Какую роль играет этот диод?

Этот диод предназначен для подавления любой противо-ЭДС, возникающей при выключении двигателя. В общем, когда у кого-то есть индуктивная нагрузка, такая как двигатель или соленоид электромагнита, при его включении будет начальное падение тока, так как часть тока будет действовать для формирования магнитного поля вокруг катушки. И наоборот, при выключении это созданное магнитное поле должно рассеяться. Когда на месте нет диода обратной ЭДС, путь будет проходить через BJT, что почти наверняка повредит его или, возможно, другие компоненты в зависимости от схемы.

Что касается полярности самого диода, то при пропускании тока в одном направлении вы создаете поле в соответствующем направлении. Когда вы останавливаете источник, это поле возвращается в исходное положение, что означает, что ток на мгновение потечет в другую сторону.

Все реактивные (емкостные и индуктивные) нагрузки имеют такую ​​характеристику «накопления», которую необходимо учитывать при проектировании, за исключением резистивных нагрузок. Если вы хотите узнать больше об основных уравнениях и тому подобном, Википедия — хорошее место для начала, или для хорошего чтения попробуйте «Искусство электроники», Горовиц и Хилл, 3-е издание.

Двигатель является ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ.

В соответствии с законом индукции Фарадея, согласно которому изменяющийся во времени ток создает магнитное поле с величиной, прямо пропорциональной изменению тока в проводнике с течением времени, и (поскольку в физике существует много симметрии) изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле. поле (разность потенциалов), окружающее проводник, которое проявляется как противодействие изменению тока, создавшему магнитное поле. Это связано с законом Ленца, который дополняет формулу Фарадея для электромагнитной индукции, где создается электродвижущая сила, равная скорости изменения магнитного поля с течением времени (что было вызвано изменением потока тока).

Закон Фарадея: противо-ЭДС = (-1) дБ/dt N, где противо-ЭДС — потенциал напряжения, противоположный протекающему току, создающему сопротивление изменению, «-1» — закон Ленца, «дБ» — изменение магнитного потока , а «dT» - это период времени, в течение которого измеряется изменение, а N - это количество витков провода в изменяющемся электрическом поле.

Ваш двигатель индуктивный из-за множества витков провода. Когда он запускается, он медленно набирает скорость вместо того, чтобы мгновенно достигать максимальной скорости из-за закона Ленца, заставляющего противо-ЭДС сопротивляться изменению потока тока до тех пор, пока поток тока не перестанет изменяться и не достигнет своего максимума. Теперь в соответствующем магнитном поле хранится энергия. Когда вы выключите двигатель, он все еще будет вращаться, и теперь вместо того, чтобы потреблять энергию, он будет ее генерировать. Первоначальная обратная ЭДС текла к источнику питания, но теперь, когда двигатель замедляется, индуктивность будет сопротивляться изменению тока и заставит ток течь вперед и в коллектор транзисторов.

Поскольку ток — это поток электронов, электроны должны откуда-то браться. Ваш транзистор соединяет двигатель с ЗАЗЕМЛЕНИЕМ, где он изначально был источником электронов. Электроны, «перемещенные» электродвижущей силой, индуцированной разрушающимся магнитным полем, будут собираться в коллекторе транзистора без диода, и их придется получать от вашего источника питания, который этого не любит. С диодом, обеспечивающим обратный путь для этой ЭДС, она рассеется через диод и двигатель после пары циклов через него.

Таким образом, обратный диод позволяет электронам течь вокруг двигателя, а не в источник питания или транзистор (вызывая потенциальное повреждение), создаваемое самоиндукцией в обмотках двигателя при выключении и вызванное внезапным изменением в ток до нуля.