本文旨在幫助初學(xué)者了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及如何驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)�？刂撇竭M(jìn)電機(jī)是一個廣泛的話題，本文幫你有個好的開始。有兩種類型的步進(jìn)電機(jī)：雙極和單極。

雙極電機(jī)：

雙極步進(jìn)電機(jī)有四根電線和兩個線圈。要使其旋轉(zhuǎn)，需要通過線圈發(fā)送電流。每根電線都需要能夠被高低驅(qū)動。以下是如何驅(qū)動電流使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

要理解為什么這樣做，請考慮一個只有四個步驟的簡單步進(jìn)電機(jī)。在第一階段，它將磁體與第一線圈對齊。下一步將磁體旋轉(zhuǎn)90度。通過第一線圈反向發(fā)送電流會反轉(zhuǎn)磁體極性。相反的線圈被連接，但相對于中心磁體產(chǎn)生相反的磁場。

當(dāng)然，大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)超過4步。你的標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)200步。以這種方式旋轉(zhuǎn)電機(jī)稱為全步進(jìn)。一旦你完成了全步工作，半步是非常簡單的。你可以同時通過兩個線圈發(fā)送電流，這將使分辨率加倍。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器也可以使用微步進(jìn)，微步進(jìn)調(diào)節(jié)通過線圈的電流。典型的電機(jī)控制器可以在每一個完整的步驟中執(zhí)行16個微步驟。一些芯片負(fù)責(zé)調(diào)制電流，但較舊的芯片需要為其驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)“調(diào)諧”。微步進(jìn)進(jìn)一步將整個步進(jìn)劃分為256微步進(jìn)，使典型的200步進(jìn)電機(jī)變成51200步進(jìn)電機(jī)！微步進(jìn)還降低了電機(jī)的噪音，使其運行更平穩(wěn)、更高效。

完整步驟1和2之間的半步

如何控制線圈中的電流：

控制通過繞組的電流的最常見設(shè)置是使用所謂的H橋。它是一組四個晶體管，可以將每條導(dǎo)線拉高或拉低。你也可以用MOS管代替晶體管，但布線會有點不同。該圖顯示了如何通過H橋向任意方向發(fā)送電流。你只需要打開路徑中的晶體管。

你必須確保同一側(cè)的兩個晶體管不能同時導(dǎo)通。這將通過提供從電源到接地的低電阻路徑使電路短路。你還應(yīng)注意，晶體管可能需要一段時間才能從接通切換到斷開。除非你知道自己在做什么，否則不建議快速切換通過線圈的電流。

仍然不是全貌。旋轉(zhuǎn)電機(jī)將產(chǎn)生電壓。為了保護(hù)晶體管，****放置反激二極管。

這將防止電機(jī)產(chǎn)生高壓，這可能會破壞晶體管甚至驅(qū)動器。如果驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的電壓高于MCU輸出的電壓，則需要添加另一個晶體管來控制PNP晶體管。

當(dāng)你打開額外的NPN晶體管時，它將允許電流從PNP晶體管的基極（引腳1）流出，從而打開它。現(xiàn)在所需要的只是所有NPN晶體管基極上的限流電阻。

就是這樣！該H橋?qū)⒖刂仆ㄟ^其中一個繞組的電流。由于有兩個繞組，我們需要將這個電路加倍。

現(xiàn)在，你可以很好地計算所需的組件。使用雙H橋并不是驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的****方法。你也可以購買步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它將內(nèi)置雙H橋（盡管驅(qū)動器通常使用MOS管和其他技巧）。如果你想減少BOM數(shù)量（有時獲得更多功能），我建議你看看步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。你需要查看數(shù)據(jù)表以了解芯片提供的功能。一些芯片只提供晶體管和二極管，而其他芯片則完全控制通過線圈的電流。

微步進(jìn)：

微步進(jìn)包括向晶體管發(fā)送脈寬調(diào)制信號。這是一種控制電機(jī)線圈電流的簡單方法。預(yù)先選擇的PWM值被放置在正弦查找表中。典型地，選擇20-40kHz的PWM頻率。任何低于20千赫的聲音，人類耳朵都能聽到。頻率保持低于40kHz以提高效率并減少晶體管中的功耗。當(dāng)PWM信號為高時，電流流過晶體管。當(dāng)PWM信號低時，電流流過二極管。這是一個非常粗糙的微步進(jìn)實現(xiàn)，但它給出了它如何工作的一般概念。使用MOS管的電機(jī)驅(qū)動器可以控制電機(jī)電流降低或衰減的速度。驅(qū)動器的電流波形更像這樣：

必須為其驅(qū)動的電機(jī)手動優(yōu)化快速衰減周期和慢速衰減周期。一些新芯片會根據(jù)其感應(yīng)到的電流自動調(diào)整衰減周期，但舊芯片可能需要優(yōu)化（或調(diào)整）。

晶體管基礎(chǔ)知識：

晶體管是一種電流控制限流裝置。晶體管有三個引腳：基極、集電極和發(fā)射極。（用c、b和e表示）。

NPN 晶體管：

NPN晶體管大部分已被MOS管所取代，但仍有一些應(yīng)用需要晶體管。它們不易受到靜電放電（ESD）的影響，使用電壓也較低。****的缺點是，它們不能像MOS管那樣推動更多的電流，而且效率也不高。使用5mA提供的TIP120，我可以控制高達(dá)5A的60V負(fù)載（閱讀數(shù)據(jù)表了解具體操作特性）。

這是一個典型的小信號NPN晶體管。當(dāng)小電流從基極流向發(fā)射極時，允許較大電流從集電極流向發(fā)射極。記住它們是基于電流的設(shè)備很重要。

達(dá)林頓對是由兩個晶體管組成的封裝。增益是正向電壓的兩倍。

任何晶體管都可以被認(rèn)為是二極管+電流源。

通過相關(guān)電流源的電流是（β）乘以通過二極管的電流（ib）。β稱為晶體管的增益。不同的晶體管有一個相當(dāng)大的差異，所以不要依賴這個值是真的！該模型僅在晶體管未飽和時有效。如果有足夠多的電流流過基極，使得晶體管不再限制通過集電極-發(fā)射極的電流，則晶體管被稱為飽和。（如果將晶體管用作開關(guān)，則應(yīng)使晶體管飽和或關(guān)閉，以防止發(fā)熱和斷電。）

二極管在陽極和陰極兩端的標(biāo)稱壓降為0.7V。因此，從基極到發(fā)射極的電壓降是0.7伏（對于達(dá)林頓來說，這是1.4伏）。

二極管是晶體管的一個組成部分，這就是為什么你應(yīng)該放置NPN晶體管來控制接地，放置PNP晶體管來控制電源。考慮兩個幾乎相等的電路。

在第一電路中，假設(shè)你有足夠的電流從3.3V電源進(jìn)入基極，使晶體管完全飽和（晶體管不會限制負(fù)載圖像中的任何電流。集電極和發(fā)射極之間的電壓降很小，但很小。負(fù)載兩端有11.8伏。限流電阻兩端的電壓為2.6V。這在計算電阻大小時很重要。

在第二個電路中，相同的電阻用于理論上限制相同的電流。但由于晶體管在基極和發(fā)射極之間的作用類似二極管，發(fā)射極必須比基極低0.7伏。2.6伏是發(fā)射極所能達(dá)到的********值（由于兩個電阻的分壓，它可能會小得多。）此時晶體管并不是限制電流，而是限制電壓。無論如何，晶體管將多余的功率作為熱量散發(fā)出去。負(fù)載兩端的電壓僅為2.6V。

PNP 晶體管：

這是典型的PNP晶體管在示意圖中的樣子。它類似于NPN晶體管，只是電流必須從發(fā)射極流向基極，以允許電流從發(fā)射極流到集電極。當(dāng)一個小電流通過二極管時，允許一個更大的電流流過發(fā)射極和集電極。

晶體管可以被認(rèn)為是二極管+電流源。來自從屬電流源的電流為。就像NPN一樣，二極管存在于基極到發(fā)射極之間。二極管兩端仍有0.7V的壓降。它正對著另一個方向。

下面是在電路中使用它的方法。要打開它，讓針腳1比針腳3低0.7V。為了關(guān)閉晶體管，引腳1需要與VCC處于相同的電壓。在使用運算放大器控制它時，這一點很重要。如果運算放大器不是軌到軌運行，它不會完全關(guān)閉PNP晶體管。這也使得驅(qū)動更高的電壓變得困難。如果你試圖用3.3v控制12v電源，你永遠(yuǎn)無法關(guān)閉晶體管。3.3v總是小于12v。這就是為什么我通常將它們與小信號NPN配對。如果NPN關(guān)閉，電流不能流過二極管，PNP關(guān)閉。