Kapasitor dalam Robotika: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Motivasi untuk Instructable ini adalah semakin lama dikembangkan, yang melacak kemajuan melalui Kursus Lab Kit Lab Texas Instruments Robotics System. Dan motivasi untuk kursus itu adalah untuk membangun (re-build) robot yang lebih baik dan lebih tangguh. Juga membantu adalah "Bagian 9: Tegangan, Daya, dan Penyimpanan Energi dalam Kapasitor, Analisis Sirkuit Teknik DC", tersedia di MathTutorDvd.com.

Ada banyak masalah yang harus diperhatikan saat membuat robot besar, yang sebagian besar dapat diabaikan saat membuat robot kecil atau mainan.

Menjadi lebih akrab atau berpengetahuan tentang kapasitor dapat membantu Anda dalam proyek berikutnya.

Langkah 1: Suku Cadang dan Peralatan

Jika Anda ingin bermain-main, menyelidiki, dan menarik kesimpulan Anda sendiri, berikut adalah beberapa bagian dan peralatan yang akan membantu.

• resistor nilai yang berbeda
• kapasitor nilai yang berbeda
• kabel jumper
• saklar tombol tekan
• papan tempat memotong roti
• sebuah osiloskop
• pengukur volt
• generator fungsi/sinyal

Dalam kasus saya, saya tidak memiliki generator sinyal, jadi saya harus menggunakan mikrokontroler (sebuah MSP432 dari Texas Instruments). Anda bisa mendapatkan beberapa petunjuk untuk melakukannya sendiri dari Instructable lainnya ini.

(Jika Anda hanya ingin papan mikrokontroler melakukan hal Anda sendiri (saya sedang menyusun serangkaian Instruksi yang mungkin bisa membantu), papan pengembangan MSP432 itu sendiri relatif murah sekitar $27 USD. Anda dapat memeriksa dengan Amazon, Digikey, Newark, Element14, atau Mouser.)

Langkah 2: Mari Kita Lihat Kapasitor

Mari kita bayangkan baterai, sakelar tombol tekan (Pb), resistor (R), dan kapasitor semuanya seri. Dalam lingkaran tertutup.

Pada waktu nol t(0), dengan Pb terbuka, kita tidak akan mengukur tegangan pada resistor atau kapasitor.

Mengapa? Menjawab ini untuk resistor itu mudah - hanya ada tegangan terukur ketika ada arus yang mengalir melalui resistor. Pada resistor, jika ada perbedaan potensial, yang menyebabkan arus.

Tetapi karena sakelarnya terbuka, tidak akan ada arus. Jadi, tidak ada tegangan (Vr) yang melintasi R.

Bagaimana di seberang kapasitor. Nah.. sekali lagi, tidak ada arus di sirkuit saat ini.

Jika kapasitor benar-benar habis, itu berarti tidak ada beda potensial yang dapat diukur di seluruh terminalnya.

Jika kita mendorong (menutup) Pb di t(a), maka semuanya menjadi menarik. Seperti yang kami tunjukkan di salah satu video, kapasitor mulai kosong. Level tegangan yang sama di setiap terminal. Anggap saja sebagai kabel korsleting.

Meskipun tidak ada elektron nyata yang mengalir melalui kapasitor secara internal, ada muatan positif yang mulai terbentuk di satu terminal, dan muatan negatif di terminal lainnya. Kemudian muncul (secara eksternal) seolah-olah memang ada arus.

Karena kapasitor dalam keadaan paling kosong, saat itulah kapasitor memiliki kapasitas paling besar untuk menerima muatan. Mengapa? Karena saat mengisi daya, itu berarti ada potensi terukur di terminalnya, dan itu berarti nilainya lebih dekat dengan tegangan baterai yang diterapkan. Dengan perbedaan yang lebih kecil antara yang diterapkan (baterai) dan muatannya yang meningkat (kenaikan tegangan), ada lebih sedikit dorongan untuk terus mengumpulkan muatan pada tingkat yang sama.

Tingkat biaya yang terakumulasi semakin rendah seiring berjalannya waktu. Kami melihatnya di kedua video, dan simulasi L. T. Spice.

Karena pada awalnya kapasitor ingin menerima muatan paling banyak, ia bertindak seperti arus pendek sementara ke seluruh rangkaian.

Itu berarti kita akan mendapatkan arus paling banyak melalui rangkaian di awal.

Kami melihat ini pada gambar yang menunjukkan simulasi L. T. Spice.

Saat kapasitor mengisi daya, dan tegangan yang berkembang melintasi terminalnya mendekati tegangan yang diberikan, dorongan atau kemampuan untuk mengisi daya berkurang. Pikirkan tentang hal ini - semakin banyak perbedaan tegangan pada sesuatu, semakin besar kemungkinan aliran arus. Tegangan besar = kemungkinan arus besar. Tegangan kecil = kemungkinan arus kecil. (Khas).

Oleh karena itu ketika kapasitor mencapai tingkat tegangan baterai yang digunakan, maka terlihat seperti rangkaian terbuka atau putus.

Jadi, kapasitor dimulai sebagai pendek, dan berakhir sebagai terbuka. (Menjadi sangat sederhana).

Jadi, sekali lagi, arus maks di awal, arus minimum di akhir.

Sekali lagi, jika Anda mencoba mengukur tegangan pada arus pendek, Anda tidak akan melihatnya.

Jadi, dalam kapasitor, arus paling besar ketika tegangan (melintasi kapasitor) adalah nol, dan arus paling sedikit ketika tegangan (melintasi kapasitor) paling besar.

Penyimpanan Sementara Dan Pasokan Energi

Tapi masih ada lagi, dan bagian inilah yang bisa membantu dalam rangkaian robot kita.

Katakanlah kapasitor diisi. Itu pada tegangan baterai yang diterapkan. Jika karena alasan tertentu tegangan yang diberikan turun ("sag"), mungkin karena beberapa kebutuhan arus yang berlebihan di sirkuit, dalam hal ini, arus akan tampak mengalir keluar dari kapasitor.

Jadi, katakanlah tegangan input yang diterapkan bukanlah level yang stabil seperti yang kita inginkan. Kapasitor dapat membantu menghaluskan penurunan (pendek).

Langkah 3: Satu Aplikasi Kapasitor - Filter Kebisingan

Bagaimana kapasitor dapat membantu kita? Bagaimana kita dapat menerapkan apa yang telah kita amati tentang kapasitor?

Pertama, mari kita buat model sesuatu yang terjadi di kehidupan nyata: power rail yang berisik di sirkuit robot kita.

Kami menggunakan L. T. Spice, kita dapat membuat sirkuit yang akan membantu kita menganalisis gangguan digital yang mungkin muncul di rel listrik sirkuit robot kita. Gambar menunjukkan sirkuit, dan pemodelan Spice dari tingkat tegangan power rail yang dihasilkan.

Alasan Spice dapat memodelkannya adalah karena catu daya sirkuit ("V.5V. Batt") memiliki sedikit resistansi internal. Hanya untuk iseng, saya membuatnya memiliki resistansi internal 1ohm. Jika Anda memodelkan ini tetapi tidak membuat sumber tegangan memiliki resistansi internal, Anda tidak akan melihat penurunan tegangan rel karena gangguan digital, karena sumber tegangan adalah "sumber sempurna".