خازن ها در رباتیک: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

انگیزه این دستورالعمل طولانی تر است که در حال توسعه است و پیشرفت را در دوره آزمایشگاه کیت آموزشی سیستم آموزشی روباتیک Texas Instruments دنبال می کند. و انگیزه آن دوره ساخت (بازسازی) یک ربات بهتر و قوی تر است. همچنین "بخش 9: ولتاژ ، توان و ذخیره انرژی در خازن ، تحلیل مدار مهندسی DC" ، که در MathTutorDvd.com موجود است ، مفید است.

هنگام ساختن یک ربات بزرگ ، باید نکات زیادی را رعایت کرد که هنگام ساختن یک ربات کوچک یا اسباب بازی می تواند نادیده گرفته شود.

آشنایی بیشتر یا آگاهی از خازن ها می تواند به شما در پروژه بعدی شما کمک کند.

مرحله 1: قطعات و تجهیزات

اگر می خواهید با دیگران بازی کنید ، تحقیق کنید و نتیجه گیری کنید ، در اینجا چند قسمت و تجهیزات وجود دارد که می تواند مفید باشد.

• مقاومتهای با مقدار متفاوت
• خازن های با ارزش متفاوت
• سیم های جهنده
• یک کلید فشاری
• یک تخته نان
• یک اسیلوسکوپ
• یک ولت متر
• یک تابع/مولد سیگنال

در مورد من ، من مولد سیگنال ندارم ، بنابراین مجبور شدم از میکروکنترلر (MSP432 از Texas Instruments) استفاده کنم. می توانید نکاتی را در مورد انجام یکی از این دستورالعمل های دیگر دریافت کنید.

(اگر فقط می خواهید تخته میکرو کنترلر کار خود را انجام دهد (من یک سری دستورالعمل ها را می نویسم که ممکن است مفید باشد) ، تابلوی توسعه MSP432 به خودی خود تقریباً 27 دلار قیمت دارد. می توانید با آمازون ، Digikey ، Newark ، Element14 یا Mouser.)

مرحله 2: بیایید نگاهی به خازن ها بیندازیم

بیایید یک باتری ، یک کلید فشار (Pb) ، یک مقاومت (R) و یک خازن را بصورت سری تصور کنیم. در یک حلقه بسته.

در زمان صفر t (0) ، با سرب باز ، هیچ ولتاژی را در مقاومت یا خازن اندازه گیری نمی کنیم.

چرا؟ پاسخ دادن به این مقاومت آسان است - تنها زمانی می توان ولتاژ اندازه گیری کرد که جریان از مقاومت عبور کند. در مقابل یک مقاومت ، اگر اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد ، باعث ایجاد جریان می شود.

اما از آنجا که سوئیچ باز است ، نمی توان جریان داشت. بنابراین ، بدون ولتاژ (Vr) در R

در مورد خازن چطور؟ خوب.. باز هم ، فعلاً جریانی در مدار وجود ندارد.

اگر خازن به طور کامل تخلیه شود ، این بدان معناست که هیچ تفاوت بالقوه ای در پایانه های آن قابل اندازه گیری نیست.

اگر سرب را در t (a) فشار دهیم (ببندیم) ، اوضاع جالب می شود. همانطور که در یکی از فیلم ها نشان دادیم ، خازن با تخلیه شروع به کار می کند. سطح ولتاژ یکسان در هر ترمینال. آن را به عنوان یک سیم کوتاه در نظر بگیرید.

اگرچه هیچ الکترون واقعی در داخل خازن جریان ندارد ، اما بار مثبتی در یک ترمینال و بار منفی در پایانه دیگر شکل می گیرد. سپس (در خارج) به نظر می رسد که در واقع جریان وجود دارد.

از آنجا که خازن در حالت تخلیه شده خود قرار دارد ، درست زمانی است که بیشترین ظرفیت را برای پذیرش شارژ دارد. چرا؟ زیرا با شارژ شدن ، این بدان معناست که یک پتانسیل قابل اندازه گیری در ترمینال آن وجود دارد و این بدان معناست که از نظر ارزش به ولتاژ باتری اعمال شده نزدیک تر است. با تفاوت کمتر بین کاربردی (باتری) و افزایش شارژ (افزایش ولتاژ) ، انگیزه کمتری برای حفظ بار انباشته با همان سرعت وجود دارد.

نرخ بار انباشته با گذشت زمان کاهش می یابد. ما این را در فیلم ها و شبیه سازی L. T. Spice مشاهده کردیم.

از آنجا که در همان ابتدا است که خازن می خواهد بیشترین بار را بپذیرد ، مانند یک اتصال کوتاه موقت به بقیه مدار عمل می کند.

این بدان معناست که ما در ابتدا بیشترین جریان را از طریق مدار دریافت می کنیم.

ما این را در تصویری که شبیه سازی L. T. Spice را نشان می دهد مشاهده کردیم.

وقتی خازن شارژ می شود و ولتاژ آن در پایانه هایش در حال نزدیک شدن به ولتاژ اعمال شده است ، انگیزه یا قابلیت شارژ کاهش می یابد. در مورد آن فکر کنید - هرچه اختلاف ولتاژ در چیزی بیشتر باشد ، احتمال جریان بیشتر است. ولتاژ بزرگ = جریان زیاد احتمالی ولتاژ کوچک = جریان کوچک احتمالی. (معمولا).

بنابراین با رسیدن یک خازن به سطح ولتاژ باتری مورد استفاده ، بعنوان یک مدار باز یا شکسته به نظر می رسد.

بنابراین ، یک خازن به صورت کوتاه شروع می شود و به صورت باز به پایان می رسد. (بسیار ساده انگار بودن).

بنابراین ، دوباره ، حداکثر جریان در ابتدا ، حداقل جریان در پایان.

یکبار دیگر ، اگر بخواهید ولتاژ یک طول کوتاه را اندازه گیری کنید ، هیچ ولتاژی را مشاهده نخواهید کرد.

بنابراین ، در یک خازن ، جریان در زمانی که ولتاژ (در سراسر خازن) صفر است در بیشترین حد خود قرار دارد و جریان در حداقل زمانی است که ولتاژ (روی خازن) در بیشترین حد خود باشد.

ذخیره موقت و تامین انرژی

اما موارد بیشتری وجود دارد ، و این بخش است که می تواند در مدارهای ربات ما مفید باشد.

فرض کنید خازن شارژ شده است. در ولتاژ باتری اعمال شده است. اگر به دلایلی ولتاژ اعمال شده کاهش یابد ("افتادگی") ، شاید به دلیل برخی از نیازهای بیش از حد جریان در مدارها ، در این صورت ، به نظر می رسد که جریان از خازن خارج می شود.

بنابراین ، فرض کنید ولتاژ ورودی یک سطح ثابت از نظر صخره نیست که ما به آن نیاز داریم. یک خازن می تواند به کاهش صافی های (کوتاه) کمک کند.

مرحله 3: یک کاربرد خازنها - فیلتر نویز

چگونه یک خازن می تواند به ما کمک کند؟ چگونه می توانیم آنچه را که در مورد یک خازن مشاهده کرده ایم اعمال کنیم؟

ابتدا بیایید چیزی را که در زندگی واقعی اتفاق می افتد ، مدل سازی کنیم: یک ریل قدرتمند پر سر و صدا در مدارهای ربات ما.

ما از L. T. اسپایس ، ما می توانیم مداری بسازیم که به ما در تجزیه و تحلیل نویز دیجیتالی که می تواند در ریل های قدرت مدارهای ربات ما ظاهر شود کمک کند. تصاویر مدار و مدل سازی اسپایس از سطوح ولتاژ ریلی قدرت را نشان می دهند.

دلیل اینکه Spice می تواند آن را مدل کند این است که منبع تغذیه مدار ("V.5V. Batt") دارای مقاومت داخلی کمی است. فقط برای ضربات ، من آن را 1 اهم مقاومت داخلی کردم. اگر از این مدل استفاده می کنید اما باعث نمی شوید که منبع رأی مقاومت داخلی داشته باشد ، به دلیل نویز دیجیتال افت ولتاژ ریل را مشاهده نخواهید کرد ، زیرا منبع ولتاژ یک "منبع کامل" است.