Condensateurs en robotique : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

La motivation de cet Instructable est la plus longue en cours de développement, qui suit les progrès tout au long du cours de laboratoire du kit d'apprentissage du système robotique Texas Instruments. Et la motivation de ce cours est de construire (reconstruire) un robot meilleur et plus robuste. La « Section 9: Stockage de tension, de puissance et d'énergie dans un condensateur, analyse de circuit d'ingénierie CC », disponible sur MathTutorDvd.com, est également utile.

Il existe de nombreux problèmes dont il faut se préoccuper lors de la construction d'un gros robot, que l'on peut généralement ignorer lors de la construction d'un petit robot ou d'un jouet.

Être plus familier ou mieux informé sur les condensateurs pourrait vous aider dans votre prochain projet.

Étape 1: Pièces et équipement

Si vous voulez jouer avec, enquêter et tirer vos propres conclusions, voici quelques pièces et équipements qui pourraient vous être utiles.

• résistances de valeur différente
• condensateurs de valeur différente
• fils de liaison
• un interrupteur à bouton-poussoir
• une planche à pain
• un oscilloscope
• un voltmètre
• un générateur de fonction/signal

Dans mon cas, je n'ai pas de générateur de signal, j'ai donc dû utiliser un micro-contrôleur (un MSP432 de Texas Instruments). Vous pouvez obtenir des conseils pour en faire un vous-même à partir de cet autre Instructable.

(Si vous voulez seulement que la carte du microcontrôleur fasse votre propre truc (je compose une série d'Instructables qui pourraient être utiles), la carte de développement MSP432 elle-même est relativement peu coûteuse à environ 27 $ USD. Vous pouvez vérifier avec Amazon, Digikey, Newark, Element14 ou Mouser.)

Étape 2: Jetons un coup d'œil aux condensateurs

Imaginons une batterie, un interrupteur à bouton-poussoir (Pb), une résistance (R) et un condensateur tous en série. En boucle fermée.

Au temps zéro t(0), avec Pb ouvert, nous ne mesurerions aucune tension aux bornes de la résistance ou du condensateur.

Pourquoi? Il est facile de répondre à cette question pour la résistance - il ne peut y avoir de tension mesurée que lorsqu'un courant traverse la résistance. À travers une résistance, s'il y a une différence de potentiel, cela provoque un courant.

Mais comme l'interrupteur est ouvert, il ne peut y avoir de courant. Ainsi, aucune tension (Vr) aux bornes de R.

Que diriez-vous à travers le condensateur. Eh bien… encore une fois, il n'y a pas de courant dans le circuit pour le moment.

Si le condensateur est complètement déchargé, cela signifie qu'il ne peut y avoir de différence de potentiel mesurable à ses bornes.

Si nous poussons (fermons) le Pb à t(a), alors les choses deviennent intéressantes. Comme nous l'avons indiqué dans l'une des vidéos, le condensateur démarre comme déchargé. Même niveau de tension à chaque borne. Considérez-le comme un fil court-circuité.

Bien qu'aucun électron réel ne circule à l'intérieur du condensateur, une charge positive commence à se former à une borne et une charge négative à l'autre borne. Il apparaît alors (extérieurement) comme s'il y avait effectivement du courant.

Étant donné que le condensateur est dans son état le plus déchargé, c'est alors qu'il a le plus de capacité à accepter une charge. Pourquoi? Parce que pendant qu'il charge, cela signifie qu'il y a un potentiel mesurable à travers sa borne, et cela signifie que sa valeur est plus proche de la tension de batterie appliquée. Avec moins de différence entre la charge appliquée (batterie) et sa charge croissante (hausse de tension), il y a moins d'impulsion pour continuer à accumuler la charge au même rythme.

Le taux de charge accumulé diminue au fur et à mesure que le temps passe. Nous l'avons vu dans les vidéos et dans la simulation L. T. Spice.

Comme c'est au tout début que le condensateur veut accepter le plus de charge, il agit comme un court-circuit temporaire avec le reste du circuit.

Cela signifie que nous aurons le plus de courant à travers le circuit au début.

Nous l'avons vu dans l'image montrant la simulation L. T. Spice.

Lorsqu'un condensateur se charge et qu'il développe une tension à ses bornes s'approchant de la tension appliquée, l'impulsion ou la capacité de charge est réduite. Pensez-y - plus il y a de différence de tension à travers quelque chose, plus il y a de possibilité de flux de courant. Grande tension = grand courant possible. Petite tension = petit courant possible. (Typiquement).

Par conséquent, lorsqu'un condensateur atteint le niveau de tension de la batterie appliquée, il ressemble alors à une ouverture ou à une rupture du circuit.

Ainsi, un condensateur commence par un court-circuit et se termine par un ouvert. (Être très simpliste).

Donc, encore une fois, courant maximum au début, courant minimum à la fin.

Encore une fois, si vous essayez de mesurer une tension aux bornes d'un court-circuit, vous n'en verrez aucune.

Ainsi, dans un condensateur, le courant est à son maximum lorsque la tension (aux bornes du condensateur) est à zéro, et le courant est à son minimum lorsque la tension (aux bornes du condensateur) est à son maximum.

Stockage temporaire et approvisionnement en énergie

Mais il y a plus, et c'est cette partie qui pourrait être utile dans nos circuits de robots.

Disons que le condensateur est chargé. Il est à la tension de batterie appliquée. Si, pour une raison quelconque, la tension appliquée chute ("affaissement"), peut-être en raison de besoins de courant excessifs dans les circuits, dans ce cas, le courant semblera sortir du condensateur.

Ainsi, disons que la tension d'entrée appliquée n'est pas un niveau stable comme nous en avons besoin. Un condensateur peut aider à atténuer ces (courts) creux.

Étape 3: Une application de condensateurs - Filtrer le bruit

Comment un condensateur pourrait-il nous aider? Comment appliquer ce que nous avons observé à propos d'un condensateur ?

Tout d'abord, modélisons quelque chose qui se passe dans la vie réelle: un rail d'alimentation bruyant dans les circuits de notre robot.

Nous avons utilisé L. T. Spice, nous pouvons construire un circuit qui nous aidera à analyser le bruit numérique qui pourrait apparaître dans les rails d'alimentation des circuits de notre robot. Les images montrent le circuit et la modélisation de Spice des niveaux de tension de rail d'alimentation résultants.

La raison pour laquelle Spice peut le modéliser est que l'alimentation du circuit ("V.5V. Batt") a un peu de résistance interne. Juste pour le plaisir, je lui ai fait avoir 1ohm de résistance interne. Si vous modélisez cela mais ne faites pas que la source de tension ait une résistance interne, vous ne verrez pas la baisse de tension du rail en raison du bruit numérique, car la source de tension est une "source parfaite".