本文旨在幫助初學者了解步進電機的工作原理以及如何驅動步進電機。控制步進電機是一個廣泛的話題，本文幫你有個好的開始。有兩種類型的步進電機：雙極和單極。

雙極電機：

雙極步進電機有四根電線和兩個線圈。要使其旋轉，需要通過線圈發送電流。每根電線都需要能夠被高低驅動。以下是如何驅動電流使步進電機旋轉。

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電機。在第一階段，它將磁體與第一線圈對齊。下一步將磁體旋轉90度。通過第一線圈反向發送電流會反轉磁體極性。相反的線圈被連接，但相對于中心磁體產生相反的磁場。

當然，大多數步進電機的步數超過4步。你的標準步進電機每轉200步。以這種方式旋轉電機稱為全步進。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送電流，這將使分辨率加倍。

步進電機驅動器也可以使用微步進，微步進調節通過線圈的電流。典型的電機控制器可以在每一個完整的步驟中執行16個微步驟。一些芯片負責調制電流，但較舊的芯片需要為其驅動的步進電機“調諧”。微步進進一步將整個步進劃分為256微步進，使典型的200步進電機變成51200步進電機！微步進還降低了電機的噪音，使其運行更平穩、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置是使用所謂的H橋。它是一組四個晶體管，可以將每條導線拉高或拉低。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橋向任意方向發送電流。你只需要打開路徑中的晶體管。

你必須確保同一側的兩個晶體管不能同時導通。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。旋轉電機將產生電壓。為了保護晶體管，****放置反激二極管。

這將防止電機產生高壓，這可能會破壞晶體管甚至驅動器。如果驅動步進電機的電壓高于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橋將控制通過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。

現在，你可以很好地計算所需的組件。使用雙H橋并不是驅動步進電機的****方法。你也可以購買步進電機驅動器，它將內置雙H橋（盡管驅動器通常使用MOS管和其他技巧）。如果你想減少BOM數量（有時獲得更多功能），我建議你看看步進電機驅動器。你需要查看數據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：

微步進包括向晶體管發送脈寬調制信號。這是一種控制電機線圈電流的簡單方法。預先選擇的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PWM信號為高時，電流流過晶體管。當PWM信號低時，電流流過二極管。這是一個非常粗糙的微步進實現，但它給出了它如何工作的一般概念。使用MOS管的電機驅動器可以控制電機電流降低或衰減的速度。驅動器的電流波形更像這樣：

必須為其驅動的電機手動優化快速衰減周期和慢速衰減周期。一些新芯片會根據其感應到的電流自動調整衰減周期，但舊芯片可能需要優化（或調整）。

晶體管基礎知識：

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5A的60V負載（閱讀數據表了解具體操作特性）。

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

達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為是二極管+電流源。

通過相關電流源的電流是（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-發射極的電流，則晶體管被稱為飽和。（如果將晶體管用作開關，則應使晶體管飽和或關閉，以防止發熱和斷電。）

二極管在陽極和陰極兩端的標稱壓降為0.7V。因此，從基極到發射極的電壓降是0.7伏（對于達林頓來說，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，假設你有足夠的電流從3.3V電源進入基極，使晶體管完全飽和（晶體管不會限制負載圖像中的任何電流。集電極和發射極之間的電壓降很小，但很小。負載兩端有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射極之間的作用類似二極管，發射極必須比基極低0.7伏。2.6伏是發射極所能達到的********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出去。負載兩端的電壓僅為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，只是電流必須從發射極流向基極，以允許電流從發射極流到集電極。當一個小電流通過二極管時，允許一個更大的電流流過發射極和集電極。

晶體管可以被認為是二極管+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，它不會完全關閉PNP晶體管。這也使得驅動更高的電壓變得困難。如果你試圖用3.3v控制12v電源，你永遠無法關閉晶體管。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關閉，電流不能流過二極管，PNP關閉。