Kondensatori robotikā: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šīs pamācības motivācija ir ilgākā, kas tiek izstrādāta, un tā izseko progresu Texas Instruments Robotikas sistēmas mācību komplekta laboratorijas kursos. Un šī kursa motivācija ir izveidot (pārbūvēt) labāku, izturīgāku robotu. Noderīga ir arī 9. sadaļa: Sprieguma, jaudas un enerģijas uzglabāšana kondensatorā, līdzstrāvas inženierijas ķēdes analīze”, kas pieejama vietnē MathTutorDvd.com.

Būvējot lielu robotu, ir jāuztraucas par daudziem jautājumiem, kurus lielākoties var ignorēt, veidojot mazu vai rotaļlietu robotu.

Iepazīstoties vai zinot par kondensatoriem, jūs varētu palīdzēt nākamajā projektā.

1. darbība: detaļas un aprīkojums

Ja vēlaties spēlēties, izpētīt un izdarīt savus secinājumus, šeit ir dažas detaļas un aprīkojums, kas būtu noderīgi.

• dažādu vērtību rezistori
• dažādu vērtību kondensatori
• džemperu vadi
• spiedpogas slēdzis
• maizes dēlis
• osciloskops
• voltmetrs
• funkciju/signālu ģenerators

Manā gadījumā man nav signālu ģeneratora, tāpēc man bija jāizmanto mikrokontrolleris (MSP432 no Texas Instruments). Jūs varat iegūt norādes, kā to izdarīt pats, izmantojot šo citu pamācību.

(Ja vēlaties, lai mikrokontrollera dēlis darītu tikai jūsu darbu (es veidoju virkni pamācību, kas varētu būt noderīgi), pati MSP432 izstrādes plate ir salīdzinoši lēta-aptuveni USD 27 USD. Jūs varat pārbaudīt vietnē Amazon, Digikey, Newark, Element14 vai Mouser.)

2. solis: Apskatīsim kondensatorus

Iedomāsimies akumulatoru, spiedpogu slēdzi (Pb), rezistoru (R) un kondensatoru. Slēgtā ciklā.

Laikā nulle t (0), kad Pb ir atvērts, mēs nemērītu spriegumu ne rezistorā, ne kondensatorā.

Kāpēc? Atbildēt uz šo rezistoru ir viegli - izmērīts spriegums var būt tikai tad, ja caur rezistoru plūst strāva. Ja rezistorā ir potenciāla atšķirība, tas izraisa strāvu.

Bet, tā kā slēdzis ir atvērts, strāva nevar būt. Tādējādi nav sprieguma (Vr) pāri R.

Kā būtu pāri kondensatoram. Nu.. atkal, ķēdē šobrīd nav strāvas.

Ja kondensators ir pilnībā izlādējies, tas nozīmē, ka starp tā spailēm nevar izmērīt potenciālās atšķirības.

Ja mēs spiežam (aizveram) Pb pie t (a), tad lietas kļūst interesantas. Kā mēs norādījām vienā no videoklipiem, kondensators sāk darboties kā izlādējies. Vienāds sprieguma līmenis katrā terminālī. Padomājiet par to kā par īssavienojumu.

Lai gan iekšēji caur kondensatoru neplūst īsti elektroni, vienā terminālī sāk veidoties pozitīvs lādiņš, bet otrā - negatīvs. Pēc tam šķiet (ārēji) tā, it kā patiešām būtu strāva.

Tā kā kondensators ir visvairāk izlādētā stāvoklī, tieši tad tam ir vislielākā jauda pieņemt lādiņu. Kāpēc? Tā kā tas uzlādējas, tas nozīmē, ka tā terminālī ir izmērāms potenciāls, un tas nozīmē, ka tā vērtība ir tuvāk piemērotajam akumulatora spriegumam. Tā kā ir mazāka atšķirība starp lietoto (akumulatoru) un pieaugošo uzlādi (pieaug spriegums), ir mazāks impulss saglabāt uzkrāto lādiņu tādā pašā ātrumā.

Akumulatora uzlādes līmenis laika gaitā samazinās. Mēs to redzējām gan videoklipos, gan L. T. Spice simulācijā.

Tā kā kondensators jau pašā sākumā vēlas uzņemt visvairāk lādiņa, tas darbojas kā īslaicīgs īssavienojums pārējā ķēdē.

Tas nozīmē, ka sākumā mēs saņemsim vislielāko strāvu caur ķēdi.

Mēs to redzējām attēlā, kurā parādīta L. T. Spice simulācija.

Kad kondensators uzlādējas un tā spailes attīsta spriegumu, kas tuvojas pielietotajam spriegumam, impulss vai spēja uzlādēties samazinās. Padomājiet par to - jo lielāka ir sprieguma atšķirība starp kaut ko, jo lielāka ir strāvas plūsmas iespēja. Liels spriegums = iespējama liela strāva. Mazs spriegums = iespējama neliela strāva. (Parasti).

Tāpēc, kondensatoram sasniedzot pielietotā akumulatora sprieguma līmeni, tas izskatās kā ķēdes atvērums vai pārtraukums.

Tātad kondensators sākas kā īss un beidzas kā atvērts. (Esot ļoti vienkāršots).

Tātad, atkal, maksimālā strāva sākumā, minimālā strāva beigās.

Vēlreiz, ja jūs mēģināt izmērīt spriegumu īssavienojumā, jūs to neredzēsit.

Tātad kondensatorā strāva ir vislielākā, ja spriegums (pāri kondensatoram) ir nulle, un strāva ir vismazākā, kad spriegums (pāri kondensatoram) ir vislielākais.

Pagaidu uzglabāšana un enerģijas piegāde

Bet tur ir vairāk, un tieši šī daļa varētu būt noderīga mūsu robotu ķēdēs.

Pieņemsim, ka kondensators ir uzlādēts. Tas ir pie pielietotā akumulatora sprieguma. Ja kāda iemesla dēļ pielietotais spriegums samazināsies ("sag"), iespējams, dažu pārmērīgu strāvas vajadzību dēļ ķēdēs, tādā gadījumā no kondensatora parādīsies strāva.

Tādējādi pieņemsim, ka ieejas pielietotais spriegums nav stabils līmenis, kāds mums vajadzīgs. Kondensators var palīdzēt izlīdzināt šos (īsos) kritumus.

3. darbība. Viens kondensatoru pielietojums - filtra troksnis

Kā kondensators mums varētu palīdzēt? Kā mēs varam izmantot to, ko esam novērojuši par kondensatoru?

Vispirms modelēsim kaut ko, kas notiek reālajā dzīvē: trokšņainu barošanas bloku mūsu robota ķēdēs.

Mēs izmantojām L. T. Spice, mēs varam izveidot ķēdi, kas palīdzēs mums analizēt digitālo troksni, kas varētu parādīties mūsu robota ķēdēs. Attēlos redzama ķēde un Spice modelē iegūtos strāvas sliedes sprieguma līmeņus.

Iemesls, kāpēc Spice to var modelēt, ir tas, ka ķēdes barošanas avotam ("V.5V. Batt") ir neliela iekšējā pretestība. Tikai sitienu dēļ es padarīju to ar 1ohm iekšējo pretestību. Ja jūs to modelējat, bet nepiešķiriet vēlēšanu avotam iekšēju pretestību, jūs neredzēsiet sliežu sprieguma kritumu digitālā trokšņa dēļ, jo tad sprieguma avots ir "ideāls avots".