Tranzystorowy mostek typu H.docx

LABORATORIUM

1.       Wstęp

Mostek typu H (ang. H-Bridge) jest umownym określeniem układu, którego głównym zadaniem jest sterowanie silnikiem prądu stałego. Nazwa pochodzi od charakterystycznego wyglądu na schemacie

Rys. 1. Graficzne oraz symbolicznie pokazanie działania mostka typu H.

Mostek typu H składa się z 4 kluczy zero - jedynkowych, którymi najczęściej są elementy półprzewodnikowe, rzadziej elementy mechaniczne. Główną zasadą sterowania mostkiem jest konieczność załączania jego kluczy „po przekątnej”. Jak można zauważyć na schemacie załączenie tej samej „pionowej” nogi mostka (np. S1 i S3) spowoduje galwaniczne zwarcie. Odpowiednie zamienianie biegunów pozwala na zmianę kierunku przepływu prądu (a zatem i obrotów silnika) jak i odpowiednie częste załączanie i wyłączanie kluczy pozwala na regulację wypełnienia przebiegu czyli pozwala sterować „mocą” silnika. Taka modulacja sygnału sterującego nosi nazwę PWM (Pulse – Width Modulation), czyli do tranzystorów dociera sygnał prostokątny, o regulowanej szerokości impulsu. Mając na uwadze to aby nie doprowadzić do zwarcia, driwer sterujący pracą tranzystorów posiada minimalną zwłokę czasową, która daje pewność, że dana „pionowa” linia nie będzie jednocześnie załączona.

Rys. 2: Schemat układy tranzystorów (po lewej) oraz schemat powstawania sygnału sterującego pracą tranzystorów (po prawej).

Obecnie stosuje się najczęściej mostki w postaci układów scalonych (dla silników małej mocy), które często są budowane wraz z diodami zabezpieczającymi (przykład układ scalony L293D).

 

2.       Obserwacja przebiegów sterujących driverem na oscyloskopie

W pierwszej części ćwiczenia zbadano 4 możliwe kombinacje do wytworzenia sygnału sterującego. Regulowano tzw. napięcie odniesienia ( VCONTROL) i napięcia graniczne generowania sygnału piłokształtnego. Łącząc te dwa sygnały powstaje sygnał prostokątny, a szerokość jego impulsów jest efektem „przepuszczenia” górnej lub dolnej „części” sygnału piłokształtnego względem napięcia odniesienia – jeden z sygnałów (CH1) należy do jednej grupy tranzystorów, drugi jest ich zanegowanym odpowiednikiem (CH2), gdyż przechodzi przez negator.

1)      Skala VCONTROL: 0 do 10 [V] ; Sygnał piłokształtny: 0 do 10 [V]

1. 1. VC = 0 [V]

Sygnał Vc wynosi 0, więc żadna część przebiegu piłokształtnego nie jest w stanie go przekroczyć

2. 2. VC = 5 [V]

Sygnał Vc ustawiony jest na 5V, czyli w połowie wartości amplitudy przebiegu piłokształtnego. Komparator „przepuszcza” sygnał prostokątny mający ok. 50% wypełnienia

3. 3. VC = 10 [V]

Sygnał Vc równy 10V, praktycznie cały okres przebiegu piłokształtnego jest „przepuszczany” przez komparator, daje to sygnał prostokątny prawie całkowicie wypełniony. Ponieważ działaliśmy tylko dla dodatniej wartości przebiegu piłokształtnego żadna część zanegowana nie przekroczyła sygnału sterującego dlatego na drugim kawale nie zaobserwowano zmian sygnału w żadnym przypadku.

2)      Skala VCONTROL: 0 do 10 [V] ; Sygnał piłokształtny: -10 do 10 [V]

1. 1. VC = 0 [V]

Ponieważ Vc równe 0 znajduje się w połowie amplitudy sygnału piłokształtnego, to powstały sygnał prostokątny dla obu nóg posiada ok. 50 % wypełnienia

2. 2. VC = 5 [V]

Vc jest równe 5, co daje sygnał prostokątny o proporcji ¾ wypełnienia sygnały prostokątnego dla jednej grupy tranzystorów i ¼ dla drugiej.

3. 3. VC = 10 [V]

Gdy Vc uzyska wartość maksymalną, to uzyska się sygnał prostokątny praktycznie cały czas wypełniony dla jednej grupy i niemalże pusty przebieg dla drugiej (zanegowanej). Zaobserwować można dwubiegunowość przebiegu.

3)      Skala VCONTROL: -10 do 10 [V] ; Sygnał piłokształtny: 0 do10 [V]

1. 1. VC = -10 [V]

Sygnał jest prawie całkowicie wypełniony dla jednej grupy (zanegowanej)

2. 2. VC = 0 [V]

Nie jest przepuszczany sygnał dla żadnej z grup ze względu na napięcie Vc = 0 będące poza zakresem sygnału piłokształtnego (a konkretnie na wartości do której „zęby” przebiegu dochodzą). Jednocześnie nie powstaje sygnał zanegowany gdyż negacja 0 daje 0.

3. 3. VC = 10 [V]

Sygnał prostokątny posiada praktycznie całe wypełnienie, negacja tego sygnału wynosi 0. W tym przypadku również nie mamy sterowania dla drugiej grupy (podobnie jak w 1 punkcie).

4)      Skala VCONTROL: -10 do 10 [V] ; Sygnał piłokształtny: -10 do10 [V]

1. 1. VC = -10 [V]

Sygnał prostokątny zanegowany posiada prawie całkowite wypełnienie, wiąże się to z przepuszczaniem prawie całego przebiegu piłokształtnego dla jedne...