Эрл Гейтс - Введение в электронику

Другой тип вторичных элементов — никель-кадмиевые (NiCd) элементы (рис. 3-17).

Рис. 3-17. Никель-кадмиевая батарея (NiCd) в качестве другого примера вторичного элемента.

Это сухой элемент, который сохраняет свой заряд длительное время и может многократно перезаряжаться. Элемент состоит из положительного и отрицательного электродов, разделителя, электролита и корпуса. Электроды состоят из порошкообразного никеля, нанесенного на экран из никелевой проволоки, пропитанной раствором соли никеля для положительного электрода и раствором соли кадмия для отрицательного электрода. Разделитель сделан из поглощающего изолирующего материала.

Электролитом является гидроокись калия. Корпус изготавливается из стали и плотно закрывается. Типичное напряжение элементов этого типа 1,2 вольта.

Способность батареи непрерывно вырабатывать электроэнергию выражается в ампер-часах. Батарея в 100 ампер-часов может выдавать ток в 1 ампер в течение 1 часа (100 x 1 = 100 ампер·часов), либо 10 ампер в течение 10 часов (10 x 10 = 100 ампер-часов), либо 1 ампер в течение 100 часов (1 x 100 = 100 ампер·часов).

3–2. Вопросы

1. Из каких компонентов состоит элемент?

2. Каковы два основных типа элементов?

3. В чем главное отличие двух основных типов элементов?

4. Приведите примеры первичных элементов.

5. Приведите примеры вторичных элементов.

Элементы и батареи могут быть соединены вместе для увеличения напряжения и/или тока. Они могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.

При последовательном соединении элементы или батареи могут быть соединены либо в последовательно-дополняющей либо в последовательно-препятствующей конфигурации. В последовательно-дополняющейконфигурации положительный электрод первого элемента соединяется с отрицательным электродом второго элемента; положительный электрод второго элемента соединяется с отрицательным электродом третьего элемента и так далее (рис. 3-18).

Рис. 3-18. Элементы или батареи могут быть соединены последовательно для увеличения напряжения.

При последовательно-дополняющей конфигурации через все элементы или батареи протекает одинаковый ток. Это может быть выражено следующим образом:

I T= I 1= I 2= I 3.

Индексы обозначают номера отдельных элементов или батарей. Полное напряжение равно сумме напряжений отдельных элементов и может быть выражено следующим образом:

E T= E 1+ Е 2+ Е 3.

При последовательно-препятствующейконфигурации элементы или батареи соединяются друг с другом одноименными выводами, отрицательный вывод с отрицательным или положительный с положительным. Однако эта конфигурация очень мало применяется на практике.

При параллельномсоединении все положительные выводы соединяются вместе и все отрицательные выводы также соединяются вместе (рис. 3-19).

Рис. 3-19. Элементы или батареи могут быть соединены параллельно для увеличения тока.

Общий возможный ток является суммой токов каждого элемента или батареи:

I T= I 1 + I 2 + I 3.

Общее напряжение равно напряжению каждого отдельного элемента или батареи:

E T= E 1 = Е 2 = Е 3.

Если желательно получить и наибольшее напряжение и наибольший ток, элементы или батареи могут быть соединены в последовательно-параллельной конфигурации. Помните, что последовательное соединение элементов или батарей увеличивает напряжение, а параллельное соединение увеличивает ток. На рис. 3-20 показаны четыре 3-вольтовых батареи, соединенные в последовательно-параллельной конфигурации. Эта конфигурация дает напряжение 6 вольт и обеспечивает ток в два раза больший, чем отдельная батарея.

Рис. 3-20. Элементы или батареи могут быть соединены последовательно-параллельно для увеличения выходного тока и напряжения.

Для получения 6 вольт необходимо соединить две 3-вольтовые батареи последовательно (рис. 3-21).

Рис. 3-21. Когда элементы соединяются последовательно, напряжение увеличивается.

Для увеличения тока, вторая пара 3-вольтовых батарей подсоединяется параллельно (рис. 3-22).

Рис. 3-22. Параллельное соединение последовательно соединенных элементов увеличивает выходной ток. Полученная цепь является последовательно-паралелльной конфигурацией.

В результате получается последовательно-параллельнаяконфигурация.

3–3. Вопросы

1. Нарисуйте три элемента, соединенных в последовательно-дополняющей конфигурации.

2. Как влияет последовательно-дополняющая конфигурация на ток и напряжение?

3. Нарисуйте три элемента, соединенные параллельно.

4. Как влияет параллельное соединение элементов на ток и напряжение?

5. Как надо соединить элементы или батареи, чтобы увеличить и ток и напряжение?

В электрических и электронных цепях существует два типа напряжений — приложенное напряжение и падение напряжения.

Потенциал или напряжение, подведенное к цепи, называется приложенным напряжением(рис. 3-23).

Рис. 3-23. Потенциал, приложенный к цепи, называется приложенным напряжением.

Напряжение подсоединено к цепи, ток течет от отрицательного вывода источника напряжения и возвращается к положительному выводу источника напряжения. 12-вольтовая батарея, подсоединенная к цепи дает приложенное к цепи напряжение 12 вольт.

При перемещении электронов по цепи они встречают сопротивление. Проходя через нагрузку, электроны теряют энергию. Отданная энергия называется падением напряжения(рис. 3-24).

Рис. 3-24. Энергия, поглощенная цепью при прохождении тока через нагрузку (сопротивление), называется падением напряжения. Падение напряжения имеет место при протекании тока в цепи.