المكثفات في الروبوتات: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

الدافع وراء هذا Instructable هو الأطول الذي يتم تطويره ، والذي يتتبع التقدم من خلال دورة مختبر أدوات تعلم نظام Texas Instruments Robotics. والدافع وراء هذه الدورة هو بناء (إعادة بناء) روبوت أفضل وأكثر قوة. من المفيد أيضًا "القسم 9: تخزين الجهد والطاقة والطاقة في مكثف ، تحليل الدائرة الهندسية للتيار المستمر" ، المتاح في MathTutorDvd.com.

هناك العديد من القضايا التي يجب على المرء أن يهتم بها عند بناء روبوت كبير ، والتي يمكن للمرء أن يتجاهلها في الغالب عند بناء روبوت صغير أو لعبة.

أن تكون أكثر دراية أو معرفة بالمكثفات يمكن أن يساعدك في مشروعك التالي.

الخطوة 1: الأجزاء والمعدات

إذا كنت ترغب في اللعب والتحقيق واستخلاص النتائج الخاصة بك ، فإليك بعض الأجزاء والمعدات التي قد تكون مفيدة.

• مقاومات قيمة مختلفة
• مكثفات قيمة مختلفة
• أسلاك العبور
• مفتاح ضغط
• لوح التجارب
• راسم الذبذبات
• الفولتميتر
• وظيفة / مولد إشارة

في حالتي ، ليس لدي مولد إشارة ، لذلك اضطررت إلى استخدام وحدة تحكم دقيقة (MSP432 من Texas Instruments). يمكنك الحصول على بعض المؤشرات حول القيام بواحد بنفسك من هذا Instructable الآخر.

(إذا كنت تريد فقط من لوحة التحكم الصغيرة أن تفعل ما تريده (أنا أقوم بتأليف سلسلة من Instructables التي قد تكون مفيدة) ، فإن لوحة التطوير MSP432 نفسها غير مكلفة نسبيًا بحوالي 27 دولارًا أمريكيًا.يمكنك التحقق من Amazon ، Digikey ، Newark أو Element14 أو Mouser.)

الخطوة الثانية: دعونا نلقي نظرة على المكثفات

لنتخيل بطارية ومفتاح ضغط (Pb) ومقاوم (R) ومكثف ، كلها في سلسلة. في حلقة مغلقة.

في الوقت صفر t (0) ، مع فتح Pb ، لن نقيس أي جهد عبر المقاوم أو المكثف.

لماذا ا؟ من السهل الإجابة على هذا بالنسبة للمقاوم - لا يمكن أن يكون هناك جهد مُقاس إلا عندما يكون هناك تيار يتدفق عبر المقاوم. عبر المقاوم ، إذا كان هناك اختلاف في الجهد ، فهذا يسبب تيارًا.

ولكن نظرًا لأن المفتاح مفتوح ، فلا يمكن أن يكون هناك تيار. وبالتالي ، لا يوجد جهد (Vr) عبر R.

ماذا عن عبر المكثف. حسنًا.. مرة أخرى ، لا يوجد تيار في الدائرة في الوقت الحالي.

إذا تم تفريغ المكثف بالكامل ، فهذا يعني أنه لا يمكن أن يكون هناك فرق جهد يمكن قياسه عبر أطرافه.

إذا دفعنا (أغلقنا) Pb عند t (a) ، تصبح الأمور مثيرة للاهتمام. كما أشرنا في أحد مقاطع الفيديو ، يبدأ المكثف في العمل عند تفريغه. نفس مستوى الجهد عند كل طرف. فكر في الأمر كسلك قصير.

على الرغم من عدم وجود إلكترونات حقيقية تتدفق عبر المكثف داخليًا ، إلا أن هناك شحنة موجبة تبدأ في التكوين عند أحد الطرفين وشحنة سالبة عند الطرف الآخر. ثم يظهر (خارجيًا) كما لو كان هناك تيار بالفعل.

نظرًا لأن المكثف في أكثر حالاته تفريغًا ، فهذا هو الوقت المناسب عندما يكون لديه أكبر قدر من القدرة على قبول الشحن. لماذا ا؟ نظرًا لأنه يشحن ، فهذا يعني أن هناك إمكانات قابلة للقياس عبر طرفه ، وهذا يعني أنه أقرب في القيمة إلى جهد البطارية المطبق. مع وجود فرق أقل بين (البطارية) المطبقة وشحنها المتزايد (ارتفاع الجهد) ، يكون هناك دافع أقل لمواصلة تراكم الشحن بنفس المعدل.

ينخفض معدل الشحن المتراكم مع مرور الوقت. لقد رأينا ذلك في كل من مقاطع الفيديو ومحاكاة L. T Spice.

نظرًا لأنه في البداية يريد المكثف قبول معظم الشحنات ، فإنه يعمل كقصر مؤقت لبقية الدائرة.

هذا يعني أننا سنحصل على أحدث تيار من خلال الدائرة في البداية.

رأينا هذا في الصورة التي تظهر محاكاة LT سبايس.

نظرًا لأن مكثف يشحن ، ويطور الجهد عبر أطرافه يقترب من الجهد المطبق ، يتم تقليل الزخم أو القدرة على الشحن. فكر في الأمر - كلما زاد فرق الجهد عبر شيء ما ، زادت إمكانية تدفق التيار. الجهد الكبير = التيار الكبير المحتمل. جهد صغير = تيار صغير محتمل. (عادة).

لذلك ، عندما يصل المكثف إلى مستوى الجهد الكهربائي للبطارية المطبقة ، فإنه يبدو عندئذٍ مفتوحًا أو فاصلاً في الدائرة.

لذلك ، يبدأ المكثف كمكثف قصير وينتهي كمكثف مفتوح. (كونه شديد التبسيط).

لذا ، مرة أخرى ، الحد الأقصى للتيار في البداية ، والحد الأدنى للتيار في النهاية.

مرة أخرى ، إذا حاولت قياس جهد كهربائي خلال فترة قصيرة ، فلن ترى أي جهد.

لذلك ، في المكثف ، يكون التيار في ذروته عندما يكون الجهد (عبر المكثف) عند الصفر ، والتيار يكون على أقل تقدير عندما يكون الجهد (عبر المكثف) في أقصى درجاته.

التخزين المؤقت وإمدادات الطاقة

ولكن هناك المزيد ، وهذا الجزء قد يكون مفيدًا في دوائر الروبوت لدينا.

لنفترض أن المكثف مشحون. إنه عند جهد البطارية المطبق. إذا انخفض الجهد المطبق لسبب ما ("الترهل") ، ربما بسبب بعض الاحتياجات الحالية المفرطة في الدوائر ، في هذه الحالة ، سيظهر التيار وكأنه يتدفق من المكثف.

وبالتالي ، دعنا نقول أن الجهد المطبق المدخل ليس مستوى ثابتًا على الصخور كما نحتاج إليه. يمكن أن يساعد المكثف في تهدئة تلك الانخفاضات (القصيرة).

الخطوة 3: تطبيق واحد للمكثفات - تصفية الضوضاء

كيف يمكن أن يساعدنا مكثف؟ كيف يمكننا تطبيق ما لاحظناه عن مكثف؟

أولاً ، لنضع نموذجًا لشيء يحدث في الحياة الواقعية: سكة طاقة صاخبة في دوائر روبوتنا.

استخدمنا L. T. سبايس ، يمكننا بناء دائرة من شأنها أن تساعدنا في تحليل الضوضاء الرقمية التي يمكن أن تظهر في قضبان الطاقة لدوائر الروبوت. تُظهر الصور الدائرة ، ونمذجة Spice لمستويات جهد سكة الطاقة الناتجة.

السبب وراء قيام Spice بوضع نموذج لها هو أن مصدر طاقة الدائرة ("V.5V. Batt") لديه مقاومة داخلية قليلة. فقط للركلات ، لقد جعلتها تتمتع بمقاومة داخلية تبلغ 1 أوم. إذا قمت بنمذجة هذا ولكن لا تجعل مصدر الاقتراع لديه مقاومة داخلية ، فلن ترى انخفاض جهد السكك الحديدية بسبب الضوضاء الرقمية ، لأن مصدر الجهد هو "مصدر مثالي".