¿Qué papel juega este diodo?

Acabo de comprar un kit Arduino Uno, y estoy revisando todos los proyectos en el folleto que viene con el kit. Incluso desde el circuito de resistencia y LED más simple, para tener una idea de la placa Arduino, la placa de pruebas y desempolvar mi conocimiento de electrónica que no se ha utilizado durante unos 30 años. Necesita quitarse el polvo.

Uno de los circuitos es simplemente demostrar la conmutación de potencia utilizando un motor y un transistor NPN. Entiendo todos los aspectos de este cuicuits más básico, excepto la función de un diodo, que por lo que puedo decir, no juega ningún papel en la operación del circuito. Seguramente está ahí por una razón, así que mi pregunta es: ¿cuál es esa razón?

Este diodo es para suprimir cualquier EMF causada cuando el motor está apagado. En general, cuando uno tiene una carga inductiva como un motor o un solenoide de un electroimán, cuando lo enciende, habrá una caída inicial de corriente, ya que parte de la corriente actuará para formar un campo magnético alrededor de la bobina. Inversamente, cuando se apaga, este campo magnético que se ha creado debe disiparse. Cuando no hay un diodo EMF de retorno en su lugar, el camino sería a través del BJT, lo que seguramente lo dañaría, o tal vez otros componentes dependiendo del circuito.

En cuanto a la polaridad del diodo en sí, al pasar corriente a través de una forma, genera un campo en esa dirección respectiva. Cuando detiene la fuente, ese campo colapsa de nuevo a su posición de "reposo", lo que significa que la corriente fluirá en sentido contrario momentáneamente.

Todas las cargas reactivas (capacitivas e inductivas) tienen este tipo de característica de "almacenamiento" que debe tenerse en cuenta en el diseño, las cargas resistivas son la excepción. Si desea saber más acerca de las ecuaciones de gobierno y tal, wikipedia es un buen lugar para comenzar, o para una buena lectura, pruebe "The Art of Electronics", Horowitz y Hill, 3ª edición.

El motor es una CARGA INDUCTIVA.

Debido a la Ley de Inducción de Faraday que establece que una corriente variable / cambiante en el tiempo crea un campo magnético con una magnitud directamente proporcional al cambio en la corriente a través del conductor a lo largo del tiempo y (como existe tanta simetría en la física) un campo magnético cambiante crea un campo eléctrico. campo (una diferencia de voltaje) que rodea al conductor que se manifiesta como una oposición al cambio en la corriente que creó el campo magnético. Esto se debe a la Ley de Lenz que completa la Fórmula de Faraday para la Inducción electromagnética en la que se crea una fuerza electromotriz igual a la tasa de cambio en el campo magnético a lo largo del tiempo (que fue causada por el cambio en el flujo de corriente.

Ley de Faraday: back-EMF = (-1) dB / dt N donde back-EMF es el potencial de voltaje opuesto al flujo de corriente que crea la resistencia al cambio, "-1" es la Ley de Lenz, "dB" es el cambio en el flujo magnético , y "dT" es el período de tiempo durante el cual se mide el cambio, y N es cuántas bobinas de cable hay dentro del campo eléctrico cambiante.

Su motor es inductivo debido a las muchas bobinas de alambre. Cuando se inicia, lentamente gana velocidad en lugar de estar instantáneamente a la máxima velocidad debido a que la ley de Lenz hace que la EMF inversa resista el cambio en el flujo de corriente hasta que el flujo de corriente ya no cambie y esté en su máximo. Ahora hay energía almacenada en el campo magnético correspondiente. Cuando apaga el motor, seguirá girando y ahora, en lugar de consumir energía, está generando energía. El EMF posterior original fluyó hacia el suministro, pero ahora, a medida que el motor se desacelera, la inductancia resistirá el cambio de corriente y obligará a que fluya hacia el colector de transistores.

Como la corriente es el flujo de electrones, los electrones deben provenir de alguna parte. Su transistor conecta el motor a TIERRA donde estaba originando electrones inicialmente. Los electrones "movidos" por la fuerza electromotriz inducida por el colapso del campo magnético se agruparían en el colector del transistor sin el diodo y tendrían que proceder de su fuente de alimentación, que no es así. Con un diodo que proporciona una ruta de retorno para ese EMF, se disipará a través del diodo y el motor después de un par de bucles a través de él.

Entonces, el diodo de retorno permite un camino para que los electrones fluyan alrededor del motor y no hacia la fuente de alimentación o el transistor (causando daño potencial), creado por autoinducción en los devanados del motor cuando se apaga y causado por el cambio repentino en corriente a cero.