Was ist eine H-Brücke?

Eine H-Brücke ist eine Art elektronischer Schaltung, die wie ein „H“ geformt ist und dazu dient, die Spannung in beide Richtungen über eine Platine zu leiten. Diese werden am leichtesten in Situationen verwendet, in denen die Bewegung eines Geräts wie eines Gleichstrommotors (DC) in zwei Richtungen erfolgen muss, normalerweise vorwärts und rückwärts. Eine H-Brücke, die als integrierte Schaltung aufgebaut ist, enthält im Allgemeinen vier Festkörper- oder mechanische Schalter, sodass sie mit Geräten mit umgekehrter Polarität funktioniert. Wenn zwei benachbarte Schalter öffnen, wird eine positive Spannung angelegt. Wenn sich diese beiden schließen und die anderen beiden öffnen, wird eine negative Spannung angelegt.

Der Bau einer H-Brücke erfordert die Verwendung von Bauelementen mit umgekehrter Polarität wie Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET). Diese sind typischerweise negativ geladen, da sie einen geringeren Widerstand als ein positiv geladener MOSFET haben. Die H-Brücke selbst ist in zwei Abschnitte unterteilt, eine obere und eine untere Brücke. Jede Seite benötigt einen Schalter zum Öffnen, um die Polarität zu ändern. Der MOSFET selbst ist für dieses Schalten verantwortlich.

Das Design für eine H-Brücke kann geändert werden, um eine „Halbbrücke“ zu erzeugen. Dies wird verwendet, um das Signal zu verstärken, das durch ein elektronisches Gerät geladen wird, anstatt die Polarität speziell zu ändern. Diese halbe H-Brücke nutzt die Energie aus der Stromversorgung des Geräts selbst und moduliert damit den Ausgang über die Form des Signals.

Die am weitesten verbreitete Verwendung für eine H-Brücke liegt im Bereich der Robotik oder anderer ähnlicher mechanischer Operationen. Diese Arten von Konstruktionen erfordern im Gegensatz zu anderen Vorrichtungen, die im Allgemeinen auf eine einzige Art und Weise funktionieren, eine Bewegung in verschiedene Richtungen. Da die integrierte Schaltung die Polarität ändern kann, können die Motoren des Mechanismus in beide Richtungen arbeiten. Dies ermöglicht es einem Designer, mehr Bewegung zu nutzen, als dies sonst möglich wäre. Zum Beispiel muss ein Roboter, der Fußball spielt, seinen „Fuß“ nach hinten bewegen, um sich darauf vorzubereiten, den Ball zu treffen, und nach vorne, um den Tritt auszulösen.

Die Verwendung einer H-Brücke als Steuerung für einen Motor wurde im frühen 21. Jahrhundert durch die Entwicklung des MIT-Miniboards und anderer ähnlicher Konstruktionen vereinfacht. Aufgrund des Entwurfs des MIT 6.270-Roboterdesignprojekts fungiert das Miniboard als Basiscontrollermodul für nahezu alle Arten von Robotervorrichtungen. Da die Platine aus einer einfachen Konfiguration mit Anschlüssen und einer integrierten Schaltung besteht, kann sie als Hauptbestandteil für Projekte im Bereich Heim- und Bildungsdesign verwendet werden.

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