Робототехника для начинающих



Конденсатор

Обозначение конденсатора на схемах
Конденсатор обладает способностью накапливать электрический заряд (заряжаться). Единицей электрической емкости конденсатора является фарада (Ф) - дань памяти великому английскому ученому Майклу Фарадею.
Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд он может накопить. Самой большой емкостью обладают электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы имеют положительный и отрицательный полюса.
Электролитический конденсатор
При включении конденсатора в электрическую цепь необходимо соблюдать его полярность, иначе конденсатор может выйти из строя. На корпусе электролитических конденсаторов вместе со значением емкости указывается значение рабочего электрического напряжения. Включение конденсатора в цепь, напряжение в которой превосходит его рабочее напряжение, не допускается.


Заряд конденсатора
Попробуем зарядить конденсатор. Подсоединим электролитический конденсатор с емкостью 100 микрофарад (100 µF) к полюсам источника тока так, как показано на схеме. Это можно сделать как вручную, удерживая проводники пальцами, так и воспользовавшись макетной платой.

Заряжаем конденсатор
Когда напряжение на конденсаторе уравняется с напряжением источника питания, процесс заряда конденсатора закончится и ток в цепи станет равным нулю. То есть, по окончании заряда электрическая цепь окажется разомкнутой.
Подождем несколько секунд, чтобы конденсатор успел зарядиться, и отсоединим его от источника питания.

Заряженный конденсатор может быть использован в качестве источника энергии. Подключим к нему светодиод, как показано на следующей схеме.

Заметим, что светодиод загорелся на мгновение и снова погас – это означает, что конденсатор полностью разрядился.
Используем заряд конденсатора
Попробуйте проделать этот опыт с конденсаторами разной емкости.

Мультивибратор

Используя свойство конденсатора заряжаться и разряжаться можно построить простейший генератор импульсов, который называется мультивибратор. Мультивибраторы широко применяются в автоматике, с помощью мультивибратора можно заставить мигать светодиоды или периодически включать и выключать электромоторы.

Мультивибратор имеет два одинаковых плеча, которые представляют собой простые усилительные каскады. Выход каждого из каскадов соединен со входом другого, обеспечивая положительную обратную связь. Схема может находиться в одном из двух временно устойчивых состояний и периодически переходит из одного в другое и обратно.
Схема мультивибратора
Мультивибратор. Схема


После включения мультивибратора конденсаторы начинают заряжаться и разряжаться попеременно, а на выходах каждого из каскадов появляются импульсы электрического тока (начинают меняться высокий и низкий уровни напряжения). У симметричного мультивибратора длительность импульса и длительность паузы одинаковы.

Как нетрудно догадаться время переключения мультивибратора задают емкости конденсаторов, которые в симметричном мультивибраторе должны быть одинаковыми. Кроме того, должно обеспечиваться попарное равенство резисторов R1 и R4, R2 и R3. При этом R1 должен быть значительно меньше, чем R2.

Схему мультивибратора для удобства восприятия можно представить и расположив усилительные каскады последовательно. (Нумерация компонентов сохранена по предыдущей схеме.)
Схема мультивибратора с последовательным изображением каскадов
Мультивибратор. Схема с последовательным изображением каскадов


Подключение микросхемы показано на следующей схеме.
Подключение микросхемы ULN2003A в схеме мультивибратора

Попробуем собрать мультивибратор на макетной плате. При этом можно не снимать макетную плату с платформы робота, если она на ней закреплена, так как следующий наш робот будет построен на основе собранной вами схемы мультивибратора.

Монтажная схема мультивибратора


При сборке мультивибратора следите за тем, чтобы выводы конденсаторов и других деталей не замыкались друг с другом.


Настройка периода колебаний мультивибратора
На период колебаний мультивибратора влияют емкости конденсаторов, подключенные ко входу каждого из инверторов.

Попробуйте изменить длительность импульсов меняя в схеме конденсаторы. Используйте два конденсатора с емкостью 220 микрофарад (220 µF), а затем с емкостью 470 микрофарад (470 µF). Для нормальной работы мультивибратора емкости конденсаторов должны быть одинаковыми.