Condensatoare în robotică: 4 pași

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-23 15:04

Motivația acestui instructabil este cea mai lungă care este dezvoltată, care urmărește progresul prin cursul de laborator al kitului de învățare a sistemului de robotică Texas Instruments. Și motivația acestui curs este de a construi (reconstrui) un robot mai bun și mai robust. De asemenea, este util „Secțiunea 9: Stocare de tensiune, putere și energie într-un condensator, analiză de circuit ingineresc DC”, disponibil la MathTutorDvd.com.

Există multe probleme de care trebuie să ne îngrijorăm atunci când construim un robot mare, pe care le putem ignora în mare parte atunci când construim un robot mic sau de jucărie.

Dacă sunteți mai familiarizați sau mai cunoscuți despre condensatori, vă puteți ajuta la următorul dvs. proiect.

Pasul 1: Piese și echipamente

Dacă doriți să vă jucați, să investigați și să trageți propriile concluzii, iată câteva părți și echipamente care ar fi de ajutor.

• diferite rezistențe de valoare
• condensatoare cu valori diferite
• fire jumper
• un comutator cu buton
• o placă de măsurare
• un osciloscop
• un voltmetru
• un generator de funcții / semnal

În cazul meu, nu am un generator de semnal, așa că a trebuit să folosesc un microcontroler (un MSP432 de la Texas Instruments). Puteți obține câteva indicații despre a face unul singur din acest alt instructabil.

(Dacă doriți doar ca placa de microcontroler să vă facă propriile lucruri (compun o serie de instrumente care ar putea fi utile), placa de dezvoltare MSP432 în sine este relativ ieftină la aproximativ 27 USD. Puteți verifica cu Amazon, Digikey, Newark, Element14 sau Mouser.)

Pasul 2: Să aruncăm o privire asupra condensatoarelor

Să ne imaginăm o baterie, un comutator cu buton (Pb), un rezistor (R) și un condensator, toate în serie. În buclă închisă.

La momentul zero t (0), cu Pb deschis, nu am măsura nici o tensiune nici pe rezistor, nici pe condensator.

De ce? Răspunsul la rezistență este ușor - poate exista o tensiune măsurată numai atunci când curentul curge prin rezistor. Pe un rezistor, dacă există o diferență de potențial, care provoacă un curent.

Dar, întrucât comutatorul este deschis, nu poate exista curent. Astfel, nu există tensiune (Vr) pe R.

Ce zici de condensator. Ei bine.. din nou, în acest moment nu există curent în circuit.

Dacă condensatorul este complet descărcat, înseamnă că nu poate exista o diferență de potențial măsurabilă între bornele sale.

Dacă împingem (închidem) Pb la t (a), atunci lucrurile devin interesante. După cum am indicat într-unul dintre videoclipuri, condensatorul începe ca descărcat. Același nivel de tensiune la fiecare terminal. Gândiți-vă la asta ca la un fir scurtcircuitat.

Deși nu condensează electroni reali prin condensator intern, există o sarcină pozitivă care începe să se formeze la un terminal și o sarcină negativă la celălalt terminal. Apare apoi (extern) ca și cum ar fi într-adevăr curent.

Fiind faptul că condensatorul este în starea sa cea mai descărcată, chiar atunci are cea mai mare capacitate de a accepta o încărcare. De ce? Pentru că, pe măsură ce se încarcă, asta înseamnă că există un potențial măsurabil pe terminalul său și asta înseamnă că are o valoare mai apropiată de tensiunea aplicată a bateriei. Cu o diferență mai mică între încărcarea aplicată (bateria) și creșterea acesteia (creșterea tensiunii), există un impuls mai mic pentru a păstra acumularea încărcării la același ritm.

Rata de încărcare acumulată scade odată cu trecerea timpului. Am văzut asta atât în videoclipuri, cât și în simularea L. T. Spice.

Deoarece condensatorul dorește să accepte cea mai mare încărcare la început, acesta acționează ca un scurtcircuit temporar la restul circuitului.

Asta înseamnă că vom obține cel mai mare curent prin circuit la început.

Am văzut acest lucru în imaginea care arată simularea L. T. Spice.

Pe măsură ce un condensator se încarcă și se dezvoltă tensiune pe bornele sale, se apropie de tensiunea aplicată, impulsul sau capacitatea de încărcare sunt reduse. Gândiți-vă - cu cât este mai mare diferența de tensiune între ceva, cu atât mai multă posibilitate de curent. Tensiune mare = curent mare posibil. Tensiune mică = posibil curent mic. (De obicei).

Prin urmare, pe măsură ce un condensator atinge nivelul de tensiune al bateriei aplicate, acesta pare a fi deschis sau întrerupt în circuit.

Deci, un condensator începe ca un scurt și ajunge ca un deschis. (Fiind foarte simplist).

Deci, din nou, curent maxim la început, curent minim la sfârșit.

Încă o dată, dacă încercați să măsurați o tensiune pe un scurt, nu veți vedea niciuna.

Deci, într-un condensator, curentul este cel mai mare atunci când tensiunea (pe condensator) este la zero, iar curentul este cel puțin când tensiunea (pe condensator) este cea mai mare.

Depozitare temporară și aprovizionare cu energie

Dar mai sunt multe și această parte ar putea fi utilă în circuitele noastre de roboți.

Să presupunem că condensatorul este încărcat. Este la tensiunea aplicată a bateriei. Dacă dintr-un anumit motiv tensiunea aplicată ar scădea („cădere”), probabil din cauza unor necesități excesive de curent în circuite, în acest caz, curentul va părea să curgă din condensator.

Deci, să presupunem că tensiunea aplicată de intrare nu este un nivel stabil de rocă de care avem nevoie. Un condensator vă poate ajuta să neteziți aceste scufundări (scurte).

Pasul 3: o singură aplicație a condensatoarelor - filtrarea zgomotului

Cum ne poate ajuta un condensator? Cum putem aplica ceea ce am observat despre un condensator?

În primul rând, să modelăm ceva care se întâmplă în viața reală: o șină electrică zgomotoasă în circuitele robotului nostru.

Am folosit L. T. Spice, putem construi un circuit care ne va ajuta să analizăm zgomotul digital care ar putea apărea în șinele de alimentare ale circuitelor robotului nostru. Imaginile arată circuitul și modelarea de către Spice a nivelurilor de tensiune ale șinei de putere rezultate.

Motivul pentru care Spice îl poate modela este că sursa de alimentare a circuitului („V.5V. Batt”) are o rezistență internă mică. Doar pentru lovituri, am făcut să aibă 1ohm de rezistență internă. Dacă modelați acest lucru, dar nu faceți ca sursa de votaj să aibă o rezistență internă, nu veți vedea scăderea tensiunii pe șină din cauza zgomotului digital, deoarece atunci sursa de tensiune este o „sursă perfectă”.