Kondensatorer i robotik: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Motivationen til denne Instructable er, at den længere udvikles, der følger udviklingen gennem Texas Instruments Robotics System Learning Kit Lab Course. Og motivationen for det kursus er at bygge (ombygge) en bedre, mere robust robot. Også nyttig er "Afsnit 9: Spænding, strøm og energilagring i en kondensator, DC Engineering Circuit Analysis", tilgængelig på MathTutorDvd.com.

Der er mange spørgsmål, som man skal være bekymret over, når man bygger en stor robot, som man mest kan ignorere, når man bygger en lille eller legetøjsrobot.

At være mere fortrolig eller vidende om kondensatorer kan hjælpe dig med dit næste projekt.

Trin 1: Dele og udstyr

Hvis du vil lege med, undersøge og drage dine egne konklusioner, er her nogle dele og udstyr, der ville være nyttige.

• forskellige værdimodstande
• forskellige værdikondensatorer
• jumper ledninger
• en trykknapkontakt
• et brødbræt
• et oscilloskop
• en voltmåler
• en funktion/signalgenerator

I mit tilfælde har jeg ikke en signalgenerator, så jeg var nødt til at bruge en mikro-controller (en MSP432 fra Texas Instruments). Du kan få nogle tip til at lave en selv fra denne anden instruerbare.

(Hvis du kun vil have mikro-controller-kortet til at gøre dine egne ting (jeg sammensætter en række instruktioner, der kan være nyttige), er selve udviklingsbordet MSP432 relativt billigt til omkring $ 27 USD. Du kan tjekke med Amazon, Digikey, Newark, Element14 eller Mouser.)

Trin 2: Lad os tage et kig på kondensatorer

Lad os forestille os et batteri, en trykknapkontakt (Pb), en modstand (R) og en kondensator alle i serie. I en lukket sløjfe.

På tidspunktet nul t (0), med Pb åben, ville vi ikke måle nogen spænding over hverken modstanden eller kondensatoren.

Hvorfor? Det er let at svare på dette for modstanden - der kan kun være en målt spænding, når der strømmer strøm gennem modstanden. På tværs af en modstand, der forårsager en strøm, hvis der er en forskel i potentiale.

Men da kontakten er åben, kan der ikke være strøm. Der er således ingen spænding (Vr) over R.

Hvad med på tværs af kondensatoren. Nå.. igen, der er ingen strøm i kredsløbet i øjeblikket.

Hvis kondensatoren er helt afladet, betyder det, at der ikke kan være nogen potentiel forskel, der kan måles på tværs af dens terminaler.

Hvis vi skubber (luk) Pb ved t (a), bliver tingene interessante. Som vi angav i en af videoerne, starter kondensatoren som afladet. Samme spændingsniveau på hver terminal. Tænk på det som en kortsluttet ledning.

Selvom ingen virkelige elektroner strømmer gennem kondensatoren internt, er der positiv ladning, der begynder at danne ved den ene terminal og negativ ladning ved den anden terminal. Det fremstår derefter (eksternt) som om der virkelig er strøm.

Fordi kondensatoren er i sin mest afladede tilstand, er det dengang, når den har mest kapacitet til at acceptere en opladning. Hvorfor? Fordi det oplades, betyder det, at der er et målbart potentiale på tværs af terminalen, og det betyder, at det er tættere på værdi til den påførte batterispænding. Med mindre forskel mellem påført (batteri) og det er stigende ladning (spænding stiger), er der mindre drivkraft for at blive ved med at akkumulere ladning i samme hastighed.

Den akkumulerende ladningshastighed sænkes, som tiden går. Vi så det i både videoerne og L. T. Spice -simuleringen.

Da det er i starten, at kondensatoren ønsker at acceptere den mest ladning, fungerer den som en midlertidig kortslutning til resten af kredsløbet.

Det betyder, at vi får mest strøm gennem kredsløbet i starten.

Vi så dette på billedet, der viser L. T. Spice -simuleringen.

Når en kondensator oplades, og den udvikler spænding på tværs af dets terminaler nærmer sig den påførte spænding, reduceres impulsen eller opladningsevnen. Tænk over det - jo mere en spændingsforskel på tværs af noget, jo større mulighed for strømstrøm. Stor spænding = mulig stor strøm. Lille spænding = mulig lille strøm. (Typisk).

Derfor, når en kondensator når spændingsniveauet for det påførte batteri, ligner det derefter et åbent eller brud i kredsløbet.

Så en kondensator starter som en kort og ender som en åben. (At være meget forenklet).

Så igen, max strøm i starten, minimum strøm i slutningen.

Endnu en gang, hvis du prøver at måle en spænding over en kort, vil du ikke se nogen.

Så i en kondensator er strømmen størst, når spændingen (på tværs af kondensatoren) er på nul, og strømmen er mindst, når spændingen (over kondensatoren) er størst.

Midlertidig opbevaring og energiforsyning

Men der er mere, og det er denne del, der kan være nyttig i vores robotkredsløb.

Lad os sige, at kondensatoren er opladet. Det er ved den påførte batterispænding. Hvis den påførte spænding af en eller anden grund skulle falde ("sag"), måske på grund af nogle overdrevne strømbehov i kredsløbene, vil der i så fald synes at strømme ud af kondensatoren.

Lad os således sige, at den indførte spænding ikke er et rock-stabilt niveau, som vi har brug for det. En kondensator kan hjælpe med at udjævne disse (korte) dips.

Trin 3: Én anvendelse af kondensatorer - filterstøj

Hvordan kan en kondensator hjælpe os? Hvordan kan vi anvende det, vi har observeret om en kondensator?

Lad os først modellere noget, der sker i virkeligheden: en støjende power rail i vores robots kredsløb.

Vi brugte L. T. Spice, vi kan konstruere et kredsløb, der vil hjælpe os med at analysere digital støj, der kan forekomme i vores robots kredsløb 'power rails. Billederne viser kredsløbet og Spices modellering af de resulterende power rail -spændingsniveauer.

Grunden til at Spice kan modellere det, er fordi kredsløbets strømforsyning ("V.5V. Batt") har en smule intern modstand. Bare for spark fik jeg den til at have 1 ohm intern modstand. Hvis du modellerer dette, men ikke får stemmekilden til at have en intern modstand, ser du ikke skinnespændingen på grund af den digitale støj, for så er spændingskilden en "perfekt kilde".