Condensadors en robòtica: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

La motivació d’aquest instructable és la més llarga que s’està desenvolupant, que fa un seguiment del progrés a través del curs de laboratori del kit d’aprenentatge del sistema de robòtica de Texas Instruments. I la motivació d’aquest curs és construir (reconstruir) un robot millor i més robust. També és útil "Secció 9: Emmagatzematge de tensió, energia i energia en un condensador, anàlisi de circuits d'enginyeria de CC", disponible a MathTutorDvd.com.

Hi ha molts problemes que cal preocupar-se quan es construeix un robot gran, que es poden ignorar sobretot quan es construeix un robot petit o de joguina.

Ser més familiar o coneixedor dels condensadors us pot ajudar en el vostre proper projecte.

Pas 1: peces i equips

Si voleu jugar, investigar i treure les vostres pròpies conclusions, aquí teniu algunes parts i equips que us serien útils.

• diferents resistències de valor
• condensadors de diferents valors
• cables de pont
• un interruptor de polsador
• una pissarra
• un oscil·loscopi
• un voltímetre
• un generador de funcions / senyals

En el meu cas, no tinc un generador de senyal, de manera que vaig haver d’utilitzar un microcontrolador (un MSP432 de Texas Instruments). Podeu obtenir algunes indicacions sobre com fer-ho vosaltres mateixos amb aquest altre instructable.

(Si només voleu que la placa de microcontroladors faci les vostres coses (estic composant una sèrie d’instructibles que us poden ser útils), la pròpia placa de desenvolupament MSP432 és relativament econòmica a uns 27 dòlars. Podeu consultar-ho a Amazon, Digikey, Newark, Element14 o Mouser.)

Pas 2: Vegem els condensadors

Imaginem una bateria, un interruptor de polsador (Pb), una resistència (R) i un condensador tot en sèrie. En bucle tancat.

En el moment zero t (0), amb Pb obert, no mesuraríem cap tensió ni a la resistència ni al condensador.

Per què? Respondre a això per la resistència és fàcil: només hi pot haver una tensió mesurada quan hi ha corrent que circula per la resistència. A través d’una resistència, si hi ha una diferència de potencial, això provoca un corrent.

Però com que l'interruptor està obert, no hi pot haver corrent. Per tant, no hi ha tensió (Vr) a través de R.

Què tal a través del condensador. Bé … de nou, no hi ha corrent al circuit en aquest moment.

Si el condensador està completament descarregat, vol dir que no hi pot haver diferències de potencial mesurables entre els seus terminals.

Si premem (tanquem) el Pb a t (a), llavors les coses es posen interessants. Com hem indicat en un dels vídeos, el condensador comença descarregat. El mateix nivell de tensió a cada terminal. Penseu en això com un cable en curtcircuit.

Tot i que cap condensador real no circula internament pel condensador, hi ha una càrrega positiva que comença a formar-se en un terminal i una càrrega negativa en l’altre terminal. Aleshores apareix (externament) com si de fet hi hagi corrent.

Com que el condensador es troba en el seu estat més descarregat, és llavors quan té més capacitat per acceptar una càrrega. Per què? Perquè a mesura que es carrega, això significa que hi ha un potencial mesurable a través del terminal, i això significa que té un valor més proper a la tensió de la bateria aplicada. Amb menys diferències entre la càrrega aplicada (bateria) i la càrrega creixent (pujada de tensió), hi ha menys impuls per seguir acumulant càrrega al mateix ritme.

La taxa de càrrega acumulada disminueix a mesura que passa el temps. Ho vam veure tant en els vídeos com en la simulació de L. T. Spice.

Com que és al principi que el condensador vol acceptar la major càrrega, actua com un curt temporal a la resta del circuit.

Això vol dir que obtindrem la màxima intensitat del circuit a la sortida.

Ho hem vist a la imatge que mostra la simulació de L. T. Spice.

A mesura que el condensador es carrega i està desenvolupant tensió a través dels seus terminals, s’acosta a la tensió aplicada, es redueix l’impuls o la capacitat de càrrega. Penseu-hi: com més diferència de tensió hi hagi, més possibilitats de flux de corrent. Gran voltatge = possible gran corrent. Petit voltatge = possible petit corrent. (Normalment).

Per tant, a mesura que un condensador assoleix el nivell de tensió de la bateria aplicada, sembla un obert o un trencament del circuit.

Per tant, un condensador comença com un curt i acaba com un obert. (Ser molt simplista).

Així, de nou, el corrent màxim al començament i el corrent mínim al final.

Una vegada més, si intenteu mesurar un voltatge a través d’un curt, no en veureu cap.

Així, en un condensador, el corrent és màxim quan el voltatge (a través del condensador) és zero, i el corrent és mínim quan el voltatge (a través del condensador) és màxim.

Emmagatzematge temporal i subministrament d'energia

Però hi ha més, i és aquesta part la que pot ser útil en els nostres circuits de robots.

Diguem que el condensador està carregat. Es troba a la tensió de la bateria aplicada. Si per algun motiu la tensió aplicada caigués ("caiguda"), potser a causa d'algunes necessitats de corrent excessives en els circuits, en aquest cas, semblarà que surt corrent del condensador.

Per tant, diguem que la tensió aplicada d’entrada no és un nivell constant de roca que necessitem. Un condensador pot ajudar a suavitzar aquestes baixades (curtes).

Pas 3: una aplicació de condensadors: filtre de soroll

Com ens pot ajudar un condensador? Com podem aplicar el que hem observat sobre un condensador?

En primer lloc, anem a modelar alguna cosa que passa a la vida real: un sorollós rail de potència als circuits del nostre robot.

Vam fer servir L. T. Spice, podem construir un circuit que ens ajudi a analitzar el soroll digital que podria aparèixer als rails de potència dels circuits del nostre robot. Les imatges mostren el circuit i la modelització de Spice dels nivells de tensió del carril de potència resultants.

La raó per la qual Spice pot modelar-lo és perquè la font d'alimentació del circuit ("V.5V. Batt") té una mica de resistència interna. Només per a patades, vaig fer que tingués 1 ohm de resistència interna. Si modeleu això però no feu que la font de votatge tingui una resistència interna, no veureu la caiguda de la tensió del carril a causa del soroll digital, perquè la font de tensió és una "font perfecta".