آن استفاده کرده ایم.
برای راه اندازی هر موتور باید از 4 ترانزیستور استفاده کنیم. پس در نتیجه مدار درایور ما دارای 8 ترانزیستور خواهد بود. 4 تا»npn» و چهار تا هم» «pnp .
در ترانزیستور های NPN جا به جایی الکترونها- یا بارهای منفی- در نیمه هادی ها باعث تولید جریانی از پایه «کولکتور» به پایه «امیتر» میشود، در حالیکه در ترانزیستور های PNP این قضیه بر عکس است و در ضمن این بار حفره ها – یا بارهای مثبت- هستند که حامل جریان الکتریکی در نیمه هادی هستند.
در شکل زیر نماد شماتیک این دو نوع ترانزیستور را مشاهده میکنید:

اگر بخواهیم خلاصه ای از کار ترانزیستور را بیان کنیم باید بگویم که وقتی پایه «بیس» ترانزیستور –‌همان پایه وسطی- به وسیله ولتاژ تحریک شود، بین پایه های «امیتر » و «کولکتر» جریان برقرار میگردد و مقدارش هم بسته به مقدار ولتاژی است که روی پایه «بیس» افتاده است.
در ترانزیستور های NPN این جریان از طرف «کلکتور» به «امیتر» است – همانطور که در شماتیک آن هم پیدا است- و در PNP ها بر عکس است. در ضمن نحوه تحریک شدن پایه «بیس» هم در این دو تا فرق میکند، یکی به افزایش ولتاژ تحریک میشود و یکی با کاهش آن. یعنی در حالت دیجیتالی اگر به بیس یک ترانزیستور NPN، 1 بدهیم ( یعنی 5 ولت مثلا) میتوانیم جریانی بین کولکتور و امیتیر آن برقرار کنیم ولی برای ایجاد همین جریان در PNP باید به بیس صفر بدهیم.
این چیز هایی که گفتیم البته خیلی خیلی خلاصه بود … ترانزیستور ها انواع و ادا و اصول های بیشماری دارند که بسیار مورد توجه طراحان کنکور کارشناسی ارشد است!!
4 – کلید

قطعه بعدی یک کلید است که با SW نشان داده میشود – مخفف SWITCH – این قطعه بسیار ساده است و برای وصل کردن تغذیه به مدار استفاده میشود و دو حالت ON و OFF دارد.در حقیقت اگر این قطعه ساده را نداشتیم یا یادمان رفته بود آن را در طراحی ها بگنجانیم، از همان اول روبات ما آن قدر کار میکرد تا باتری هایش خالی شوند!
5 – دیود

این قطعه یک راه یک طرفه برای الکترونها درست میکند و خلاف جهتش را ورود ممنوع میسازد! در حقیقت جریان در یک دیود تنها در راستای فلش آن که در شکل شماتیک دیده میشود میتواند جریان داشته باشد وگرنه هیچ جریانی برقرار نمیگردد.

حالا برویم سراغ خود مدار درایور و ببینیم چطوری کار میکند.
مدار درایور قرار است یک ورودی دیجیتال معنی دار در مورد موتور ها بگیرید و آن را تبدیل به حرکت موتور کند. موتور ها سه حالت دارد، چرخیدن ساعتگرد، پادساعتگرد و ایستادن.مدار ما باید به شکلی باشد که ورودی دیجیتال را تقویت کند و به موتور ها منتقل سازد.
ورودی ممکن است از آی سی های دیگر بیاید و یا اصلا مستقیما از سنسور ها دریافت شود.
مداری که الان قرار است تا حدودی آن را تحلیل کنیم ورودی ها را به خروجی های 6 ولتی با جریان دهی های مناسب تبدیل میکنند تا بتواند موتور ها را راه بیندازند.توجه داشته باشید که تنها 6 ولت برای راه اندازی موتور ها کافی نیست و باید قدرت جریان دهی را هم فراهم کرد – یعنی یک جور هایی راه حرکت الکترون ها را مهیا نمود. اگر الکترونها از توی ای سی های مراحل قبل می آیند ممکن است اتصال آنها به موتور که عنصری الکترونخوار(!) به حساب می آید باعث داغ شدن آی سی ها و یا حتی سوختن آنها بشود.
برای این کار از مداری به نام H-Bridge استفاده میکنیم ( به فارسی یعنی پل اچ!) اگر به مدار نگاه کنید شباهت آن را با حرف H متوجه میشوید!
این مدار با چهار ترانزیستور کار میکند و با فرمان دهی به آن میتوان موتور ها را در سه حالت ذکر شده به حرکت در آورد:

همانطور که میبینید این مدار از دو ترانزیستور NPN (به شماره 8050)و دو ترانزیستور PNP (به شماره 8550) تشکیل شده است و میتواند یک موتور را هدایت کند. پس برای دو تا موتور باید دو تا H-Bridge داشته باشیم، یعنی 8 تا ترانزیستور.
سعی کنید مدار بالا را تحلیل کنید. و بفهمید چطوری کار میکند. و سوال های خودتان را بپرسید.

  1. amin
    مارس 23, 2009 در 8:00 ق.ظ.

    etelaate dade shode besiar mahdood va payeie hastan lotfan dade ha va mafahim ra takhasosi tar va jame dar bayan konid ba tashakor

  1. No trackbacks yet.

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s

%d وب‌نوشت‌نویس این را دوست دارند: