Tụ điện trong Robot: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Động lực cho chương trình Có thể dạy này là chương trình dài hơn đang được phát triển, theo dõi tiến trình thông qua Khóa học Phòng thí nghiệm Bộ công cụ học tập hệ thống robot của Texas Instruments. Và động lực cho khóa học đó là xây dựng (tái chế) một robot tốt hơn, mạnh mẽ hơn. Cũng hữu ích là "Phần 9: Điện áp, công suất và lưu trữ năng lượng trong tụ điện, Phân tích mạch kỹ thuật một chiều", có tại MathTutorDvd.com.

Có rất nhiều vấn đề mà người ta phải quan tâm khi chế tạo một robot lớn, mà hầu như người ta có thể bỏ qua khi chế tạo một robot nhỏ hoặc đồ chơi.

Thông thạo hơn hoặc hiểu biết hơn về tụ điện có thể giúp bạn trong dự án tiếp theo của mình.

Bước 1: Các bộ phận và thiết bị

Nếu bạn muốn tìm hiểu, điều tra và đưa ra kết luận của riêng mình, đây là một số bộ phận và thiết bị sẽ hữu ích.

• giá trị điện trở khác nhau
• tụ điện giá trị khác nhau
• dây nhảy
• một nút bấm chuyển đổi
• một breadboard
• một máy hiện sóng
• một vôn kế
• một chức năng / máy phát tín hiệu

Trong trường hợp của tôi, tôi không có bộ tạo tín hiệu, vì vậy tôi phải sử dụng bộ điều khiển vi mô (MSP432 của Texas Instruments). Bạn có thể nhận được một số gợi ý về cách tự mình thực hiện một trong những cách có thể hướng dẫn khác này.

(Nếu bạn chỉ muốn bảng điều khiển vi mô làm việc của riêng bạn (tôi đang soạn một loạt các Tài liệu hướng dẫn có thể hữu ích), bản thân bảng phát triển MSP432 tương đối rẻ khoảng $ 27 USD. Bạn có thể kiểm tra với Amazon, Digikey, Newark, Element14 hoặc Mouser.)

Bước 2: Hãy xem xét tụ điện

Hãy tưởng tượng một pin, một công tắc nút nhấn (Pb), một điện trở (R) và một tụ điện mắc nối tiếp. Trong một vòng lặp khép kín.

Tại thời điểm không t (0), với Pb mở, chúng ta sẽ không đo được điện áp trên điện trở hoặc tụ điện.

Tại sao? Trả lời điều này cho điện trở rất dễ dàng - chỉ có thể có một điện áp đo được khi có dòng điện chạy qua điện trở. Trên một điện trở, nếu có sự khác biệt về điện thế, điều đó gây ra dòng điện.

Nhưng vì công tắc đang mở, không thể có dòng điện. Do đó, không có điện áp (Vr) trên R.

Làm thế nào về trên các tụ điện. Vâng.. một lần nữa, không có dòng điện trong mạch vào lúc này.

Nếu tụ điện được phóng điện hoàn toàn, điều đó có nghĩa là không thể có sự khác biệt tiềm năng có thể đo được trên các đầu nối của nó.

Nếu chúng ta đẩy (đóng) Pb tại t (a), thì mọi thứ sẽ trở nên thú vị. Như chúng tôi đã chỉ ra trong một trong các video, tụ điện bắt đầu tắt khi phóng điện. Cùng một mức điện áp ở mỗi đầu cuối. Hãy coi nó như một sợi dây bị chập.

Mặc dù không có electron thực nào chạy qua bên trong tụ điện, nhưng có điện tích dương bắt đầu hình thành ở một đầu và điện tích âm ở đầu kia. Sau đó nó xuất hiện (bên ngoài) như thể thực sự có dòng điện.

Khi tụ điện ở trạng thái phóng điện nhiều nhất, thì ngay lúc đó là lúc nó có khả năng chấp nhận điện tích nhiều nhất. Tại sao? Bởi vì khi nó sạc, điều đó có nghĩa là có một tiềm năng có thể đo được trên thiết bị đầu cuối của nó và điều đó có nghĩa là nó có giá trị gần hơn với điện áp pin được áp dụng. Với sự khác biệt ít hơn giữa điện tích được sử dụng (pin) và điện tích đang tăng (điện áp tăng), sẽ có ít động lực hơn để tiếp tục tích lũy điện tích ở cùng một tốc độ.

Mức phí tích lũy sẽ giảm dần theo thời gian. Chúng tôi đã thấy điều đó trong cả video và mô phỏng L. T. Spice.

Vì lúc bắt đầu tụ điện muốn nhận nhiều điện tích nhất, nó hoạt động giống như một đoạn ngắn tạm thời đối với phần còn lại của mạch.

Điều đó có nghĩa là chúng ta sẽ nhận được nhiều nhất hiện tại qua mạch khi bắt đầu.

Chúng tôi đã thấy điều này trong hình ảnh mô phỏng L. T. Spice.

Khi tụ điện tích điện và nó đang phát triển điện áp trên các thiết bị đầu cuối của nó tiếp cận với điện áp đặt vào, động lực hoặc khả năng tích điện bị giảm. Hãy nghĩ về nó - càng có nhiều sự khác biệt về điện áp trên một cái gì đó, thì càng có nhiều khả năng về dòng điện. Điện áp lớn = dòng điện lớn có thể có. Điện áp nhỏ = dòng điện nhỏ có thể có. (Tiêu biểu).

Do đó, khi một tụ điện đạt đến mức điện áp của pin được sử dụng, thì nó sẽ giống như một sự cố hở hoặc đứt mạch trong mạch.

Vì vậy, tụ điện bắt đầu ngắn và kết thúc như một tụ điện mở. (Rất đơn giản).

Vì vậy, một lần nữa, dòng điện tối đa khi bắt đầu, dòng điện tối thiểu ở cuối.

Một lần nữa, nếu bạn cố gắng đo điện áp trong một khoảng thời gian ngắn, bạn sẽ không thấy bất kỳ điều gì.

Vì vậy, trong tụ điện, dòng điện có giá trị lớn nhất khi điện áp (trên tụ điện) bằng 0 và dòng điện nhỏ nhất khi điện áp (trên tụ điện) lớn nhất.

Lưu trữ tạm thời và cung cấp năng lượng

Nhưng còn nhiều thứ hơn nữa, và chính phần này có thể hữu ích trong các mạch robot của chúng ta.

Giả sử tụ điện được tích điện. Nó ở điện áp pin được áp dụng. Nếu vì lý do nào đó mà điện áp đặt vào bị giảm ("chùng xuống"), có lẽ do một số nhu cầu dòng điện quá mức trong mạch, trong trường hợp đó, dòng điện sẽ xuất hiện chảy ra khỏi tụ điện.

Vì vậy, giả sử rằng điện áp áp dụng đầu vào không phải là mức ổn định mà chúng ta cần. Tụ điện có thể giúp làm phẳng những khoảng sụt giảm (ngắn) đó.

Bước 3: Một ứng dụng của tụ điện - Lọc tiếng ồn

Tụ điện có thể giúp chúng ta như thế nào? Làm thế nào chúng ta có thể áp dụng những gì chúng ta đã quan sát được về một tụ điện?

Đầu tiên, hãy mô hình một thứ gì đó xảy ra trong đời thực: một đường ray điện ồn ào trong mạch điện của robot của chúng ta.

Chúng tôi đã sử dụng L. T. Spice, chúng tôi có thể xây dựng một mạch giúp chúng tôi phân tích tiếng ồn kỹ thuật số có thể xuất hiện trong đường ray điện của robot của chúng tôi. Các hình ảnh hiển thị mạch và mô hình của Spice về các mức điện áp của đường ray nguồn.

Lý do Spice có thể mô hình hóa nó là vì nguồn điện của mạch ("V.5V. Batt") có một chút nội trở. Chỉ đối với những cú đá, tôi đã làm cho nó có nội trở 1ohm. Nếu bạn mô hình hóa điều này nhưng không làm cho nguồn votage có điện trở bên trong, bạn sẽ không thấy điện áp đường ray giảm do nhiễu kỹ thuật số, bởi vì khi đó nguồn điện áp là "nguồn hoàn hảo".