实用电子学/步进电机

步进电机是一种通过每次旋转一小定角度（通常在 1 到 5 度之间）来旋转轴的装置。这非常精确，因此它们非常适合需要运动的应用，而这些运动没有反馈来控制电机速度。但是，它们不能像更简单的电机一样简单地由直流或交流电压驱动；它们需要更复杂的电路来驱动它们。

有关步进电机的更多信息，请访问《电机和发电机维基教科书》中的“步进电机”页面。对于本书，我们将只关注基础知识。步进电机有两种类型 - 单极和双极。双极电机是最简单的，所以我们将首先看看它们。

双极电机

双极电机有两个线圈，每个线圈的两端都有一个连接，总共四根线。可以识别出哪根线是哪根线，因为不同线圈之间电阻为无穷大。通常，连接在原理图中命名，1a 和 1b 是一个线圈的两个连接，而 2a 和 2b 是另一个线圈的两个连接。

要通过一步驱动双极步进电机，线圈必须以特定顺序通电。考虑一个线圈；如果 1a 保持高电平，1b 保持低电平，则该线圈被认为是正向导通的。如果 1a 接地，1b 为高电平，则它反向导通。要驱动步进电机，线圈必须交替地从正向导通切换到反向导通。

下表显示了驱动电机正向旋转一步时施加到四根线上的输入电压。此序列产生的线圈极性显示在表的右端。

顺序	1a	1b	2a	2b	线圈 1 极性	线圈 2 极性
1	+	-	+	-	正向	正向
2	-	+	+	-	反向	正向
3	-	+	-	+	反向	反向
4	+	-	-	+	正向	反向

有很多方法可以生成此序列，从使用基本逻辑到将控制集成到微控制器中。下面是使用简单逻辑组件制成的电机控制器的电路图。每次 STEP 输入发生低电平到高电平的转换时，电路就会前进一个阶段。DIR 输入控制步进方向；如果它为高电平，它会向一个方向旋转，如果它为低电平，它会向另一个方向旋转。

但是，此电路不能单独驱动步进电机，因为逻辑输出不能提供足够的电流。需要某种形式的放大。双 H 桥布置可以提供必要的电流和电压反转

推荐用于驱动步进电机的晶体管是 MOSFET IRF510 或 IRF530（N 通道）和 IRF9520 或 IRF9530（P 通道）。这些晶体管内置箝位二极管，因此上面的电路中的 D1-D8 是不必要的。如果您在高电流下运行，明智的做法是保留它们以增加保护。但是，任何类型的功率晶体管（FET 或 BJT）都应该适合此用途，只要驱动电机所需的电流不超过晶体管的额定值。

单极电机

单极电机具有更复杂的线圈绕组系统，但驱动方法更简单。单极电机线圈不是有两个连接，而是有三个 - 每个线圈都有一个中心抽头。因此，单极电机有六根引线，分为两组，每组三根。有时只有五根，因为中心抽头可能在内部连接在一起。

要识别未标记的引线，首先找到两组三根线 - 它们之间根本没有连接。然后，找到中心抽头 - 它是与三根线中另外两根线之间电阻相等的线。如果中心抽头在内部连接在一起，这将更加困难，但通过反复试验，应该可以做到。但是，通常可以通过仔细观察线从电机中出来的方式来弄清楚连接 - 它们通常在物理上分组为三根线或连接到一个小的 PCB 上，连接逻辑地布置。

通过将此中心抽头保持在公共电压（可能是接地）并切换用于为电机供电的电压，从线圈的一端切换到另一端，可以反转电压流的方向。

单极电机中的绕组是双线绕组，这意味着有两个线圈相互缠绕 - 一个连接“a”连接器到中心抽头，另一个连接“b”连接器到中心抽头。由于双线绕组的每一半都与双极电机中的一个线圈一样大，因此单极电机往往比双极电机更宽。

单极电机的优点是，不需要 H 桥驱动器，因为需要做的就是在线圈通电时，将高电压施加到连接器之一 - 另一端不需要相反的处理，它可以断开连接而不是连接到相反的电源轨。

施加到连接器 1a、1b、2a 和 2b 的电压序列与之前相同，因此 XOR 门和 JK 触发器（或 PIC 等）系统可用于单极电机。但是，晶体管驱动电路更简单

任何类型的功率晶体管（FET 或 BJT）都应该适合此用途，只要驱动电机所需的电流不超过晶体管的额定值。建议使用 IRF520、TIP31、TIP120 等晶体管。同样，如果晶体管内置箝位二极管，则不需要单独的二极管，但如果保留它们也不会造成任何损坏（任何电压和正向电流值类似于晶体管的二极管都适合）。

如果需要，单极电机可以忽略中心抽头，用作双极电机。这会导致扭矩降低，因为线圈的长度是原来的两倍，因此电阻是原来的两倍，电流是原来的一半。或者，忽略一个端连接，使用绕组的一半。这应该提供与电机正常使用时完全相同的特性。但是，应注意绝缘悬空的线，因为它会像自耦变压器一样工作，并将施加到下半线圈的电压增加一倍。