Кондензатори в роботиката: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Мотивацията за този Instructable е по -дългият, който се разработва, който проследява напредъка чрез лабораторен курс за обучение на Texas Instruments Robotics System. И мотивацията за този курс е да се изгради (пресъздаде) по-добър, по-здрав робот. Полезен е и „Раздел 9: Съхранение на напрежение, мощност и енергия в кондензатор, анализ на инженерни схеми за постоянен ток“, наличен на MathTutorDvd.com.

Има много въпроси, които трябва да бъдат загрижени при изграждането на голям робот, които могат да се игнорират най -вече при изграждането на малък робот или играчка.

По -познаването или познаването на кондензаторите може да ви помогне при следващия ви проект.

Стъпка 1: Части и оборудване

Ако искате да си поиграете, да проучите и да направите свои собствени изводи, ето някои части и оборудване, които биха били полезни.

• резистори с различна стойност
• кондензатори с различна стойност
• джъмперни проводници
• превключвател с бутон
• макет
• осцилоскоп
• волтметър
• генератор на функция/сигнал

В моя случай нямам генератор на сигнали, така че трябваше да използвам микроконтролер (MSP432 от Texas Instruments). Можете да получите някои насоки за това да направите сами от този друг Instructable.

(Ако искате само платката на микроконтролера да прави вашите неща (аз съставям поредица от инструкции, които биха могли да бъдат полезни), самата дъска за разработка на MSP432 е сравнително евтина на около $ 27 USD. Можете да проверите с Amazon, Digikey, Newark, Element14 или Mouser.)

Стъпка 2: Нека да разгледаме кондензаторите

Нека си представим батерия, превключвател с бутон (Pb), резистор (R) и кондензатор, всички последователно. В затворен цикъл.

По време на нула t (0), когато Pb е отворен, няма да измерваме напрежение нито в резистора, нито в кондензатора.

Защо? Отговорът на това за резистора е лесен - може да има измерено напрежение само когато има ток, протичащ през резистора. В резистор, ако има разлика в потенциала, това причинява ток.

Но тъй като превключвателят е отворен, не може да има ток. По този начин няма напрежение (Vr) в R.

Какво ще кажете за кондензатора. Е.. отново няма ток във веригата в момента.

Ако кондензаторът е напълно разреден, това означава, че не може да има измерима потенциална разлика в неговите клеми.

Ако натиснем (затворим) Pb при t (a), тогава нещата стават интересни. Както посочихме в един от видеоклиповете, кондензаторът стартира като разреден. Същото ниво на напрежение на всеки терминал. Мислете за това като за късо жило.

Въпреки че вътрешно през кондензатора не текат реални електрони, има положителен заряд, който започва да се образува в единия извод, и отрицателен в другия. След това се появява (външно) сякаш наистина има ток.

Тъй като кондензаторът е в най -разреденото си състояние, точно тогава той има най -голям капацитет да приеме заряд. Защо? Тъй като докато се зарежда, това означава, че има измерим потенциал в неговия терминал, а това означава, че той е по -близък по стойност до приложеното напрежение на батерията. С по -малка разлика между приложената (батерия) и увеличаващия се заряд (нарастващо напрежение), има по -малък тласък за запазване на натрупването на заряд със същата скорост.

Скоростта на натрупване намалява с течение на времето. Видяхме това както в клиповете, така и в симулацията на L. T. Spice.

Тъй като кондензаторът в самото начало иска да приеме най -голям заряд, той действа като временно късо съединение към останалата част от веригата.

Това означава, че ще получим най -много ток през веригата в началото.

Видяхме това на изображението, показващо симулацията на L. T. Spice.

Тъй като кондензаторът се зарежда и напрежението в неговите клеми се приближава до приложеното напрежение, импулсът или способността за зареждане се намалява. Помислете за това - колкото по -голяма е разликата в напрежението в нещо, толкова по -голяма е възможността за протичане на ток. Голямо напрежение = възможен голям ток. Малко напрежение = възможен малък ток. (Обикновено).

Следователно, когато кондензаторът достигне нивото на напрежение на приложената батерия, той изглежда като отворен или прекъснат във веригата.

И така, кондензаторът започва като къс и завършва като отворен. (Много опростен).

И така, отново, максимален ток в началото, минимален ток в края.

Още веднъж, ако се опитате да измерите напрежение на късо съединение, няма да видите такова.

Така че в кондензатора токът е най -голям, когато напрежението (през кондензатора) е на нула, а токът е най -малко, когато напрежението (през кондензатора) е най -голямо.

Временно съхранение и доставка на енергия

Но има още и именно тази част би могла да бъде полезна в нашите схеми на роботи.

Да кажем, че кондензаторът е зареден. Той е при приложеното напрежение на батерията. Ако по някаква причина приложеното напрежение спадне ("провисне"), може би поради някои прекомерни нужди от ток във веригите, в този случай ще изглежда, че токът ще изтича от кондензатора.

Така че, да кажем, че входното приложено напрежение не е стабилно ниво, което ни трябва. Кондензаторът може да помогне за изглаждане на тези (къси) спадове.

Стъпка 3: Едно приложение на кондензатори - филтър шум

Как може да ни помогне кондензатор? Как можем да приложим това, което сме наблюдавали за кондензатор?

Първо, нека моделираме нещо, което се случва в реалния живот: шумна захранваща верига в схемите на нашия робот.

Използвахме L. T. Спайс, можем да конструираме верига, която да ни помогне да анализираме цифров шум, който може да се появи в релсите на нашия робот. Изображенията показват схемата и моделирането на Spice на получените нива на напрежение на захранващата шина.

Причината, поради която Spice може да го моделира, е, че захранването на веригата ("V.5V. Batt") има малко вътрешно съпротивление. Само за ритници, направих го с 1ohm вътрешно съпротивление. Ако моделирате това, но не правите източника на глас да има вътрешно съпротивление, няма да видите спад на напрежението на релсата поради цифровия шум, защото тогава източникът на напрежение е „перфектен източник“.