📣Рассматривая электрические цепи, мы часто сталкиваемся с понятием "сопротивление". Именно оно определяет, как сильно цепь препятствует прохождению тока. Роль элемента, создающего это сопротивление, играет резистор.

❓Резистор – это пассивный электрический компонент, предназначенный для создания определённого сопротивления в цепи. Его основная функция — ограничение тока и распределение напряжения.

⚠️Сопротивление резистора обозначается буквой R и измеряется в Омах. Чем выше сопротивление, тем меньший ток проходит через резистор при постоянном напряжении (Закон Ома, который будет рассмотрен в следующем разделе CSI BASE)

🤫Резисторы бывают постоянными (с фиксированным значением сопротивления) и переменными (значение можно изменять). Реостат — яркий пример переменного резистора, который позволяет вручную управлять потоком электрического тока, уменьшая или увеличивая сопротивление.

👀Резисторы можно соединять последовательно или параллельно. Последовательное
соединение увеличивает общее сопротивление цепи, а при параллельном — общее сопротивление уменьшается. Подробности — в следующем разделе CSI BASE.

💡Примечательно, что резистор при прохождении через него тока нагревается, поскольку происходит выделение тепла. Это явление описывается законом Джоуля–Ленца (в следующем разделе CSI BASE).

🙂Все расчетные формулы будут приведены в следующем разделе CSI BASE.

👀Тепловизор — это устройство, фиксирующее инфракрасное излучение и преобразующее его в визуальное изображение температурных различий.

⚠️Инфракрасное излучение - это излучение, которое испускают все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (0 Кельвинов или -273°С).

🤫Абсолютный нуль – температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. О нем ещё будет упомянуто в следующем разделе CSI BASE (термодинамика)

🔔Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, однако его способен уловить тепловизор.

💡Принцип работы: Тепловизор оснащен специальной оптической системой, которая фокусирует инфракрасное излучение на детектор. Детектор преобразует инфракрасное излучение в электрический сигнал. Электрический сигнал усиливается и обрабатывается, конвертируясь в цветное изображение, где разные цвета соответствуют разным температурам, благодаря чему можно предельно точно определить температуру объекта.

🥸В робототехнике они находят всё более широкое применение благодаря способности «видеть» тепло даже в полной темноте, сквозь дым или лёгкие преграды. Это делает тепловизоры незаменимыми устройствами в задачах навигации, осуществления поисково-спасательных операций, диагностики и контроля окружающей среды.

❓Датчики влажности — важный компонент в современной робототехнике, особенно в системах, взаимодействующих с окружающей средой. Эти сенсоры измеряют уровень влажности воздуха или почвы и позволяют роботам адаптировать своё поведение в зависимости от условий окружающей среды.

Выделяют 4 наиболее популярных датчика влажности по принципу работы:

1️⃣Ёмкостный датчик влажности. Принцип его работы основан на изменении диэлектрической проницаемости (пост по конденсаторы выйдет в скором времени) среды в зависимости от насыщенности воздуха парами воды.

2️⃣Оптический датчик влажности. В основе работы данного датчика лежит понятие "точки росы" - состояния среды, при котором парообразная влага из воздуха оседает на поверхности в виде капель. Принцип его работы основан на подаче луча света на специальное зеркало, который после отражения улавливается фотоэлементом. Постепенное охлаждение поверхности зеркала приводит к конденсации водяных паров и рассеиванию отраженного светового луча. Интенсивность светового потока снижается, что заставляет снизится и величину тока, пропускаемого фотоэлементом. По изменения величины силы тока можно судить о влажности окружающей среды.

3️⃣Резистивный датчик влажности. Принцип его работы основывается на изменении сопротивления специального материала (оксид алюминия) при увлажнении. Измерение изменения сопротивления материала даёт нам право судить о величине увлажнения.

4️⃣Термисторный датчик влажности. В основе работы данного датчика лежит термистор - нелинейный резистор, сопротивление которого напрямую зависит от температуры. В конструкции используются два термистора, один из которых помещен в капсулу с сухим воздухом, а второй контактирует с окружающим воздухом. Со временем на втором термисторе оседают капли воды, которые, испаряясь, влияют на его физические показатели, а именно позволяют ему остывать быстрее, чем при обычных условиях. Анализируя данные изменения параметров термистора, можно судить о влажности окружающей среды.

👀Датчики влажности получили широкое применение в разработке агроботов, поисково-спасательных и домашних роботов.

‼️Оставшиеся статьи выйдут а течение завтрашнего дня.

🙂Извиняемся за очередную задержку .

❓Диод - это полупроводниковый элемент, способный проводить ток исключительно в одном направлении . Диод получил широкое распространение в электротехнике, используясь в целях защиты схем, выпрямления тока, индикации и т.д

💡Принцип работы диода строится на использовании двух различных полупроводников. Один из них p-типа, в котором имеется недостаток электронов (отрицательно заряженных частиц). На месте отсутствующего электрона, который покинул свое место в кристаллической решетке, появляется так называемая "дырка", условный положительный носитель заряда. Данный полупроводник - анод (положительный электрод) диода. Второй полупроводник - n-типа, где имеется избыток электронов (отрицательно заряженных частиц). Данный полупроводник - катод (отрицательный электрод) диода. На границе соприкосновения проводников образуется так называемый p-n переход.

👀И так, на границе p-n перехода происходит рекомбинация - процесс, при котором электрон из n-области встречается с дыркой из p-области. В n-области атомы, потерявшие электрон, становятся положительно заряженными ионами (донорами), а в p-области атомы, принявшие электрон, становятся отрицательно заряженными ионами (акцепторами). В итоге на границе остаются заряженные ионы, которые создают электрическое поле. На границе p-n перехода образуется так называемый потенциальный барьер или обедненная зона. Это невидимая "стенка", которая мешает электронам и дыркам переходить через границу между p- и n-областями. Данный барьер мешает протеканию тока.

⚠️Данный барьер можно преодолеть при помощи подачи внешнего напряжения.

1️⃣Если на анод диода подать "+", а на катод "-", то потенциальный барьер p-n перехода уменьшается. Носители заряда (электроны и дырки) начинают свободно пересекать границу. Ток протекает через диод.

2️⃣Если подсоединить к аноду "-", а к катоду "+", то барьер увеличивается. Ток через диод не течет.

❓Светодиод (LED - Light Emitting Diode) - электронное устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в видимый свет.

⚠️Принцип работы светодиода основан на явлении электролюминесценции, когда электрический ток пропускается через полупроводниковый материал, что вызывает излучение фотонов.

👀Светодиод состоит из полупроводникового кристалла. Он содержит p- и n- типы слоев, которые образовывают p-n переход (электронно-дырочный переход). Подробнее о p-n переходе читайте в предыдущей статье "Диод".

💡Когда к светодиоду подаётся напряжение, происходит рекомбинация электронов и дырок, которая приводит к выделению энергии (испускание фотонов, частиц света).  Интенсивность света зависит от тока - чем он выше, тем выше и интенсивность.

Основные виды светодиодов: 

1️⃣Точечные светодиоды. Типичные светодиоды красного, зелёного, синего и других цветов.

2️⃣RGB-светодиоды Светодиоды, позволяющие формировать обилие оттенков за счёт смешивания цветов.

3️⃣ИК-светодиоды. Инфракрасные светодиоды, излучающие невидимый инфракрасный свет.

❓Светодиоды используются как индикаторы состояния, источники подсветки, элементы навигации и т.д

❓Ключ - это устройство или элемент схемы, который включает или выключает ток. Представьте обычный выключатель на стене: нажав на него один раз, свет загорится, второй раз - погаснет. Это и есть ключ, только в простом виде.

Ключи разделяют на следующие виды:

1️⃣Механические ключи, работу которых контролирует как правило человек. К ним относится типичная кнопка, которую мы подробно изучим в следующей статье.

2️⃣Электромеханические ключи (реле), которые управляются электрическим током. По ним выйдет отдельная статья (пункт 3.29)

3️⃣Электронные ключи, отличным примером которых служит транзистор, который мы подробно опишем в ближайших статьях.

Ключи применяются в целях:
▪️Управления подачей тока
▪️Автоматизации процессов
▪️Экономии энергии 
▪️Защиты электроцепей
▪️Управления мощными цепями с помощью слабого управляющего сигнала

❓Кнопка - это механический ключ, замыкающий или размыкающий электрическую цепь.

Кнопка используется в самых различных целях:
▪️Включение и выключение устройств
▪️Запуск программ и алгоритмов
▪️Переключение режимов работы
▪️Экстренное прерывание работы устройства

В робототехнике выделяют следующие виды кнопок:

1️⃣Тактовая кнопка, замыкающая цепь при нажатии. Как только палец будет отпущен - цепь снова разомкнется и ток перестанет течь.

2️⃣Кнопка на размыкание, которая при обычном режиме замыкает цепь, а при нажатии на нее - размыкает. Подобный вид ключа получил широкое применение в целях создания аварийных выключателей.

3️⃣Кнопка с фиксацией, которая сохраняет свое положение и размыкает или замыкает цепь вплоть до своего следующего нажатия. Удобна для включения определенного алгоритма программы, к слову, без необходимости удержания пальца в нажатом состоянии кнопки.

💡Стоит отметить, что при подключении к микроконтроллеру, один вывод кнопки подключается к земле (GND), а второй - к цифровому входу контроллера.

❓Реле - это устройство, которое включает или отключает электрическую цепь при помощи электромагнита, срабатывая автоматически при подаче тока.

👀Реле включает в себя катушку (электромагнит, создающий магнитное поле, когда по нему идёт ток), якорь (подвижная часть, притягиваемая к магниту) и контакты (проводники, способные замыкаться и размыкаться)

💡Пока катушка обесточена, контакты разомкнуты (цепь выключена). Как только на катушку подаётся ток — она становится магнитом, притягивая якорь, который замыкает контакт. Ток течет к нагрузке (к примеру, мотору). Когда ток в катушке пропадает — магнитное поле, создаваемое как раз таки током, исчезает, контакты возвращаются в исходное положение. Ток не течет.

❓"Но зачем нужно реле, если оно включается под действием тока и все можно подключить напрямую?" - спросите вы. Дело в том, что реле позволяет управлять мощной цепью с помощью слабого управляющего сигнала.

🤫К примеру, выявляется необходимость в подключения в цепь лампочки на 220В, а контролировать ее включение и выключение хочется через микроконтроллер, у которого на выходе напряжение всего 5В и ток сравнительно небольшой. Микроконтроллер не способен напрямую подключить такой довольно мощный электроприбор.

🙂Данную задачу решает реле: небольшой ток от микроконтроллера идёт на катушку реле, происходит вышеописанный процесс, который позволяют замкнуть мощную цепь и успешно, к примеру, включить лампочку на 220В.

❓Транзистор - это электронный компонент, работающий как электрический ключ и позволяющий усиливать электрический сигнал.

👀Рассмотрим принцип работы транзистора на примере транзистора с биполярным переходом (BJT) - одного из основных видов транзисторов

⚠️В основе его функционирования лежат 3 элемента: эмиттер, база и коллектор, которые располагаются в такой же последовательности, рассматривая схему с левого края.

❗️Транзистор состоит из трёх слоев: два n-типа (эмиттер и коллектор) по бокам и один p-тип (база) по середине.

💡P-тип имеет недостаток электронов и некие "дырки" (пустые места, оставленные электронами), а n-тип избыток электронов, часть из которых начинает заполнять дырки на p-слое, происходит процесс рекомбинации. В n-области атомы, потерявшие электрон, становятся положительно заряженными ионами (донорами), а в p-области атомы, принявшие электрон, становятся отрицательно заряженными ионами (акцепторами). В итоге на двух границах остаются заряженные ионы, которые создают электрическое поле. Появляются два энергетических барьера, которые препятствуют протеканию электронов.

🤫Когда мы подаем небольшое напряжение на базу (p-слой), энергетический барьер снижается, позволяя электронам течь от эмиттера к коллектору. Таким образом транзистор выступает неким электронным ключом, который пропускает ток исключительно при подаче небольшого напряжения на базу.

🙂Транзистор - величайшее изобретение человечества, на котором работает вся современная электроника.

P.S Подробнее о p-n переходе читайте в статье про диод (Пункт 3.25)

Дополнительные 15 статей раздела "Устройства в роботах" успешно опубликованы.

🙂В скором времени статьи появятся и на страничке сайта нашего проекта CSI BASE

👀 Остаётся ещё несколько статей из цикла третьего раздела "Устройства в роботах" CSI BASE, после чего мы начинаем публикацию статей раздела "Физика в робототехнике"

‼️Дополнительные 15 статей раздела "Устройства в роботах", ранее опубликованные в нашем Telegram-канале, будут доступны на нашем сайте в течение завтрашнего дня.

👀В среду начнется публикация оставшихся статей раздела.

🤫Уже на следующей неделе мы начнем публикация последнего утвержденного на данный момент раздела - "Физика в робототехнике" . Раздел расскажет о всех основных физических явлениях и законах, которые лежат в основе функционирования роботов.

‼️Последние 15 статей раздела "Устройства в роботах" проекта CSI BASE доступны на нашем сайте.

👀Завтра мы начнем публикацию оставшихся статей раздела.

🙂Мы работаем над созданием дополнительного визуализированного материала к нашим статьям и будем постепенно добавлять его к текстовой информации на страницах нашего сайта. К примеру, в статье "Диод" была добавлена ссылка на страничку сайта с визуализацией процесса p-n перехода, разработанного нами. Ссылка: csifuture.com/csibase-pntransition

📣Инфракрасные датчики (ИК-датчики) - одни из наиболее популярных датчиков в современной робототехнике. ИК-датчик - это электронное устройство, которое использует инфракрасное излучение для обнаружения объектов, измерения расстояния и фиксации движения.

👀Инфракрасное излучение - это излучение, которое испускают все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (0 Кельвинов или -273°С).

🤫Абсолютный нуль – температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. О нем ещё будет упомянуто в следующем разделе CSI BASE (термодинамика)

🔔Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, однако его способен уловить ИК-датчик.

Как правило, ИК-датчик состоит из двух компонентов:

1️⃣Излучатель - инфракрасный светодиод. (Пункт 3.26)

2️⃣Приемник - обычно, фотодиод или фототранзистор (Пункт 3.16)

❓Когда инфракрасный луч сталкивается с препятствием, часть его отражается и попадает в приемник. Анализируя интенсивность отраженного луча, можно судить о наличии объекта на его пути и о расстоянии до него.

‼️Важно помнить, что белая поверхность отражает большую часть инфракрасного излучения, в то время как черная поверхность наоборот поглощает .

ИК-датчики разделяют на два основных вида:

1️⃣Активные ИК-датчики, которые испускают инфракрасное излучение и улавливают его отражения, сочетая в себе как приемник, так и излучатель.

2️⃣Пассивные ИК-датчики, не излучающие инфракрасное излучение, имеющие в своей конструкции исключительно приемник.

🙂ИК-датчики получили широкое распространение в целях обнаружения движения, измерения расстояния до объектов, следования по чёрной линии (дисциплина робототехнических соревнований) и избегания препятствий.

‼️Публикация статей раздела "Устройства в роботах" завершится в течение этой недели.

👀Публикация статей раздела "Физика в робототехнике", первые пункты которого будут посвящены кинематике, начнется в вторник.

🙂Извиняемся за задержку, связанную с доработкой комплекса статей.

UPD. По техническим причинам публикация статей будет осуществлена в течение завтрашнего дня. Приносим свои извинения за очередную задержку

❓Динамик  — это устройство для преобразования электрического сигнала в звуковые волны, обеспечивающее возможность звукового взаимодействия между роботом и человеком.

⚠️Принцип работы динамика основан на преобразовании электрической энергии в механические колебания с последующим созданием акустических волн, излучаемых в окружающую среду.

👀Основной элемент динамика — это подвижная катушка, закреплённая на легкой мембране (диффузоре) и размещённая в постоянном магнитном поле. Когда на катушку подаётся переменный электрический ток, он создаёт переменное магнитное поле вокруг катушки. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, вызывая механические колебания катушки вперёд и назад. Поскольку катушка жестко соединена с диффузором, тот начинает колебаться с той же частотой, с какой меняется ток.

💡Эти механические колебания мембраны создают звуковые волны в окружающем воздухе. Частота колебаний определяет высоту звука, а амплитуда — его громкость. Таким образом, электрический аудиосигнал преобразуется в акустическую волну, которую мы слышим.

🤫Динамик применятся для озвучивания речевых команд, воспроизведения сигналов и уведомлений, реализации аудиоинтерфейсов в системах человек-машина.

🙂Все физические формулы, такие как сила Ампера, лежащая в основе работы динамика, будут приведены в следующем разделе.

‼️Схема и описание работы динамика к ней приведены в комментариях к посту.

🔔Конденсатор - это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля.

👀Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых металлических пластин - обкладок - и слоя диэлектрика (материал, не проводящий электрический ток), толщина которого мала по сравнения с размерами пластин.

❓И так, конденсатор состоит из двух пластин, электродов, способных принимать и удерживать заряды. Одна из пластин заряжается положительно, то есть имеет дефицит электронов. Другая наоборот имеет избыток электронов, заряжаясь при этом отрицательно. Между пластинами возникает электрическое поле, в котором и хранится энергия.

🤫Ток через конденсатор протекает только в момент зарядки или разрядки. В установившемся режиме, когда все параметры в цепи остаются неизменными с течением времени, а следовательно и заряд на конденсаторе постоянен, сила тока, равная изменению величины заряда ко времени, через него равна нулю, что эквивалентно разрыву цепи. Стоит отметить, что конденсатор заряжен, когда напряжение на его обкладках станет равным напряжению источника питания.

💡Электроёмкость конденсатора - это физическая величина, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд при наложении на его обкладки определенной разности потенциалов или напряжения. Важно отметить, что конденсаторы между собой можно соединять последовательно или параллельно, получая определенную общую электроёмкость системы конденсаторов (следующий раздел).

✔️Конденсаторы используются для создания импульсного тока и широко применяются в электротехнических устройствах.

‼️Все формулы и физические явления, лежащие в основе работы конденсаторов, будут описаны в следующем разделе CSI BASE.

P.S Статья про катушку индуктивности, которая на данный момент станет последней статьей раздела "Устройства в роботах" будет опубликована завтра. В течение завтрашнего дня последние 4 статьи раздела "Устройства в роботах" будут доступны на нашем сайте. Первые статьи раздела "Физика в робототехнике" будут опубликованы также в течение завтрашнего дня.

📣Катушка индуктивности - это пассивный элемент электрических цепей, способный накапливать энергию в магнитном поле при прохождении через нее электрического тока.

❓Магнитное поле - это вид материи, существующий вокруг магнитов и движущихся зарядов (следующий раздел CSI BASE). Магнитное поле порождается только движущимися зарядами и распространяется с конечной скоростью, равной скорости света.

⚠️Индуктивность - это свойство проводника препятствовать изменению проходящего через него тока.

💡Катушка представляет собой проводник, намотанный спиралью. Когда по ней протекает ток, вокруг витков возникает магнитное поле. Для усиления магнитного поля и увеличения индуктивности в катушках используется сердечник.

👀При изменении тока во времени это магнитное поле изменяется, что, по закону Фарадея, создаёт ЭДС самоиндукции, препятствующую изменению тока.

Примеры:

1️⃣Когда ток включается, катушка индуктивности противодействует его резкому возрастанию. Создается ЭДС самоиндукции, которая препятствует нарастанию тока.

2️⃣В цепи постоянного тока катушка индуктивности ведёт себя также, как и обычный провод.

3️⃣Когда ток выключается, катушка способна ещё некоторое время поддерживать ток в цепи, отдавая накопленную энергию магнитного поля в виде ЭДС.

4️⃣Катушки индуктивности в цепи переменного тока имеют реактивное сопротивление (следующий раздел CSI BASE), пропорциональное частоте переменного тока и препятствующее протеканию тока в цепи.

🥸Катушки индуктивности применяются для создания магнитного поля, сглаживания тока или создания колебательных контуров.

‼️Все формулы и физические явления, связанные с работой катушки индуктивности будут описаны в следующем разделе CSI BASE

👀Раздел "Устройства в роботах" на данный момент полностью завершён.

🤫Последние статьи раздела загружаются на наш сайт и скоро будут доступны к прочтению.

‼️CSI начинает публикацию цикла статей нового раздела "Физика в робототехнике"