螺線管是許多過程自動(dòng)化系統(tǒng)中非常常用的執(zhí)行器。電磁閥有很多種，例如，有電磁閥可用于打開或關(guān)閉水或煤氣管道，還有電磁柱塞用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。我們大多數(shù)人都會(huì)遇到的一種非常常見的螺線管應(yīng)用是叮咚門鈴。門鈴內(nèi)部有一個(gè)柱塞式電磁線圈，當(dāng)由交流電源通電時(shí)，它會(huì)上下移動(dòng)一根小桿。該桿將撞擊放置在電磁閥兩側(cè)的金屬板，以產(chǎn)生舒緩的叮咚聲。

盡管有許多類型的螺線管機(jī)構(gòu)可用，但最基本的東西保持不變。也就是說，它有一個(gè)纏繞在金屬（導(dǎo)電）材料上的線圈。當(dāng)線圈通電時(shí)，這種導(dǎo)電材料會(huì)受到一些機(jī)械運(yùn)動(dòng)，然后在斷電時(shí)通過彈簧或其他機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)。由于螺線管涉及線圈，它們通常會(huì)消耗大量電流，因此必須具有某種類型的驅(qū)動(dòng)器電路來操作它。在本教程中，我們將學(xué)習(xí)如何構(gòu)建驅(qū)動(dòng)器電路來控制電磁閥。

所需材料

電磁閥

12V 適配器

7805 穩(wěn)壓器 IC

IRF540N 場(chǎng)效應(yīng)管

二極管 IN4007

0.1uf 寬廣

1k 和 10k 電阻器

連接線

面包板

什么是電磁閥，它是如何工作的？

螺線管是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。它有一個(gè)纏繞在導(dǎo)電材料上的線圈，這種設(shè)置充當(dāng)電磁鐵。電磁鐵相對(duì)于天然磁鐵的優(yōu)勢(shì)在于，它可以在需要時(shí)通過通電線圈來打開或關(guān)閉。因此，當(dāng)線圈通電時(shí)，根據(jù)法拉第定律，載流導(dǎo)體周圍有一個(gè)磁場(chǎng)，因?yàn)閷?dǎo)體是一個(gè)線圈，磁場(chǎng)足夠強(qiáng)，可以磁化材料并產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。

在此過程中，線圈會(huì)消耗大量電流，并且還會(huì)產(chǎn)生遲滯問題，因此不可能通過邏輯電路直接驅(qū)動(dòng)電磁線圈。這里我們使用12V電磁閥，通常用于控制液體流量。電磁閥通電時(shí)消耗700mA的連續(xù)電流，峰值接近1.2A，因此我們?cè)跒檫@種特定的電磁閥設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)必須考慮這些事情。

電路圖

電磁閥驅(qū)動(dòng)器電路的完整電路圖如下圖所示。在查看完整電路后，我們將了解為什么會(huì)這樣設(shè)計(jì)。

如您所見，該電路非常簡(jiǎn)單且易于構(gòu)建，因此我們可以使用小型面包板連接進(jìn)行測(cè)試。電磁閥可以通過在其端子上為 12V 供電來輕松打開，并通過關(guān)閉電源將其關(guān)閉。為了使用數(shù)字電路控制此開啟和關(guān)閉過程，我們需要像MOSFET這樣的開關(guān)器件，因此它是該電路中的重要組件。以下是選擇MOSFET時(shí)必須檢查的參數(shù)。

柵極源極閾值電壓V總務(wù)（千）:這是必須提供給MOSFET才能將其打開的電壓。這里的閾值電壓值為4V，我們提供的電壓為5V，足以完全打開MOSFET

連續(xù)漏極電流：連續(xù)漏極電流是允許流過電路的最大電流。在這里，我們的電磁閥消耗的最大峰值電流為1.2A，MOSFET的額定值在5V Vgs時(shí)為10A。因此，我們對(duì)MOSFET的額定電流非常安全。始終建議在電流的實(shí)際值和額定值之間有一些上邊際差異。

漏源導(dǎo)通狀態(tài)電阻：當(dāng)MOSFET完全導(dǎo)通時(shí)，漏極和源極引腳之間有一些電阻，這種電阻稱為導(dǎo)通狀態(tài)電阻。該值應(yīng)盡可能低，否則引腳上會(huì)出現(xiàn)巨大的壓降（歐姆定律），導(dǎo)致電磁閥的電壓不足。這里的導(dǎo)通電阻值僅為0.077Ω。

如果您正在為其他電磁閥應(yīng)用設(shè)計(jì)電路，您可以查看 MOSFET 的數(shù)據(jù)表。7805線性穩(wěn)壓器IC用于將12V輸入電源轉(zhuǎn)換為5V，當(dāng)通過1K限流電阻按下開關(guān)時(shí)，該電壓將提供給MOSFET的柵極引腳。當(dāng)開關(guān)未按下時(shí)，柵極引腳通過一個(gè) 10k 電阻器向下拉至地。這樣可以在未按下開關(guān)時(shí)保持 MOSFET 關(guān)閉狀態(tài)。最后在反并聯(lián)方向上添加一個(gè)二極管，以防止電磁線圈放電到電源電路中。

電磁驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了驅(qū)動(dòng)電路的工作原理，讓我們通過在面包板上構(gòu)建電路來測(cè)試電路。我使用 12V 適配器供電，完成后我的硬件設(shè)置如下所示。

當(dāng)按下中間的開關(guān)時(shí)，為MOSFET提供+5V電源，并打開電磁閥。當(dāng)再次按下開關(guān)時(shí)，它會(huì)斷開與MOSFET的+5V電源連接，電磁閥回到關(guān)斷狀態(tài)。電磁閥的打開和關(guān)閉可以通過它發(fā)出的咔嗒聲來注意到，但為了讓它更有趣一點(diǎn)，我將電磁閥連接到水管上。默認(rèn)情況下，當(dāng)電磁閥關(guān)閉時(shí)，該值是關(guān)閉的，因此沒有水從另一端流出。然后，當(dāng)電磁閥打開時(shí)，值打開并且水流出。工作可以在下面的視頻中可視化。