Kondensatorer i robotikk: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Motivasjonen for denne Instructable er den lengre som utvikles, som følger utviklingen gjennom Texas Instruments Robotics System Learning Kit Lab Course. Og motivasjonen for det kurset er å bygge (re-build) en bedre, mer robust robot. Også nyttig er "Seksjon 9: Spenning, strøm og energilagring i en kondensator, DC Engineering Circuit Analysis", tilgjengelig på MathTutorDvd.com.

Det er mange spørsmål man må være bekymret for når man bygger en stor robot, som man stort sett kan ignorere når man bygger en liten eller leketøyrobot.

Å være mer kjent eller kunnskapsrik om kondensatorer kan hjelpe deg med ditt neste prosjekt.

Trinn 1: Deler og utstyr

Hvis du vil leke med, undersøke og trekke dine egne konklusjoner, er det noen deler og utstyr som kan være nyttig.

• forskjellige verdi motstander
• forskjellige verdikondensatorer
• jumper ledninger
• en trykknappbryter
• et brødbrett
• et oscilloskop
• en voltmåler
• en funksjon/signalgenerator

I mitt tilfelle har jeg ikke en signalgenerator, så jeg måtte bruke en mikrokontroller (en MSP432 fra Texas Instruments). Du kan få noen tips om hvordan du gjør en selv fra denne andre instruerbare.

(Hvis du bare vil at mikrokontrollerkortet skal gjøre dine egne ting (jeg lager en serie instrukser som kan være nyttige), er selve utviklingsbordet MSP432 relativt billig til rundt $ 27 USD. Du kan sjekke med Amazon, Digikey, Newark, Element14 eller Mouser.)

Trinn 2: La oss ta en titt på kondensatorer

La oss forestille oss et batteri, en trykknappbryter (Pb), en motstand (R) og en kondensator i serie. I en lukket sløyfe.

På tidspunktet null t (0), med Pb åpen, ville vi ikke måle noen spenning over verken motstanden eller kondensatoren.

Hvorfor? Å svare på dette for motstanden er enkelt - det kan bare være en målt spenning når det strømmer gjennom motstanden. På tvers av en motstand, forårsaker det en strøm hvis det er en potensialforskjell.

Men siden bryteren er åpen, kan det ikke være strøm. Dermed er det ingen spenning (Vr) over R.

Hva med tvers av kondensatoren. Vel.. igjen, det er ingen strøm i kretsen for øyeblikket.

Hvis kondensatoren er fullstendig utladet, betyr det at det ikke kan være noen potensiell forskjell som kan måles over terminalene.

Hvis vi skyver (lukker) Pb ved t (a), blir ting interessante. Som vi indikerte i en av videoene, starter kondensatoren som utladet. Samme spenningsnivå på hver terminal. Tenk på det som en kortsluttet ledning.

Selv om ingen virkelige elektroner strømmer gjennom kondensatoren internt, er det positiv ladning som begynner å dannes ved den ene terminalen, og negativ ladning ved den andre terminalen. Det ser deretter ut (eksternt) som om det faktisk er strøm.

Fordi kondensatoren er i sin mest utladede tilstand, er det akkurat da den har mest kapasitet til å godta en ladning. Hvorfor? Fordi det lades, betyr det at det er et målbart potensial over terminalen, og det betyr at det er nærmere verdi for den påførte batterispenningen. Med mindre forskjell mellom påført (batteri) og økende ladning (spenning), er det mindre drivkraft for å fortsette å akkumulere ladning i samme hastighet.

Den akkumulerende ladehastigheten senkes etter hvert som tiden går. Vi så det både i videoene og i L. T. Spice -simuleringen.

Siden det er helt i starten at kondensatoren ønsker å akseptere mest ladning, fungerer den som en midlertidig kortslutning til resten av kretsen.

Det betyr at vi får mest mulig strøm gjennom kretsen ved starten.

Vi så dette på bildet som viser L. T. Spice -simuleringen.

Når en kondensator lades, og den utvikler spenning over terminalene nærmer seg den påførte spenningen, blir drivkraften eller ladningsevnen redusert. Tenk på det - jo mer av en spenningsforskjell på tvers av noe, desto større er muligheten for strømstrøm. Stor spenning = mulig stor strøm. Liten spenning = mulig liten strøm. (Typisk).

Derfor når en kondensator når spenningsnivået til det påførte batteriet, ser det da ut som en åpen eller brudd i kretsen.

Så, en kondensator starter som en kort, og ender opp som en åpen. (Å være veldig forenklet).

Så igjen, maks strøm ved starten, minimum strøm på slutten.

Nok en gang, hvis du prøver å måle en spenning over en kort, vil du ikke se noen.

Så i en kondensator er strømmen størst når spenningen (over kondensatoren) er på null, og strømmen er minst når spenningen (over kondensatoren) er størst.

Midlertidig lagring og energiforsyning

Men det er mer, og det er denne delen som kan være nyttig i våre robotkretser.

La oss si at kondensatoren er ladet. Det er ved påført batterispenning. Hvis den påførte spenningen av en eller annen grunn skulle falle ("sag"), kanskje på grunn av noen overdrevne strømbehov i kretsene, vil det i så fall se ut til å strømme ut av kondensatoren.

La oss derfor si at inngangsspenningen ikke er et jevnt nivå som vi trenger. En kondensator kan hjelpe til med å jevne ut de (korte) fallene.

Trinn 3: En applikasjon av kondensatorer - filterstøy

Hvordan kan en kondensator hjelpe oss? Hvordan kan vi bruke det vi har observert om en kondensator?

La oss først modellere noe som skjer i virkeligheten: en bråkete kraftskinne i robotens kretser.

Vi brukte L. T. Spice, vi kan konstruere en krets som vil hjelpe oss å analysere digital støy som kan vises i robotens kretser. Bildene viser kretsen, og Spices modellering av de resulterende strømskinnespenningsnivåene.

Grunnen til at Spice kan modellere det er fordi kretsens strømforsyning ("V.5V. Batt") har litt intern motstand. Bare for spark gjorde jeg at den hadde 1ohm intern motstand. Hvis du modellerer dette, men ikke får stemmekilden til å ha en intern motstand, vil du ikke se skinnenes spenningsfall på grunn av den digitale støyen, for da er spenningskilden en "perfekt kilde".