Che ruolo gioca questo diodo?

Ho appena acquistato un kit Arduino Uno e sto esaminando tutti i progetti nell'opuscolo fornito con il kit. Anche dal più semplice circuito LED e resistore, per avere un'idea della scheda Arduino, breadboarding e rispolverare la mia conoscenza elettronica che non viene utilizzata da circa 30 anni. Deve rispolverare.

Uno dei circuiti è semplicemente la dimostrazione della commutazione di potenza mediante un motore e un transistor NPN. Capisco tutti gli aspetti di questo più elementare dei cuicuits ad eccezione della funzione di un diodo, che per quanto ne so, non ha alcun ruolo nel funzionamento del circuito. È sicuramente lì per una ragione, quindi la mia domanda è: qual è quella ragione?

Questo diodo serve a sopprimere eventuali back-EMF causati allo spegnimento del motore. In generale, quando si ha un carico induttivo come un motore o un solenoide di un elettromagnete, quando lo si accende, ci sarà una caduta iniziale di corrente, poiché parte della corrente agirà per formare un campo magnetico attorno alla bobina. Inversamente, quando si spegne, questo campo magnetico che è stato creato deve dissiparsi. Quando non è presente un diodo EMF posteriore, il percorso sarebbe attraverso il BJT, il che quasi sicuramente lo danneggerebbe, o forse altri componenti a seconda del circuito.

Per quanto riguarda la polarità del diodo stesso, quando si passa corrente attraverso un modo, si genera un campo in quella rispettiva direzione. Quando interrompi la sorgente, quel campo torna alla sua posizione di "riposo", il che significa che la corrente scorrerà momentaneamente nell'altra direzione.

Tutti i carichi reattivi (capacitivi e induttivi) hanno questo tipo di caratteristica di "immagazzinamento" che deve essere presa in considerazione nella progettazione, i carichi resistivi sono l'eccezione. Se vuoi saperne di più sulle equazioni di governo e simili, Wikipedia è un buon punto di partenza o, per una buona lettura, prova "The Art of Electronics", Horowitz e Hill, 3a edizione.

Il motore è un CARICO INDUTTIVO.

A causa della Legge di Induzione di Faraday che afferma che un tempo che varia / cambia corrente crea un campo magnetico con una magnitudine direttamente proporzionale alla variazione della corrente attraverso il conduttore nel tempo e (quanta simmetria esiste in fisica) un campo magnetico mutevole crea un campo elettrico campo (una differenza di tensione) che circonda il conduttore che si manifesta in opposizione al cambiamento di corrente che ha creato il campo magnetico. Ciò è dovuto alla legge di Lenz che completa la formula di Faraday per l'induzione elettromagnetica in cui viene creata una forza motrice elettro-elettrica pari alla velocità di variazione nel campo magnetico nel tempo (che è stata causata dalla variazione del flusso di corrente.

Legge di Faraday: back-EMF = (-1) dB / dt N dove back-EMF è il potenziale di tensione opposto al flusso di corrente che crea la resistenza al cambiamento, "-1" è la legge di Lenz, "dB" è la variazione del flusso magnetico e "dT" è il periodo di tempo durante il quale viene misurata la variazione e N è il numero di bobine di filo all'interno del campo elettrico mutevole.

Il tuo motore è induttivo a causa delle molte bobine di filo. Quando si avvia lentamente guadagna velocità invece di essere immediatamente alla massima velocità a causa della legge di Lenz che fa in modo che l'EMF posteriore resista al cambiamento del flusso di corrente fino a quando il flusso di corrente non cambia più e al massimo. Ora c'è energia immagazzinata nel campo magnetico corrispondente. Quando si spegne il motore continuerà a girare e ora invece di consumare energia sta generando energia. L'EMF posteriore originale scorreva verso l'alimentazione, ma ora mentre il motore rallenta l'induttanza resisterà al cambiamento di corrente e forzerà una corrente a fluire in avanti e nel collettore di transistor.

Poiché la corrente è il flusso di elettroni, gli elettroni devono provenire da qualche parte. Il transistor collega il motore a GROUND, dove inizialmente si trovavano gli elettroni. Gli elettroni "mossi" dalla forza elettro-motrice indotta dal collasso del campo magnetico si accumulerebbero sul collettore di transistor senza il diodo e dovrebbero provenire dal tuo alimentatore che non gradirà. Con un diodo che fornisce un percorso di ritorno per quell'EMF, si dissiperà attraverso il diodo e il motore dopo che una coppia lo attraversa.

Quindi, il diodo fly back consente un percorso per gli elettroni di fluire attorno al motore e non nell'alimentatore o nel transistor (causando potenziali danni), creato dall'autoinduzione negli avvolgimenti del motore quando spento e causato dall'improvviso cambio di corrente a zero.