Linefollower - sprawdzenie schematu.

[Pasjonat]

...spróbuj znaleźć jakiś radiator o podobnych parametrach. Raczej nie będzie to nic wielkiego.

Wydaje mi się, że ten może spełnić swoje zadanie: http://electropark.pl/radiatory/50-radiator-12-7mm-27k-to220-5901000050001.html

Jednak wytłumacz mi drogi Marku jedną kwestię? Czy ja to dobrze rozumuję, że na każdy 1W mocy taki radiator potrafi odebrać 27K ciepła, czyli |27-273| = 246°C, czyli odbiera 246°C/W ?

Tak więc będziemy musieli zapewnić prąd bazy rzędu 10mA.

To zdanie rozumiem znakomicie, dlaczego tak jest również, ale mam wątpliwości co do tego zdania...

Spróbuj oszacować nowy zakres napięć wyjściowych przy założeniu, że do wyjścia dzielnika dołączyliśmy coś, co będzie usiłowało wyciągnąć z niego 10mA gdzieś w okolicach Uwy=5V.

Tzn. że U_wy ma się równać 5V, a ma przy tym płynąć prąd 10mA? Przy moim dzielniku jest to chyb a niemożliwe... Wówczas mogę obliczyć zakres napięcia wejściowego przy założeniu prądu na wyjściu (prądu bazy) 10mA:

U_we = I * (R1+R2(fotorezystor) + R3)

Napięcie min. dla R2 = 5kOhm

U_we = 0,01 * (100 000 + 5000 + 5000) = 1100V ❓

Napięcie max. dla R2 = 500kOhm

U_we = 0,01 * (100 000 + 500 000 + 5000) = 6050V 🤯

Wiem, że na pewno coś pomieszałem, to niemożliwe, aby był potrzebny taki zakres napięć..

Nie rozumiem tego założenia:

...do wyjścia dzielnika dołączyliśmy coś, co będzie usiłowało wyciągnąć z niego 10mA gdzieś w okolicach Uwy=5V.

Mam obliczyć zakres U_wy przy założeniu, że U_we = 6V i prąd wynosi 10mA ? Przecież wtedy bezwzględnie muszę zmienić dzielnik, a dopiero potem zabrać się za liczenie zakresu napięć wyjściowych.

Czy mógłbyś wytłumaczyć mi tą kwestię jaśniej i powiedzieć jak mogę to ugryźć, gdyż nie rozumiem polecenia i nie wiem od czego zacząć... 😥

PS. Przepraszam za spartaczenie sprawy, zdaję sobie sprawę, że z tymi obliczeniami jest coś nie tak, ale nie wiem od czego zacząć przy tych założeniach (skąd się wzięło 10mA rozumiem).

Pozdrawiam, Pasjonat.

[marek1707]

Ze znalezionego radiatora wnioskuję, że obliczenia wymaganej rezystancji termicznej poszły jak z płatka. Dlatego nie rozumiem Twojej wątpliwości. Przecież ta wielkość (Rth) określa różnicę temperatur między punktem przyłożenia energii a punktem odbioru w odniesieniu do mocy źródła tej energii. Akurat tu ktoś ją wyraził w Kelwinach (w domyśle: na Wat) a gdzie indziej będzie w °C/W ale przecież to to samo. W wartościach bezwzględnych nie - skale są przesunięte o 273.16 ale każda jednostka "waży" tyle samo. Radiatory 27K/W i 27°C/W są "wydajnościowo" takie same. Oba zapewniają wzrost temperatury "wejściowej" w punkcie przykręcenia tranzystora o 27 stopni Celsjusza (lub Kelwinów jak kto woli) w stosunku do temperatury "wyjściowej" (powietrza) w momencie, gdy na tranzystorze będzie wydzielał się 1W mocy cieplnej.

Dobierając radiatory zawsze bierz te lepsze niż wychodzi z pobieżnych obliczeń albo licz dla maksymalnych temperatur otoczenia, np. +50°C dla urządzeń "biurowych". Oczywiście są na to odpowiednie normy. Jeśli znalazłeś w sklepie coś "akurat" a obok leży niewiele droższy ale mający np. 10% lepszą Rth, bierz ten drugi. Ponadto pomyśl też o obudowie. Jeśli układzik jest zabawką z drutami na wierzchu - pół biedy - można przyjąć +25°C i z głowy ale już zamknięcie w estetyczne, plastikowe pudełko może spokojnie w tych samych warunkach podnieść temperaturę wokół radiatora (tę "wyjściową") do np. +50°C.

Z dzielnikiem też sobie wbrew pozorom poradziłeś. To jasne, żebyś nie wiem jak dobierał oporniki dodatkowe, z tym fotorezystorem nie uzyskasz 10mA prądu wyjściowego przy jakimkolwiek Uwy dla Uwe=6V. Nawet gdyby nie było żadnych innych elementów i podpiąłbyś fotorezystor wprost do bazy tranzystora, to przy różnicy napięć na fotoelemencie 6V-5V=1V jego rezystancja musiałaby spaść aż do 100R by popłynęło te 10mA. To nie jest możliwe. Można albo szukać innych czujników (ale jak już pisałem to nie są elementy mocy więc zmuszanie ich do pracy z prądami nawet 10mA to lekka przesada) albo coś zrobić z prądem. Nic innego nie przychodzi mi do głowy. Prądu się nie urodzi w układzie tak z niczego - można go wziąć jedynie ze źródła zasilania. Tak więc mamy sytuację, w której potrzebujemy 10mA a dysponujemy raczej słabo obciążalnym źródłem napięciowym w postaci naszego dzielnika. Znana sytuacja? No pewnie. Jeszcze wczoraj potrzebowałeś 800mA i jakoś sobie poradziłeś. Proponuję to samo rozwiązanie raz jeszcze. Bierz drugi tranzystor (tym razem od razu widać, że może to być mały BCcośtam) i rysuj schemat. Dwa wtórniki to już niezły pająk 🙂 Potrafisz oszacować wzmocnienie prądowe układu w którym prąd wyjściowy jednego jest jednocześnie prądem wejściowym drugiego? Wynik powinien być całkiem niezły.

[Pasjonat]

Proponuję to samo rozwiązanie raz jeszcze. Bierz drugi tranzystor (tym razem od razu widać, że może to być mały BCcośtam) i rysuj schemat. Dwa wtórniki to już niezły pająk. Potrafisz oszacować wzmocnienie prądowe układu w którym prąd wyjściowy jednego jest jednocześnie prądem wejściowym drugiego? Wynik powinien być całkiem niezły.

Tranzystor jaki wybrałem do zapewnienia 10mA na bazie tranzystora BD241B to BC547B. Oto jego parametry:

βmin = 200

βmax = 450

Ic = 100mA

Pmax = 500mW

Po krótkim zastanowieniu skonstruowałem coś takiego:

Zastanawia mnie jeszcze jak obliczyć ten prąd bazy na tranzystorze BC547B wiedząc, żę napięcie na bazie ma być równe 3,6V (napięcie wyjściowe dzielnika) oraz mając podane rezystory - żeby U_wy = 3,6 V rezystancja fotorezystora musi być równa R3 = 161666,67 Ohm przy założeniu, że U_we = 6V.

Wówczas prąd bazy będzie się równać:

I_b = U_wy / (R1 + R3[fototranzystor]), czy

I_b = U_we / (R1 +R3[fototranzystor] + R2) ❓

Wzmocnienie jest rzeczywiście ogromne:

β = β(bc547B) x β(bd241b)

Przy założeniu, że:

β(bc547b) = 200

β(bd241b) = 80

β = 200 x 80 = 16 000 🤯

Całkiem nieźle 🙂

Tak czy inaczej tranzystor BC547B powinien najprawdopodobniej starczyć, prąd kolektora w zupełności wystarczy, a wzmocnienie β jest wystarczająco duże.

Pozdrawiam, Pasjonat.

[marek1707]

Spróbuj podejść do tego od drugiej strony:

Masz silnik, który przy maksymalnym obciążeniu (prawdopodobnie w stanie zatrzymania) pobiera 800mA przy 4.5V.

Do 4.5V na silniku dodajesz 0.6V na złączu B-E prawego tranzystora oraz kolejne 0.6V na złączu B-E lewego i dostajesz ok. 5.7V. Tyle musiałby zapodać dzielnik, żeby wysterować silnik na maxa w najgorszych warunkach. Czy to możliwe?

Żeby odpowiedzieć, możesz szybko zerknąć do wcześniejszych obliczeń. Oszacowałeś, że niczym nieobciążony dzielnik może dać maksymalnie ok. 5.5V - to już maławo. Przy obciążeniu prądem bazy będzie jeszcze trochę mniej. Żeby dowiedzieć się o ile napięcie dzielnika spadnie możesz zastąpić układ tranzystorowo-silnikowy opornikiem takim, żeby brał 800mA/16000=50uA przy 5.7V. Napięcie będzie prawie dwa razy mniejsze a to oznacza, że przy założeniach przyjętych co do rezystancji fotoopornika ten dzielnik nie jest w stanie w pełni wysterować silnika w zatrzymaniu. Czy to źle? A to już moim zdaniem nie jest pytanie "elektroniczne". Gdyby to był jakiś ważny układ, pewnie podeszlibyśmy do tego poważniej i w tym miejscu trzebaby zmienić koncepcję ale ja nie widzę takiej potrzeby. Po pierwsze nie wiemy nic o fotooporniku i warunkach w jakich będzie pracował. Po drugie tranzystory: liczymy to dla jakichś wzmocnień gwarantowanych przez producenta a jakie będą naprawdę? Po trzecie może to i lepiej, że układ nie będzie sztywny jak Pal Azji i nie pozwoli silnikowi pociągnąć tych 800mA? W "dorosłym" układzie, takim policzonym z dużymi zapasami trzebaby stosować jakieś układy wykrywające zwarcia, zbyt duży prąd, zatrzymanie silnika itp oraz odpowiednio inteligentnie reagujące. Tutaj - zrobiło się samo 🙂

Zauważ, że napięcie z dzielnika zaczyna mieć w ogóle jakieś znaczenie gdy jest większe niż ok 3V. Od 1.2V zaczyna w ogóle płynąć jakiś prąd bazy (2 x 0.6V) a i silnik potrzebuje też trochę żeby ruszyć. Zbuduj coś takiego, dodaj jakiś element regulacyjny (potencjometr) gdzieś w okolicach fotorezystora tak, by można było zmieniać jego wpływ na napięcie wyjściowe dzielnika i.. próbuj. Powodzenia. Idea tego układu jest prosta jak drut. Rozumiesz ją na wylot więc możesz sam dobierać elementy, eksperymentować i mieć dobrą zabawę. Sedno sprawy to takie ustawienie czujnika by na białym silnik jechał blisko 100% a na czarnym.. odpowiednio wolniej, ale wcale nie na zero oraz połączenie tego z konstrukcją mechaniczną. Dobre oświetlenie miejsca na które "patrzą" czujniki oraz wąska charakterystyka kątowa samych fotooporników. Bez jakichś czarnych rurek się nie obejdzie bo inaczej będą widziały pełną półsferę i nici z obserwacji konkretnego miejsca.

Z drugiej strony układ jest za prosty, by dostarczył rozrywki więcej niż na jeden wieczór chyba, że pokażesz go młodszemu bratu i dasz mu dużą rolkę czarnej taśmy izolacyjnej. Już teraz możesz spokojnie zacząć się zastanawiać nad ulepszeniami. Na przykład wcale nie jest powiedziane, że silnik powinien być sterowany napięciem proporcjonalnym do oświetlenia. Może lepsze byłoby sterowanie prądem? A może wcale nie proporcjonalne tylko jakieś skokowe, zmieniane przy przekroczeniu określonego progu? Problemem była też tutaj moc zamieniana w ciepło. Szkoda akumulatorów by grzać tranzystory, prawda? Może warto więc zrobić sterowanie impulsowe silnika? Wtedy stopnień końcowy działa jak klucz dwustanowy przełączany z duża częstotliwością (słynny PWM) a ponieważ w każdym ze stanów moc wydzielana jest mała (albo U≈0 albo I=0) to i tranzystory są chłodne. W każdym razie możliwości jest wiele a wszystko to można zrobić naprawdę prostymi środkami i nawet.. bez procesora 🙂

EDIT: Na koniec jeszcze obowiązkowy kondensator między zasilaniem a masą podtrzymujący napięcie w chwilach gdy silnik pobiera prąd impulsami oraz dioda równolegle do silnika. Tak, "stojąca" anodą na masie.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Pasjonat]

Na koniec jeszcze obowiązkowy kondensator między zasilaniem a masą podtrzymujący napięcie w chwilach gdy silnik pobiera prąd impulsami oraz dioda równolegle do silnika. Tak, "stojąca" anodą na masie.

Ostatecznie schemat powinien wyglądać w ten sposób? Czy potencjometr z 1 "wiszącym" wyprowadzeniem spełni rolę (przepraszam za tak banalne pytanie).

Czy kondensator podtrzymujący powinien mieć pojemność rzędu 1F ? Znalazłem oto taki kondensator, lecz nie wiem czy będzie się nadawać. Oto on:

http://electropark.pl/podtrzymujace-napiecie/875-kondensator-podtrzymujacy-napiecie-1f-5-5v-pionowy-5901000875009.html

Schemat:

[marek1707]

Ojej. No tak, "podtrzymywanie napięcia" to szerokie pojęcie, przyznaję. Nie, nie ochodzi o podtrzymywanie działania robota w czasie gdy wyjmiesz akumulatory i pójdziesz jeść kolację - a ten kondensator do tego jest właśnie przeznaczony. 1F to ogromna pojemność ale zupełnie tu nieprzydatna. Z uwagi na pewne cechy ten element może podtrzymywać np. zawatość statycznej pamięci RAM lub działanie jakiegoś "lekkiego" układu ale raczej nie silnika, za to przez wiele godzin, dni a może i dłużej. Tutaj potrzebujesz czegoś małego, kilku uF, prawie dowolny kondensator elektrolityczny wystarczy. Byle jego napięcie maksymalne było 10V lub większe.

Nawiasem mówiąc ten zaproponowany przez Ciebie zasilania z 6V by nie przeżył..

No i ten potencjometr. Spójrz na symbol na schemacie. Czy jeśli będziesz przesuwał tę strzałkę w górę i w dół to coś się w układzie zmieni? Chyba nie, prawda? Między skrajnymi końcami potencjometr jest zwykłym opornikiem. Zmiany rezystancji widać dopiero między "strzałką" a którymś końcem. Wywal na razie fotoopornik a potencjometr podłącz tak, by jednym końcem był do plusa, drugim do punktu środkowego dzielnika. Teraz tak dobierz rezystancję potencjometru by napięcie wyjściowe dzielnika było np. 2.5V. Dopiero teraz dołącz fotoopornik między "strzałkę" potencjometru a plus zasilania - będzie mógł tylko podnosić napięcie wyjściowe ale to dobrze, bo mniej niż 2.5V i tak Cię nie interesuje. Jednocześnie przesuwając ślizgacz w górę będziesz zmniejszał wpływ fotoopornika a w dół - zwiększał. Ponieważ potencjometry są w dużo mniejszym wyborze niż oporniki, zdecyduj się np. na 100k (następny to dopiero 220 lub 250k) a dolny opornik dobierz do napięcia 2-2.5V - to nie jest bardzo krytyczne.

[Pasjonat]

...a dolny opornik dobierz do napięcia 2-2.5V - to nie jest bardzo krytyczne

Dobrałem rezystor o wartości 220kΩ. Myślę, że spełni swoją rolę.

Oto ostateczny (tak myślę) schemat, lecz wolę się upewnić czy poprawny. 🙂

PS. Zapomniałem zapytać... czy dioda 1N4148 połączona równolegle z silnikiem będzie spełniać swą rolę? 😃

Za dotychczasowe posty dzięki Ci stokrotne, Marku.

Pozdrawiam, Pasjonat.

[marek1707]

Przy 6V zasilania, potencjometrze 100k i napięciu wyjściowym 2V dolny opornik wychodzi mi w okolicach 50k czyli najbliższe z szeregu to 47 lub 51k. Twoje 220k to jednak dużo za dużo. Ciekaw jestem zakresu zmian tego fotoopornika. Czy mógłby ktoś z ElectroParku powiedzieć jak mamy rozumieć te rezystancje podawane przy Waszych fotorezystorach? Macie tam 1k, 20-30k i 10M. Trochę duży rozrzut a to wskazuje, że rezystancje nie są mierzone w jakichś standartowych warunkach tylko nie wiem, podawane jakieś minimalne(?), średnie(?) czy maksymalne(?) wyczytane z katalogu.

Raczej nie ma kondensatorów 450uF, najbliższy to 470uF ale tutaj naprawdę wystarczy 10 do 22uF/16V. Będzie kilka razy mniejszy i tańszy.

Dioda? To zależy od tego co będzie robił silnik. W czasie normalnej pracy dioda ma raczej niewiele do roboty alle podczas stanów przejściowych może do niej wracać całkiem sporo. 1N4148 to maluch ale tu pewnie wystarczy. Jest szybka a to akurat tutaj jest ważne. Gdybyś miał szukać innej, to w żadnym wypadku nie bierz nic z prostowniczych, typowo 50Hz-owych typu 1N400x. Najlepiej jakaś z barierą metal-półprzewodnik czyli Schottky'ego. Mają niskie napięcia przewodzenia i są szybkie. Rownolegle do diody możesz dać też jakiś kondensator przeciwzakłóceniowy. Ceramiczny 100nF sprawdzi się tu bardzo dobrze a okoliczni radiamatorzy na pewno się ucieszą.

[Pasjonat]

Przy 6V zasilania, potencjometrze 100k i napięciu wyjściowym 2V dolny opornik wychodzi mi w okolicach 50k czyli najbliższe z szeregu to 47 lub 51k.

Czy mógłbyś powiedzieć Marku, w jaki sposób to obliczyłeś? Ja założyłem, że:

U_we = 6V

U_wy = 2,5V

R1[fotorezystor] = 500 000 Ω - przecież 2,5V to napięcie minimalne, a więc przy "ciemnościach"

R_pot = 100 000 Ω

A zatem:

U_wy = U_we * R_2 / (R_pot + R1[fotorezystor])

Po przekształceniu:

R_2 = U_wy * (R_pot + R1[fotorezystor]) / U_we

R_2 = 2,5V * (100000Ω + 500000Ω) / 6V

R_2 = ok. 250kΩ

Pewnie coś źle założyłem, jednak prosiłbym o wytłumaczenie tej kwestii - bardzo mi to pomoże.

Oto nowy schemat:

Pozdrawiam, Pasjonat.

[marek1707]

Przecież potencjometr i fotoopornik nie są połączone szeregowo więc ich rezystancje się nie sumują. Przy ślizgaczu potencjometru ustawionym na samej górze, czujnika w ogóle nie ma w układzie. Jest tylko "opornik" 100k u góry i 47k u dołu - minimalne napięcie wyjściowe: 2V i brak jakichkolwiek reakcji na światło. Przy potencjometrze skręconym maksymalnie w dół masz na górze fotoopornik równolegle do oporu potencjometru 100k a na dole wciąż 47k i maksymalną czułość na światło.

EDIT: W stanach pośrednich masz fotoopornik równolegle do jakiejś części potencjometru i do tego szeregowo pozostałą część potencjometru - to góra. Na dole wciąż 47k. Możesz sobie nawet zrobić wykres zależności rozpiętości napięć min/max w zależności od położenia "strzałki" 🙂

Reszta schematu OK.

[Pasjonat]

Może troszkę odświeżę temat, ale sprawdziłem zakres rezystancji fotooporników 1kΩ i 10kΩ. Wynoszą one odpowiednio:

Dla fotoopornika 1kΩ - od 1kΩ do 200kΩ

Dla fotoopornika 10kΩ - od 20kΩ do 200kΩ

Wszystkie wartości są tylko przybliżeniem !

Dodałem, ponieważ ktoś może mieć na przyszłość z tym problem. 🙂

Pozdrawiam, Pasjonat.