Kondensatory w robotyce: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Motywacja do tego Instructable jest dłuższa, która jest opracowywana, która śledzi postępy w kursie laboratoryjnym Texas Instruments Robotics System Learning Kit Lab. Motywacją do tego kursu jest zbudowanie (przebudowa) lepszego, solidniejszego robota. Pomocna jest również „Sekcja 9: Napięcie, moc i magazynowanie energii w kondensatorze, analiza obwodów inżynierii prądu stałego”, dostępna na stronie MathTutorDvd.com.

Istnieje wiele kwestii, o które należy się martwić podczas budowy dużego robota, a które można zignorować, budując małego lub zabawkowego robota.

Lepsza znajomość lub wiedza na temat kondensatorów może pomóc w kolejnym projekcie.

Krok 1: Części i wyposażenie

Jeśli chcesz się pobawić, zbadać i wyciągnąć własne wnioski, oto kilka części i wyposażenia, które mogą być pomocne.

• rezystory o różnej wartości
• kondensatory o różnej wartości
• przewody połączeniowe
• przełącznik wciskany
• deska do krojenia chleba
• oscyloskop
• woltomierz
• generator funkcji/sygnałów

W moim przypadku nie mam generatora sygnału, więc musiałem użyć mikrokontrolera (MSP432 firmy Texas Instruments). Możesz uzyskać wskazówki dotyczące samodzielnego wykonywania jednego z tego drugiego Instruktażu.

(Jeśli chcesz, aby płyta mikrokontrolera robiła tylko twoje rzeczy (komponuję serię instrukcji, które mogą być pomocne), sama płyta rozwojowa MSP432 jest stosunkowo niedroga za około 27 USD. Możesz sprawdzić w Amazon, Digikey, Newark, Element14 lub Mouser.)

Krok 2: Przyjrzyjmy się kondensatorom

Wyobraźmy sobie baterię, wyłącznik przyciskowy (Pb), rezystor (R) i kondensator połączone szeregowo. W zamkniętej pętli.

W czasie zero t(0), przy otwartym Pb, nie mierzylibyśmy napięcia ani na rezystorze, ani na kondensatorze.

Czemu? Odpowiedź na to dla rezystora jest łatwa - mierzone napięcie może być tylko wtedy, gdy przez rezystor przepływa prąd. W poprzek rezystora, jeśli istnieje różnica potencjałów, powoduje to prąd.

Ale ponieważ przełącznik jest otwarty, nie może być prądu. Zatem brak napięcia (Vr) na R.

Co powiesz na kondensator. No cóż… znowu w tej chwili w obwodzie nie ma prądu.

Jeśli kondensator jest całkowicie rozładowany, oznacza to, że nie ma mierzalnej różnicy potencjałów na jego zaciskach.

Jeśli popchniemy (zamkniemy) Pb w t(a), wtedy sprawy staną się interesujące. Jak wskazaliśmy w jednym z filmów, kondensator zaczyna się jako rozładowany. Ten sam poziom napięcia na każdym zacisku. Pomyśl o tym jako o zwartym przewodzie.

Chociaż wewnętrznie przez kondensator nie przepływają żadne prawdziwe elektrony, na jednym zacisku zaczyna tworzyć się ładunek dodatni, a na drugim ładunek ujemny. Wtedy wydaje się (zewnętrznie) tak, jakby rzeczywiście był prąd.

Ponieważ kondensator jest w najbardziej rozładowanym stanie, właśnie wtedy ma największą zdolność do przyjęcia ładunku. Czemu? Ponieważ podczas ładowania oznacza to, że na jego zacisku występuje mierzalny potencjał, a to oznacza, że jego wartość jest bliższa zastosowanemu napięciu akumulatora. Przy mniejszej różnicy między zastosowanym (akumulatorem) a jego rosnącym ładunkiem (wzrost napięcia), jest mniejszy bodziec do utrzymywania akumulowanego ładunku w tym samym tempie.

Z biegiem czasu skumulowana stawka ładowania spada. Widzieliśmy to w obu filmach i symulacji L. T. Spice.

Ponieważ to na samym początku kondensator chce przyjąć najwięcej ładunku, działa jak tymczasowe zwarcie z resztą obwodu.

Oznacza to, że na początku uzyskamy największy prąd przez obwód.

Widzieliśmy to na obrazku przedstawiającym symulację L. T. Spice.

Gdy kondensator ładuje się, a napięcie na jego zaciskach zbliża się do przyłożonego napięcia, zmniejsza się impet lub zdolność ładowania. Pomyśl o tym - im większa różnica napięć na czymś, tym większa możliwość przepływu prądu. Duże napięcie = możliwy duży prąd. Małe napięcie = możliwy mały prąd. (Zazwyczaj).

Dlatego gdy kondensator osiąga poziom napięcia zastosowanej baterii, wygląda to na przerwę lub przerwę w obwodzie.

Tak więc kondensator zaczyna się jako krótki, a kończy jako otwarty. (Będąc bardzo uproszczony).

Więc znowu maksymalny prąd na początku, minimalny prąd na końcu.

Jeszcze raz, jeśli spróbujesz zmierzyć napięcie na zwarciu, nie zobaczysz żadnego.

Tak więc w kondensatorze prąd jest największy, gdy napięcie (na kondensatorze) wynosi zero, a prąd jest co najmniej, gdy napięcie (na kondensatorze) jest największe.

Tymczasowe magazynowanie i dostawa energii

Ale to nie wszystko i właśnie ta część może być pomocna w naszych obwodach robotów.

Powiedzmy, że kondensator jest naładowany. Jest przy zastosowanym napięciu akumulatora. Jeśli z jakiegoś powodu przyłożone napięcie spadnie („zapad”), być może z powodu nadmiernego zapotrzebowania na prąd w obwodach, w takim przypadku prąd będzie wypływał z kondensatora.

Załóżmy zatem, że przyłożone napięcie wejściowe nie jest poziomem stabilnym jak skała, którego potrzebujemy. Kondensator może pomóc wygładzić te (krótkie) spadki.

Krok 3: Jedno zastosowanie kondensatorów - szum filtra

Jak kondensator może nam pomóc? Jak możemy zastosować to, co zaobserwowaliśmy w przypadku kondensatora?

Najpierw zamodelujmy coś, co dzieje się w prawdziwym życiu: głośną szynę zasilającą w obwodach naszego robota.

Użyliśmy L. T. Spice, możemy skonstruować obwód, który pomoże nam analizować szum cyfrowy, który mógłby pojawić się na szynach zasilających naszych obwodów robota. Obrazy przedstawiają obwód i model Spice'a dla wynikowych poziomów napięcia szyny zasilającej.

Powodem, dla którego Spice może to modelować, jest to, że zasilacz obwodu ("V.5V. Batt") ma niewielką rezystancję wewnętrzną. Tylko dla kopnięć zrobiłem, że ma opór wewnętrzny 1ohm. Jeśli zamodelujesz to, ale nie sprawisz, że źródło napięcia ma rezystancję wewnętrzną, nie zobaczysz spadku napięcia szyny z powodu szumu cyfrowego, ponieważ wtedy źródło napięcia jest „źródłem idealnym”.