Quel rôle joue cette diode?

Je viens d'acheter un kit Arduino Uno et je passe en revue tous les projets dans le livret fourni avec le kit. Du circuit de LED et de résistance même le plus simple, pour avoir une idée de la carte Arduino, de la maquette et pour dépoussiérer mes connaissances en électronique qui n'ont pas été utilisées depuis environ 30 ans. Il a besoin d'être dépoussiéré.

L'un des circuits consiste simplement à faire la démonstration de la commutation de puissance à l'aide d'un moteur et d'un transistor NPN. Je comprends tous les aspects de ce plus basique des cuicuits, à l'exception de la fonction d'une diode, qui pour autant que je sache, ne joue aucun rôle dans le fonctionnement du circuit. C'est sûrement là pour une raison, alors ma question est: quelle est cette raison?

Cette diode est destinée à supprimer toute EMF arrière provoquée lorsque le moteur est éteint. En général, lorsque l'on a une charge inductive telle qu'un moteur ou le solénoïde d'un électroaimant, lorsque vous l'allumez, il y aura une chute initiale de courant, car une partie du courant agira pour former un champ magnétique autour de la bobine. Inversement, lors de la coupure, ce champ magnétique créé doit se dissiper. Lorsqu'il n'y a pas de diode EMF arrière en place, le chemin serait à travers le BJT, ce qui l'endommagerait presque certainement, ou peut-être d'autres composants selon le circuit.

Quant à la polarité de la diode elle-même, lors du passage du courant dans un sens, vous générez un champ dans cette direction respective. Lorsque vous arrêtez la source, ce champ se replie dans sa position de «repos», ce qui signifie que le courant passera momentanément dans l'autre sens.

Toutes les charges réactives (capacitives et inductives) ont ce type de caractéristique de "stockage" qui doit être prise en compte dans la conception, les charges résistives sont l'exception. Si vous voulez en savoir plus sur les équations gouvernantes et autres, wikipedia est un bon point de départ, ou pour une bonne lecture, essayez "The Art of Electronics", Horowitz and Hill, 3rd edition.

Le moteur est une CHARGE INDUCTIVE.

En raison de la loi d'induction de Faraday stipulant qu'un courant variant / changeant dans le temps crée un champ magnétique d'une ampleur directement proportionnelle à la variation du courant dans le conducteur au fil du temps et (comme il existe une symétrie en physique), un champ magnétique changeant crée un champ (une différence de tension) entourant le conducteur qui se manifeste par une opposition au changement de courant qui a créé le champ magnétique. Cela est dû à la loi de Lenz qui complète la formule de Faraday pour l'induction électromagnétique où une force électromotrice est créée égale au taux de variation du champ magnétique au fil du temps (qui a été causé par le changement du flux de courant.

Loi de Faraday: back-EMF = (-1) dB / dt N où back-EMF est le potentiel de tension opposé au flux de courant créant la résistance au changement, "-1" est la loi de Lenz, "dB" est le changement de flux magnétique , et "dT" est la période de temps pendant laquelle le changement est mesuré, et N est le nombre de bobines de fil dans le champ électrique changeant.

Votre moteur est inductif en raison des nombreuses bobines de fil. Lorsqu'il démarre, il gagne lentement en vitesse au lieu d'être instantanément à la vitesse maximale en raison de la loi de Lenz obligeant le back-EMF à résister au changement de flux de courant jusqu'à ce que le flux de courant ne change plus et à son maximum. Il y a maintenant de l'énergie stockée dans le champ magnétique correspondant. Lorsque vous éteignez le moteur, il tourne toujours et maintenant, au lieu de consommer de l'énergie, il génère de l'énergie. L'EMF arrière d'origine a coulé vers l'alimentation, mais maintenant que le moteur ralentit, l'inductance résistera au changement de courant et forcera un courant à circuler vers l'avant et dans le collecteur des transistors.

Puisque le courant est le flux d'électrons, les électrons doivent provenir de quelque part. Votre transistor relie le moteur à la TERRE où il s'approvisionnait initialement en électrons. Les électrons "déplacés" par la force électromotrice induite par l'effondrement du champ magnétique se regrouperaient au collecteur du transistor sans la diode et devraient provenir de votre alimentation électrique qui n'aime pas ça. Avec une diode donnant un chemin de retour pour cet EMF, elle se dissipera à travers la diode et le moteur après quelques boucles à travers elle.

Ainsi, la diode de retour permet aux électrons de circuler autour du moteur et non dans l'alimentation ou le transistor (causant des dommages potentiels), créés par l'auto-induction dans les enroulements des moteurs lorsqu'ils sont éteints et provoqués par le changement soudain de courant à zéro.