電機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)中是個(gè)再普通不過(guò)的機(jī)電類產(chǎn)品，電機(jī)技術(shù)的成熟運(yùn)用，使得這種能把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備可以說(shuō)是無(wú)處不在了，近到我們隨身攜帶的手機(jī)，遠(yuǎn)到探索星際的飛船都有它們的存在。它們有著多種多樣的分類和用途，能制成大大小小的體積，實(shí)現(xiàn)各種各樣的控制、傳動(dòng)需求，是機(jī)電一體化設(shè)備中有著不可取代的地位。在電子愛(ài)好者中它們一樣有著十足的用武之地，能制作各式各樣的小型機(jī)器人、遙控玩具車船、散熱設(shè)備、電動(dòng)工具、甚至是簡(jiǎn)易的發(fā)電裝備等等。這個(gè)系列的文章就是簡(jiǎn)單的對(duì)一些常用的小型電機(jī)做介紹，大家一起了解和使用這些讓我們著迷的小精靈。

直流電機(jī)如何工作

直流電機(jī)，英文directcurrent machine，DC machine，在百科的詞條中是這樣定義的：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動(dòng)機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在一些地方俗語(yǔ)中會(huì)稱之為馬達(dá)、摩打等，多為英文的音譯。

從英國(guó)科學(xué)家邁克爾.法拉第（Michael Faraday）發(fā)明世界第一臺(tái)電機(jī)到現(xiàn)在已經(jīng)有199年的歷史了（1821年），直流電機(jī)的制造及應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)是相當(dāng)成熟的了。回頭看看法拉第的第一臺(tái)電機(jī)是怎么樣子的呢？他的實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)碟子中倒入水銀，其中為永磁鐵，在碟子上面懸掛一導(dǎo)線，導(dǎo)線一端連接電池的正極，另一端則浸泡在水銀中，水銀則和電池負(fù)極相連，水銀有導(dǎo)電性和流動(dòng)性，在這里就充當(dāng)了電刷的角色了。電流通過(guò)導(dǎo)線，產(chǎn)生磁場(chǎng)，和放置在碟子中的磁鐵產(chǎn)生相互作用力，這使得導(dǎo)線翹起圍著磁鐵旋轉(zhuǎn)。圖一就是原始的法拉第實(shí)驗(yàn)示意圖。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的裝置并沒(méi)有實(shí)用的價(jià)值，但從原理上是符合了直流電機(jī)的定義，我們也可以用這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理仿制一些小的電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)玩具。

圖一

一個(gè)利用這個(gè)原理制作的最簡(jiǎn)單電機(jī)實(shí)驗(yàn)，制作用料很簡(jiǎn)單，電池、銅絲和圓柱形釹鐵硼磁鐵塊。制作方法是先把銅絲做成直徑比電池直徑略大一點(diǎn)的銅絲圈，把圓柱形釹鐵硼磁鐵塊吸在電池的負(fù)極，銅絲圈接口處的銅線放在正極上相當(dāng)于電機(jī)上的轉(zhuǎn)軸，銅絲圈的另一端接觸到電池負(fù)極下的磁鐵塊，釹鐵硼磁鐵塊具有導(dǎo)電性就相當(dāng)于直流有刷電機(jī)中的電刷，放置好后電流流過(guò)銅圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)和釹鐵硼磁鐵塊的磁場(chǎng)相互作用時(shí)，線圈就轉(zhuǎn)動(dòng)了（注：圖中釹鐵硼下面的普通磁鐵塊只起固定作用，可以不使用）。有興趣的朋友可以做來(lái)哄小朋友，簡(jiǎn)單而又有教學(xué)作用。

然而法拉弟并沒(méi)有把這個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)用化，直到1832年，電磁鐵的發(fā)明者英國(guó)的威廉.斯特格恩（William Sturgeon）制作出第一臺(tái)具有實(shí)用性的四芯電機(jī)，最重要的這個(gè)電機(jī)已具有了電刷來(lái)?yè)Q相，是現(xiàn)代電機(jī)的原形。它的原理圖如圖三。到了1834年，美國(guó)人托馬斯·達(dá)文波特ThomasDavenport制造出第一輛直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車模型，如圖四。雖然現(xiàn)代的直流電機(jī)和它們的老祖宗在性能及造型上有著天壤之別，但是其基本原理結(jié)構(gòu)的組成要素都是一樣的，只是實(shí)現(xiàn)的形式不同了。在商業(yè)化供電網(wǎng)還沒(méi)出現(xiàn)之前，電機(jī)只能靠酸性電池來(lái)做能源，能源問(wèn)題使得電機(jī)的發(fā)展一度停滯不前。而今，在網(wǎng)絡(luò)供電時(shí)代，電機(jī)的能源供給問(wèn)題得以解決，電機(jī)得以飛速的發(fā)展，同時(shí)借助越來(lái)越先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，不單單是可以實(shí)現(xiàn)輸出更大的動(dòng)力，而且能實(shí)現(xiàn)更高速和準(zhǔn)確的控制。

以上那個(gè)小實(shí)驗(yàn)我們可以直觀的看到電流流過(guò)處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，會(huì)受到一種力的作用。電機(jī)正因?yàn)槭艿竭@種力的作用才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種力稱之為洛倫茲力，是荷蘭物理學(xué)家洛倫茲最先提出這個(gè)觀點(diǎn)，它是指運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受到的力，即磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，力作用方向與電流方向和磁場(chǎng)方向都保持垂直。洛倫茲力的作用方向可以用左手法則來(lái)確定。那么如何使用左手法則來(lái)判定洛倫茲力的方向呢？還是用上面那個(gè)電機(jī)小實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明，如圖五，首先我們要找出磁力線的方向，可以借助指南針，或手機(jī)上的電子指南針，指南針的南（S極）會(huì)指向磁場(chǎng)的N極，這樣就可以得知磁力線的方向，從N極指向S極，電流方向是從電源正極指向負(fù)極，得知這2個(gè)方向后，伸出左手，拇指與其余四指呈90度，四指指向電流方向，拇指指向磁場(chǎng)方向，那么掌心所對(duì)的方向就是洛倫茲力的作用方向，所以這時(shí)銅圈就會(huì)做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。也可以參看圖六來(lái)理解通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受洛倫茲力作用的情況，您也可以試著伸出左手在這圖上試試左手定則。

圖五

圖六

細(xì)心的讀者可以看出上面那個(gè)銅圈在電路中最多只算是兩段通電的導(dǎo)體，兩者電流方向是一致的，但所處位置不同，受到的磁場(chǎng)作用有所不同，受力后導(dǎo)體位置不斷改變，所處在磁場(chǎng)位置也變化，受力不會(huì)平衡，所以會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。然而我們使用的電機(jī)在原理上并不可能用這樣的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上常見(jiàn)的直流電機(jī)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的導(dǎo)體是做成環(huán)狀的線圈，電源連接于線圈的二端，其原理結(jié)構(gòu)如圖七。我們同樣可以使用左手定則來(lái)分析環(huán)形線圈在磁場(chǎng)中的受力情況。從圖中可以看到，環(huán)形線圈中，電流的走向可以分為兩段，A、B兩段的方向正好相反，使用左手定則分開(kāi)來(lái)分析得出A段受到向上的力，而B(niǎo)段受到向下的力，當(dāng)線圈平面沒(méi)有處于鉛垂位置時(shí)，兩股力會(huì)形成力矩使得線圈向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)鉛垂位置時(shí)，A段向上的力與B段向下的力在同一垂直線上，不產(chǎn)生力矩，這時(shí)達(dá)到平衡停止轉(zhuǎn)動(dòng)。為了繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，必須改變一下電源的極性，極性改變后A段受向下的力，B段受向上的力，受力狀態(tài)在極性改變的瞬間被打破，繞圈繼續(xù)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，直到再次到達(dá)鉛垂位置再次平衡。由此可知，只要在鉛垂位置上進(jìn)行電源極性轉(zhuǎn)換，線圈就會(huì)一直轉(zhuǎn)動(dòng)下去，這種方式也已被廣泛用于大多數(shù)的直流電機(jī)中，這種交替改變線圈中電流方向的過(guò)程稱為換向。常見(jiàn)的永磁直流電機(jī)中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能的裝置有換向器和電刷。

圖七

通過(guò)拆解小型直流電機(jī)來(lái)了解一下常用小型直流電機(jī)的主要組成部分，如圖八，直流電機(jī)主要由以下幾個(gè)主要組成部分所組成：

轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)是在電機(jī)中心軸上固定單匝或多匝線圈，線圈通過(guò)電刷連接到換向器獲取交替變化的電流，使其在磁場(chǎng)洛倫茲力的作用下，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩并通過(guò)中心軸輸出。圖八中間所示的就是轉(zhuǎn)子，電機(jī)軸上面固定了三匝線圈組成一組繞組，線圈引線連接在電刷上。實(shí)際使用的直流電機(jī)中線圈一般至少為三匝或以上，多線圈組成的繞組目的在于增強(qiáng)洛倫茲力強(qiáng)度以及減少繞組轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中力矩波動(dòng)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻，同時(shí)也提高了能量的轉(zhuǎn)換效率。

** 定子** 定子是圍繞安置在轉(zhuǎn)子周圍，用于在電機(jī)中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的裝置。一般小型直流電機(jī)的定子多是使用永磁體制作，在大功率的直流電機(jī)定子會(huì)使用線圈制作的電磁鐵。圖八左邊所示的是定子，由一塊環(huán)形圓柱形永磁鐵組成。

換向器 換向器的結(jié)構(gòu)是二塊分開(kāi)的金屬?gòu)椘?，用于接觸電刷來(lái)給線圈提供交替變化的電流。換向器是固定的，電機(jī)軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電刷會(huì)旋轉(zhuǎn)的角度變化，交替的換向器二極接觸，變換線圈的電源極性。

在制作機(jī)電結(jié)合的DIY作品時(shí)，我們通常要用到小型的直流電機(jī)，那么我們?nèi)绾芜x購(gòu)所需要的電機(jī)呢？現(xiàn)今我們不但可以在電子市場(chǎng)上買到需要元件，也可以足不出戶在網(wǎng)絡(luò)上購(gòu)買到需要的元件，但無(wú)論我們從那一種渠道購(gòu)買電機(jī)，應(yīng)該在第一時(shí)間向供應(yīng)商索要或詢問(wèn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)，最好是廠商提供的技術(shù)文檔，當(dāng)然也可以在網(wǎng)絡(luò)上根據(jù)電機(jī)型號(hào)來(lái)查找相關(guān)的資料。從這些文檔中我們可以詳盡的得知該型號(hào)電機(jī)的所有詳細(xì)技術(shù)資料，如外形、安裝尺寸、力矩、電壓、軸長(zhǎng)等等，有了這些資料可以在制作項(xiàng)目中更精準(zhǔn)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而實(shí)際上我們?cè)谫?gòu)買時(shí)往往不會(huì)索要到這些文檔，對(duì)于小廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品或是二手貨物，更沒(méi)法保證能獲取全部的技術(shù)資料，但有些電機(jī)會(huì)在電機(jī)的銘牌或招紙上有標(biāo)示電壓、功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。那么愛(ài)好者可以在選購(gòu)時(shí)關(guān)注以下幾個(gè)基本指標(biāo)，來(lái)看商品是否滿足自己的要求：

**輸入電壓、電流 **無(wú)論到那購(gòu)買電機(jī)，商家首先都會(huì)問(wèn)“需要多少伏電壓的電機(jī)”。常見(jiàn)的小型直流電機(jī)的額定輸入電壓有3V、6V、12V、24V和36V。選用時(shí)可以根據(jù)控制電路所能提供的電壓值去選取合適的電機(jī)，盡量不要選用需要電路額外提供電源的電壓值。當(dāng)然同時(shí)也要考慮電機(jī)的輸出，同樣功率的電機(jī)，而輸入電壓不一樣時(shí)，需求的電流是不樣的。6V的電機(jī)要輸出和12V電機(jī)一樣的功率時(shí)，電流則需要后者的2倍。供應(yīng)商一般不會(huì)提供輸入電流值，但比較容易求得，我們將在下面的段落再做討論。

** 轉(zhuǎn)速 **供應(yīng)商一般會(huì)提供一個(gè)轉(zhuǎn)速值，單位多為r/min(轉(zhuǎn)/分)，常見(jiàn)的小型電機(jī)空載轉(zhuǎn)速一般在5000-20000r/min之間。需要更低轉(zhuǎn)速時(shí)則需要選擇帶減速機(jī)構(gòu)的電機(jī)或使用調(diào)速電路進(jìn)行調(diào)速。圖九是小型金屬齒輪減速電機(jī)。

** 轉(zhuǎn)矩** 轉(zhuǎn)矩就是距軸心一定半徑距離上所輸出的切向力。轉(zhuǎn)矩的單位為牛頓?米(N?m)。如果一個(gè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為1N.m，也就相當(dāng)于在軸心上安裝一個(gè)1米的大圓盤，而電機(jī)帶著圓盤的邊緣掛著1公斤重物順利旋轉(zhuǎn)。如果需要精確要求轉(zhuǎn)矩，在購(gòu)買時(shí)一定參考詳細(xì)的電機(jī)的技術(shù)文檔。通常是通過(guò)對(duì)電機(jī)增加減速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)增大力矩，但同時(shí)會(huì)把終端輸出的轉(zhuǎn)速降低。

** 尺寸** 小型直流電機(jī)種類繁多，大小不一，所以在購(gòu)買時(shí)務(wù)必要注意其體積大小、定位孔、軸直徑、軸長(zhǎng)等關(guān)鍵尺寸，以確保電機(jī)能正確安裝到設(shè)備中去。

除了詢問(wèn)以上基本技術(shù)參數(shù)外，如有條件，在購(gòu)買時(shí)可以試著加電或手動(dòng)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，聽(tīng)聽(tīng)電機(jī)有沒(méi)異響，感覺(jué)一下轉(zhuǎn)子是不是轉(zhuǎn)動(dòng)順暢。特別是在跳蚤市場(chǎng)上選擇二手電機(jī)時(shí)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)不順暢或有異響那可能是電刷、換向器、軸承或減速機(jī)構(gòu)有問(wèn)題。

當(dāng)我們手上有一個(gè)直流電機(jī)時(shí)，我們只知它的額定輸入電壓，那么我們可以用如下的方法求得堵轉(zhuǎn)電流和空載電流。

當(dāng)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)法帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，形成堵轉(zhuǎn)，這里所通過(guò)的電流也稱之為堵轉(zhuǎn)電流。因轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，此時(shí)繞組線圈就可以簡(jiǎn)單的看成是一個(gè)電阻。所以其電流值可以簡(jiǎn)單用歐姆定律求得，電流=電壓/電阻。小型直流電機(jī)的繞組電阻通常都很小，所以要用精度高的萬(wàn)用表測(cè)得電阻值來(lái)計(jì)算。如一個(gè)6歐的電機(jī)，在供電電壓為6V時(shí)，堵轉(zhuǎn)電流就為1安。

空載電流可以直接在電機(jī)和電源間串入電流表來(lái)直接測(cè)得。也可以串入小阻值的功率電阻再測(cè)功率電阻二端的電壓值，再用串聯(lián)電路公式求得電流。

使用電機(jī)時(shí)輸入的電壓值不應(yīng)超過(guò)額定值，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸入電壓越高繞組線圈所流過(guò)的電流也越大，發(fā)熱量也越大，長(zhǎng)期工作在電壓超標(biāo)的狀態(tài)，電機(jī)的壽命會(huì)大大縮短。電機(jī)軸上的承受的載荷越大，電流也會(huì)越大，同時(shí)對(duì)于電機(jī)軸或減速機(jī)構(gòu)的磨損也越嚴(yán)重，所以要使電機(jī)壽命延長(zhǎng)，電機(jī)軸上的載荷越小越好，或是選用更大功率的電機(jī)已滿足載荷要求，如果有條件的可以安裝滾珠軸承減少摩擦所增加的額外載荷。要求大轉(zhuǎn)矩的情況時(shí)，可以選擇使用行星齒輪減速電機(jī)，基本條件一樣的情況下蝸輪蝸桿以及直齒轉(zhuǎn)減速電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩相對(duì)會(huì)小一些。定期在軸承、減速機(jī)構(gòu)上加注潤(rùn)滑油保持機(jī)件的小摩擦量，一來(lái)可以延長(zhǎng)電機(jī)壽命，二來(lái)也可以減輕運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲。在固定電機(jī)時(shí)使用橡膠墊片，可以減少噪聲及減少對(duì)電機(jī)及減速機(jī)構(gòu)帶來(lái)的沖擊和震動(dòng)，這在制作機(jī)器人或機(jī)器小車時(shí)很有用。

直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法是最簡(jiǎn)單的了，只需要在電極上接下直流電源，電機(jī)就可以轉(zhuǎn)動(dòng)了，反相接入電源時(shí)，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)單的調(diào)速方法就是升降輸入電壓。但是這些簡(jiǎn)單的方法只能適用于調(diào)節(jié)好后就不變的情況。要想方便的調(diào)速或換向就需要控制電路進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。下面介紹最基本的電機(jī)控制方法。

雖然可以簡(jiǎn)單的通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的電流來(lái)調(diào)速，但從原理上可知，這樣會(huì)使電路功耗大，發(fā)熱也會(huì)嚴(yán)重。而最普遍使用的一種方法是通過(guò)PWM技術(shù)，PWM（Pulse Width Modulation）中文全稱脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是可以用于電機(jī)調(diào)速且最為有效的方法。其原理就相當(dāng)于在電機(jī)中安裝了一個(gè)開(kāi)關(guān)，相象一下在規(guī)定的時(shí)間里，接通電機(jī)的時(shí)間為30%和接通電機(jī)的時(shí)間為20%，前者所消耗的電能要大于后者，那么在全段時(shí)間內(nèi)接通電機(jī)的話電機(jī)的能耗就是100%，而不接通電機(jī)則不消耗電能。比較常用的一種PWM信號(hào)是以固定頻率產(chǎn)生脈沖，然后根據(jù)需要改變其占空比。高電平持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，其占空比越大?？梢詤⒖磮D十來(lái)理解，高電平持續(xù)看成是電機(jī)導(dǎo)通，占空比越大，導(dǎo)通時(shí)間就越長(zhǎng)，能耗就越大，輸出轉(zhuǎn)速也就大。另一種產(chǎn)生PWM的方法是把脈沖的占空比固定，改變其頻率，但這種方法需要產(chǎn)生不同的頻率，實(shí)現(xiàn)不方便，而且在多種頻率間切換時(shí)可能會(huì)讓電機(jī)產(chǎn)生共振或加大噪聲，一般不使用這種方式生成PWM信號(hào)。

圖十

根據(jù)PWM的原理，筆者設(shè)計(jì)制作了一個(gè)適用于小型直流電機(jī)的PWM調(diào)速電路。這是一款簡(jiǎn)單而通用的調(diào)速電路，使用AVR的ATtiny13單片機(jī)生成PWM信號(hào)，所以電路極其簡(jiǎn)單、靈活，且具有寬電壓輸入，255檔連續(xù)可調(diào)等功能。圖十一為電路圖。電源部分使用了78L05為單片機(jī)提供穩(wěn)定的5V，其輸入電壓為直流7到30伏，也就使得這個(gè)電路的最高支持電壓為30伏，J1接口的1、2腳為電機(jī)輸出端口，3、4為電源輸入端口。電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用了型號(hào)為IRL510的MOSFET管，該管G極電壓只需要5V就可以驅(qū)動(dòng)，所以直接用單片機(jī)的IO腳就可以驅(qū)動(dòng)，PWM信號(hào)控制著MOSFET管的導(dǎo)通，形成了一個(gè)高速自動(dòng)的電源開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)PWM原理，其最大負(fù)載電流可以達(dá)5.6A，可以滿足大部分小型直流電機(jī)的需求，如需要實(shí)現(xiàn)更大電流的電機(jī)調(diào)速可以換用功率更大的MOSFET管來(lái)實(shí)現(xiàn)。tiny13芯片使用內(nèi)置的復(fù)位及震蕩電路，電路十分簡(jiǎn)潔，J2為芯片的編程接口。調(diào)節(jié)部分使用了帶中央按鍵的編碼開(kāi)關(guān)，中央按鍵用于啟停電路，左右旋轉(zhuǎn)則可以使電機(jī)加減速，使用了編碼器可以使得調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)，也不會(huì)像使用普通電位器那樣時(shí)間久會(huì)有阻值變化使得調(diào)節(jié)失常。圖十二則是筆者用萬(wàn)用板焊接的本電路。

圖十一

程序的編制也比較簡(jiǎn)單，PWM的生成使用芯片內(nèi)部PWM硬件功能產(chǎn)生，生成PWM頻率約為38KHz，使用硬件生成的好處是不占用系統(tǒng)時(shí)間，輸出波形不受代碼影響。圖十三為電路運(yùn)行時(shí)tiny13的5腳輸出的大約40%占空比的PWM波形。本文的程序源碼及編譯好的HEX文件在本文的附件文檔，讀者朋友到 http://diy.cdle.net/?page_id=457下載，或點(diǎn)擊文章下方的“原文閱讀”進(jìn)行鏈接下載。讀者朋友可以通過(guò)修改電路和程序源碼，來(lái)修改調(diào)節(jié)檔數(shù)、增加速度保存功能、實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制等。本電路除了可以控制有刷電機(jī)也可以控制小散熱風(fēng)扇、LED燈等。

圖十三

小型直流電機(jī)要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，通常是使用H橋電路，用單電源供電可以使電電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)。圖十四就是其原理圖，圖中的電路單元是由兩對(duì)互補(bǔ)的三極管構(gòu)成的最基本Ｈ橋電路，4個(gè)管子聯(lián)結(jié)形H字形，H橋也因此而得名。當(dāng)需要順時(shí)針正轉(zhuǎn)時(shí)，使三極管A１及A２導(dǎo)通，而B(niǎo)１和B２關(guān)斷，電子從電源負(fù)極流經(jīng)A２、電機(jī)負(fù)極、電機(jī)正極、A1，最后到電源正極，這樣在電機(jī)二極產(chǎn)生了正向的電壓差，使得電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理逆時(shí)針?lè)崔D(zhuǎn)時(shí)，要使三極管B1及B2導(dǎo)通，A1和A2關(guān)斷。

圖十四

繞組線圈其實(shí)就是一個(gè)大電感，在電路上就是一個(gè)感性負(fù)載，具有阻礙電流變化的特性，當(dāng)線圈中的電流變化越快其阻礙能力越大，在線圈斷電的瞬間，電感阻礙電流變化在其兩端產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，電壓幅值可能是原輸入電壓值的數(shù)倍。因產(chǎn)生的反向電壓過(guò)高，容易造成連接電機(jī)的其它元件被反向擊穿，如三極管。通常為了保護(hù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，會(huì)在電機(jī)兩端并為一個(gè)反接的二極管，當(dāng)有反向電壓產(chǎn)生時(shí)，對(duì)于這二極管來(lái)說(shuō)正好是正向?qū)?，電流?huì)經(jīng)二級(jí)管流回線圈，消耗掉，形成續(xù)流作用，這時(shí)二極管二端電壓是其壓降值，從而保護(hù)其后的驅(qū)動(dòng)電路，二極管稱為續(xù)流二極管。如圖十一中的VD2就是起到續(xù)流作用的續(xù)流二極管，筆者選用的整流管，如果條件許可續(xù)流二極管最好是選用快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極管。同樣在H橋中也需要續(xù)流二極管進(jìn)行保護(hù)，原理圖看圖十五，原理分析和上面的是一樣的。

圖十五

使用續(xù)流二極管同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，二極管會(huì)分流一些電流到電源回路上，可能會(huì)造成電壓的瞬變產(chǎn)生干擾噪聲。在使用PWM信號(hào)控制的驅(qū)動(dòng)電路中可能會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果就是產(chǎn)生過(guò)沖電流，其產(chǎn)生原因是PWM信號(hào)關(guān)斷三極管，這時(shí)產(chǎn)生了反向電壓，續(xù)流二極管導(dǎo)通，如果二極管的關(guān)斷時(shí)間較慢，在二極管還沒(méi)關(guān)斷時(shí)三極管受PWM控制再次導(dǎo)通，這時(shí)因?yàn)槿龢O管相當(dāng)于直接導(dǎo)通電源和地線，產(chǎn)生過(guò)沖電流及噪聲，其維持時(shí)間取決于續(xù)流二極管關(guān)斷時(shí)間，所以要盡可能選用高速的快速恢復(fù)二極管或者肖特基二極。同時(shí)最好在電源電路上加入旁路電容來(lái)平滑電流電壓脈動(dòng)和吸收噪聲，旁路電容一般選用0.1uf-0.22uf的瓷片或鉭電容。如圖十一中的C２。

小功率的H橋集成芯片有好多型號(hào)可以選擇，比較常見(jiàn)的如L293B、L293D、L298、754410、UCN2998等等。這些都很容易在網(wǎng)上或電子市場(chǎng)購(gòu)買到。這些集成芯片電流多是1、2A的，如果需要更大的電流則需要購(gòu)買大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，常見(jiàn)的有10-30A的，在淘寶網(wǎng)店也有許多。動(dòng)手能力好的朋友當(dāng)然也可以用大功率三極管或場(chǎng)管來(lái)自制。圖十六是TI公司的LMD18200芯片的典型應(yīng)用圖，55V耐壓3A電流，應(yīng)用圖有調(diào)速和正向轉(zhuǎn)控制功能。

本文描述的內(nèi)容只是直流電機(jī)的基本應(yīng)用基礎(chǔ)，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的更精確的控制還需要學(xué)習(xí)反饋、閉環(huán)控制等更高級(jí)的技術(shù)。

圖十六