Propósito del diodo y el capacitor en este circuito del motor

El diodo es proporcionar una ruta segura para el retroceso inductivo del motor. Si intenta apagar la corriente en un inductor repentinamente, generará el voltaje necesario para que la corriente fluya a corto plazo. Dicho de otra manera, la corriente a través de un inductor nunca puede cambiar instantáneamente. Siempre habrá alguna pendiente finita.

El motor es parcialmente un inductor. Si el transistor se apaga rápidamente, entonces la corriente que aún debe fluir a través del inductor por un momento fluirá a través del diodo y no causará daño. Sin el diodo, la tensión que atraviesa el motor sería tan grande como sea necesario para mantener la corriente, lo que probablemente requiera freír el transistor.

Un pequeño capacitor a través del motor reducirá la velocidad de las posibles transiciones de voltaje rápidas, lo que causa menos radiación y limita el dV / dt al que está sujeto el transistor. 100 nF es excesivo para esto, y evitará un funcionamiento eficiente en todo, excepto las bajas frecuencias de PWM. Usaría 100 pF o algo así, tal vez para subir 1 nF.

La resistencia es para limitar la corriente que la salida digital debe generar y la base del transistor debe manejar. El transistor B-E parece un diodo al circuito externo. Por lo tanto, el voltaje estará limitado a 750 mV o menos. Mantener una salida digital a 750 mV cuando está tratando de conducir a 5 V o 3.3 V está fuera de especificaciones. Podría dañar la salida digital. O, si la salida digital puede generar mucha corriente, entonces podría dañar el transistor.

1 kΩ es de nuevo un valor cuestionable. Incluso con una salida digital de 5 V, eso pondrá solo 4,3 mA o más a través de la base. No muestra las especificaciones para el transistor, así que supongamos que tiene una ganancia mínima garantizada de 50. Eso significa que solo puede contar con el transistor que soporta 4.3 mA x 50 = 215 mA de corriente del motor. Eso suena bajo, especialmente para el arranque, a menos que sea un motor muy pequeño. Miraría lo que la salida digital puede generar y ajustar de forma segura R1 para dibujar la mayor parte de eso.

Otro problema es que el diodo 1N4004 no es apropiado aquí, especialmente porque encenderá y apagará el motor rápidamente, como lo indica "PWM". Este diodo es un rectificador de potencia destinado a frecuencias normales de línea de alimentación, como 50-60 Hz. Tiene una recuperación muy lenta. Utilice un diodo Schottky en su lugar. Cualquier diodo Schottky genérico de 1 A 30 V funcionará bien y será mejor que un 1N4004.

Puedo ver cómo este circuito puede parecer que funciona, pero claramente no fue diseñado por alguien que realmente sabía lo que estaba haciendo. En general, si ve un arduino en un circuito que se encuentra en algún lugar de la red, especialmente uno simple, suponga que se publicó porque el autor lo considera un gran logro. Aquellos que saben lo que están haciendo y dibujan un circuito como este en un minuto no consideran que valga la pena escribir una página web. Eso deja a los que tardaron dos semanas en hacer que el motor girara sin que el transistor explotara y no están realmente seguros de lo que hace todo para escribir estas páginas web.

Cuando los devanados del motor transportan corriente, generan un campo magnético. Se necesita energía para hacer esto y la energía se almacena en el campo magnético. Si la corriente se corta repentinamente, el campo magnético colapsará. Este campo magnético cambiante inducirá una corriente en el devanado que es mucho más alta de lo normal y producirá un voltaje más alto a través de los devanados. Es muy corto y puede ser bastante impresionante.

La clave para la corriente inducida es el campo cambiante. Puedes ver el mismo efecto en un interruptor de luz de casa. Si tiene interruptores que no son del tipo de mercurio ("interruptores silenciosos"), a veces puede ver una chispa o un destello de luz cuando apaga las luces. Si se rompe la conexión cuando la corriente de CA pasa cerca de cero, no sucede nada. Si rompe cerca del pico de la corriente, el cableado de las luces tiene el campo magnético máximo a su alrededor y se colapsará con una cantidad suficiente de un pico de voltaje para formar un arco en el interruptor de la luz.

Note que su diodo apunta hacia el lado + de su circuito. El campo cambiante produce un "EMF inverso" o un voltaje que va de forma incorrecta. La energía sale por la tubería por la que entró. (Espero tener ese derecho. Revisaré y editaré si lo tengo al revés). El diodo conducirá si el potencial, o el voltaje, a través del bobinado del motor es más de aproximadamente 0.6 V en la dirección "incorrecta". Para DC, esto es sencillo. Para PWM esto se parece más a la CA y un circuito confiable de calidad es más complicado.

Como dijo @OlinLathrop, su resistencia base puede ser un poco grande. Como ejemplos típicos, 2N2222 y 2N3904 tienen una ganancia beta o actual de aproximadamente 30 en DC que aumenta con una frecuencia de 300-400. Si tiene mucho motor, el transistor no suministrará la corriente ni se quemará. Puede calcular la disipación de potencia en el transistor a aproximadamente 1W por amperio y mucho más si las cosas no están bien ajustadas. (No puede poner los transistores bipolares en paralelo sin mucho trabajo adicional. A medida que se calientan, la resistencia disminuye y fluye más corriente y la que calienta a los cerdos más rápidos de la corriente, generalmente a la destrucción). Puedes ver que los pequeños controladores de motor que se venden para Arduinos tienen un disipador de calor o una gran parte con una sección de metal destinada a usarse con un disipador de calor.

La tapa suaviza los picos actuales. A medida que se van ampliando en el tiempo, disminuyen su intensidad pico y, por lo tanto, el voltaje que produce la corriente en el circuito es menor. Si su motor tiene cepillos, está obteniendo el flujo de corriente de encendido / apagado a la velocidad a la que el motor está girando. Nuevamente volvemos a cambiar corrientes y campos cambiantes. Aquí es de donde viene el ruido de radiofrecuencia. La distribución de estos picos de corriente significa que la tasa de cambio de la corriente es menor y, como resultado, la RFI (Interferencia de radiofrecuencia) es menor. Apuesto a que si coloca una radio AM cerca de su circuito y la sintoniza en un lugar sin emisora de radio, podrá saber cuándo está funcionando el motor. Pruebe diferentes tamaños de mayúsculas y vea si detecta alguna diferencia.