Электроника для начинающих

При подзарядке аккумуляторов ток изменяется с течением времени, следуя определенному алгоритму. По этой причине может быть опасно пытаться заряжать их с помощью простого источника питания, поэтому предпочтительно использовать их конкретное зарядное устройство, в противном случае может произойти взрыв или возгорание. Аккумуляторные батареи, как правило, имеют напряжение ниже, в отличие от соответствующих не заряжаемых батарей (например, 1,2 В вместо 1,5 В).

Существует множество типов батарей, каждая модель имеет свое определенное напряжение и емкость, выраженную в амперах-час (Ач). Небольшие батареи могут поставлять несколько сот миллиампер-час, автомобильные аккумуляторы могут иметь емкость до сотен ампер-час.

Таблица 7.1. Электрические характеристики некоторых батарей

Мы можем использовать батареи в наших прототипах, соединяя их зажимами или с помощью гнезд для последовательной группировки батарей типа АА и AAA на 1,5 В. Аккумуляторные батареи доступны в различных конфигурациях и могут обеспечить напряжения 3 В, 4,5 В, 6 В, 9 В и 12 В.

Рис. 7.3. Различные модели батарей с общепринятым обозначением, зажим для батарейки на 9 В и отсек для батарей

Насколько хватает заряда батареи?

Как можно определить продолжительность работы батареи? Каждая батарея характеризуется напряжением и способностью обеспечивать ток, обозначенную в А или мА в час (мАч).

Чтобы рассчитать продолжительность работы батареи, мы должны определить потребление цепи, которую подключаем, то есть сколько тока она требует. Батареи сопоставимы с полным баком воды: чем выше емкость, темдольше она будет использоваться. Продолжительность также зависит от диаметра трубы, которую мы будем использовать для выкачки воды.

Предположим, у вас есть схема, которая потребляет 100 мА, и батарея на 3000 мАч.

Схема будет работать в течение времени:

Чтобы узнать потребляемый схемой ток, мы можем сделать расчеты или измерить его с помощью тестера. Продолжительность, которую мы рассчитали, является только теоретической, потому что в действительности электрохимические явления, происходящие в батарее, могут привести к ее повреждению.

Ток, который обеспечивает батарея, не может быть произвольно увеличен. Попробуем подумать: если батарея из предыдущего примера может предоставить 3 А в час, то может ли она предоставить более высокий ток за меньшее время? Например, мы могли бы запросить ток 6А за полчаса. Однако батарея не сможет обеспечить такой ток и будет перегреваться, что приведет к ее повреждению. Максимальный ток, который может подаваться, составляет около 3 А. Подача высоких токов, даже на короткий промежуток времени, связана с риском необратимо повредить батарею.

Достаточно непросто определить, заряжена батарея или нет. В щелочных батареях может быть измерено напряжение с помощью тестера, если напряжение составляет примерно 80 % от номинального значения, то батарея заряжена. Таким образом, напряжение должно быть примерно 1,2 В для батарей на 1,5 В и около 7,5 В для батарей на 9 В. Для аккумуляторных батарей этот эмпирический способ не может быть использован, поскольку они всегда поддерживают постоянное напряжение. Заряд батарейки должен быть оценен путем измерения напряжения с помощью подключения батарейки к цепи, которая собирает около половины максимального почасового тока, указанного на батарейке. Если мы хотим проверить состояние заряда батареи на 9 В, мы должны предполагать максимальный ток 250 мА, так как максимальный часовой ток составляет 500 мА. Используя эти данные, мы получаем сопротивление, которое должно быть подключено к батарее:

Через сопротивление протекает довольно большой ток, поэтому рассчитываем мощность, которую должно выдержать сопротивление:

P = I² · R = 0,25²

· 36 = 2,25 (Bt)

Сопротивление должно выдерживать мощность, превышающую 2,25 Вт. Теперь подключаем сопротивление к батарее и измеряем ток, протекающий через нее: чем ближе его значение к 250 мА, тем больше батарея будет заряжена.

Идеальные генераторы

Электрики и электронщики в своих расчетах часто используют теоретические «идеальные генераторы». Различают два типа идеальных генераторов: генераторы напряжения и генераторы тока. Идеальный генератор напряжения является устройством, способным обеспечить определенное напряжение с бесконечным наличием тока: это как батарея, которая никогда не разряжается и может подавать ток любой величины. Идеальный генератор тока обеспечивает точное значение тока и напряжение любого значения. Нам трудно представить себе такие явления, потому что, как правило, в качестве источников напряжения и тока мы имеем дело с батареями. Батареи и реальные генераторы можно рассматривать как комбинации генераторов напряжения, тока и сопротивления.

Рис. 7.4. Символ идеального генератора напряжения (слева) и идеального генератора тока (справа)