Электроника:Постоянный ток/Батареи и системы питания/Батарейные конструкции: различия между версиями

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску
Нет описания правки
Нет описания правки
 
(не показаны 3 промежуточные версии 1 участника)
Строка 5: Строка 5:
=Батарейные конструкции<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-11/battery-construction/ www.allaboutcircuits.com - Battery Construction ]</ref>=
=Батарейные конструкции<ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-11/battery-construction/ www.allaboutcircuits.com - Battery Construction ]</ref>=


Слово батарея само по себе означает группу похожих компонентов. К примеру, в военном лексиконе «батарея» означает подразделение, состоящее из нескольких (множества) артиллерийских орудий. В электричестве ''«батарея»'' – это набор гальванических элементов, предназначенных для обеспечения большего напряжения и/или тока, чем это возможно с каждым элементом по-отдельности.
Слово батарея само по себе означает группу похожих компонентов. К примеру, в военном лексиконе «батарея» означает подразделение, состоящее из нескольких (множества) артиллерийских орудий. В электричестве «батарея» – это набор гальванических элементов, предназначенных для обеспечения большего напряжения и/или тока, чем это возможно с каждым элементом по-отдельности.


Обозначение элемента очень простое, состоит из одной длинной линии и одной короткой линии, параллельных друг другу, с примыкающими к ним соединительными проводами:
Обозначение элемента очень простое, состоит из одной длинной линии и одной короткой линии, параллельных друг другу, с примыкающими к ним соединительными проводами:


[[File:Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах_1_2712020_1809.png|frame|center|Рис. 1. Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах.]]
[[File:Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах_1_2712020_1809.png|frame|center|'''Рис. 1.''' Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах.|alt=Рис. 1. Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах.]]


На схемах батарея – это уже более одного символа элемента, символы расположены последовательно:
На схемах батарея – это уже более одного символа элемента, символы расположены последовательно:


[[File:Батарея – более одного элемента подряд_2_27122020_1809.png|frame|center|Рис. 2. Батарея – более одного элемента подряд.]]
[[File:Батарея – более одного элемента подряд_2_27122020_1809.png|frame|center|'''Рис. 2.''' Батарея – более одного элемента подряд.|alt=Рис. 2. Батарея – более одного элемента подряд.]]


Как уже говорилось, напряжение, создаваемое каждым конкретным типом элемента, определяется строго химическим составом этого типа элемента. Размер элемента не имеет отношения к создаваемому им напряжению. Чтобы получить большее напряжение, чем выходное напряжение одного элемента, несколько элементов нужно соединить последовательно. Полное напряжение батареи – это сумма напряжений всех элементов. Типичная автомобильная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея состоит из шести элементов для номинального выходного напряжения ''6×2,0'' или ''12,0 вольт'':
Как уже говорилось, [[напряжение]], создаваемое каждым конкретным типом элемента, определяется строго химическим составом этого типа элемента. Размер элемента не имеет отношения к создаваемому им напряжению. Чтобы получить большее [[напряжение]], чем выходное [[напряжение]] одного элемента, несколько элементов нужно соединить последовательно. Полное [[напряжение]] [[батареи]] – это сумма напряжений всех элементов. Типичная [[автомобильная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея]] состоит из шести элементов для номинального выходного напряжения 6×2,0 или 12,0 вольт:


[[File:Батарея (аккумулятор) на 12 вольт_3_27122020_1810.png|frame|center|Рис. 3. Батарея (аккумулятор) на 12 вольт.]]
[[File:Батарея (аккумулятор) на 12 вольт_3_27122020_1810.png|frame|center|'''Рис. 3.''' Батарея (аккумулятор) на 12 вольт.|alt=Рис. 3. Батарея (аккумулятор) на 12 вольт.]]


Элементы автомобильного аккумулятора находятся в одном корпусе из твёрдой резины и соединены вместе толстыми свинцовыми стержнями, а не проводами. Электроды и растворы электролита для каждой ячейки содержатся в отдельных секциях корпуса батареи. В больших батареях электроды обычно имеют форму тонких металлических решёток или пластин, поэтому их часто называют просто пластинами, а не электродами.
Элементы [[автомобильного аккумулятора]] находятся в одном корпусе из твёрдой резины и соединены вместе толстыми свинцовыми стержнями, а не проводами. Электроды и растворы электролита для каждой ячейки содержатся в отдельных секциях корпуса батареи. В больших батареях электроды обычно имеют форму тонких металлических решёток или пластин, поэтому их часто называют просто пластинами, а не электродами.


Для удобства символы батареи обычно ограничиваются четырьмя чередующимися длинными/короткими линиями, хотя настоящая батарея, которую она представляет, может иметь намного больше элементов чем два. Однако иногда может встретиться символ батареи с нестандартно высоким напряжением, намеренно нарисованный с дополнительными линиями. Линии, конечно, представляют отдельные клеточные пластинки:
Для удобства символы батареи обычно ограничиваются четырьмя чередующимися длинными/короткими линиями, хотя настоящая батарея, которую она представляет, может иметь намного больше элементов чем два. Однако иногда может встретиться символ батареи с нестандартно высоким напряжением, намеренно нарисованный с дополнительными линиями. Линии, конечно, представляют отдельные клеточные пластинки:


[[File:Если напряжение источника питания явно выше среднего_4_27122020_1810.png|frame|center|Рис. 4. Если напряжение источника питания явно выше среднего, на схеме изображают не один-два, а большее количество гальванических элементов.]]
[[File:Если напряжение источника питания явно выше среднего_4_27122020_1810.png|frame|center|'''Рис. 4.''' Если напряжение источника питания явно выше среднего, на схеме изображают не один-два, а большее количество гальванических элементов.|alt=Рис. 4. Если напряжение источника питания явно выше среднего, на схеме изображают не один-два, а большее количество гальванических элементов.]]


== Насколько важен размер батареи? ==
== Насколько важен размер батареи? ==


Если физический размер элемента не влияет на её напряжение, тогда на что он влияет? Ответ – на сопротивление, которое, в свою очередь, влияет на максимальное количество тока, которым может обеспечить элемент. Каждый гальванический элемент содержит некоторое количество внутреннего сопротивления из-за электродов и электролита. Чем в большем размере сконструирован элемент, тем больше площадь контакта электрода с электролитом и, следовательно, тем меньшее внутреннее сопротивление он будет иметь.
Если физический размер элемента не влияет на её [[напряжение]], тогда на что он влияет? Ответ – на [[сопротивление]], которое, в свою очередь, влияет на максимальное количество тока, которым может обеспечить элемент. Каждый [[гальванический элемент]] содержит некоторое количество внутреннего сопротивления из-за [[электрод]]ов и [[электролит]]а. Чем в большем размере сконструирован элемент, тем больше площадь контакта [[электрод]]а с [[электролит]]ом и, следовательно, тем меньшее внутреннее [[сопротивление]] он будет иметь.


Мы обычно воспринимаем элемент или батарею в цепи как идеальный источник напряжения (дающий абсолютно постоянное напряжение), сила тока определяется исключительно внешним сопротивлением цепи, к которой он подключён – но такая идеальная картинка не совсем соответствует действительности. Поскольку каждый элемент цепи (в том числе и батарея) имеет внутреннее сопротивление, это сопротивление также должно влиять на силу тока в любой другой точке данной цепи:
Мы обычно воспринимаем элемент или батарею в цепи как идеальный источник напряжения (дающий абсолютно постоянное напряжение), сила тока определяется исключительно внешним сопротивлением цепи, к которой он подключён – но такая идеальная картинка не совсем соответствует действительности. Поскольку каждый элемент цепи (в том числе и батарея) имеет внутреннее [[сопротивление]], это [[сопротивление]] также должно влиять на силу тока в любой другой точке данной цепи:


[[File:Идеальная и реальная батареи_5_27122020_18102.jpg|frame|center|Рис. 5. Идеальная и реальная батареи.]]
{{ads2}}


Настоящая батарея, обозначенная пунктирной линией, имеет внутреннее сопротивление [[0,2 Ом]], что влияет на её способность передавать ток до сопротивления нагрузки [[1 Ом]]. Идеальная батарея слева не имеет внутреннего сопротивления, поэтому наши расчёты по закону Ома для силы тока (''I= E/R'') дают нам идеальное значение 10 ампер для тока с нагрузкой [[1 Ом]] и питанием [[10 вольт]]. Настоящая батарея с внутренним сопротивлением, дополнительно препятствует прохождению тока и может подавать только [[8,333 А]] на то же сопротивление нагрузки.
[[File:Идеальная и реальная батареи_5_27122020_18102.jpg|frame|center|'''Рис. 5.''' Идеальная и реальная батареи.|alt=Рис. 5. Идеальная и реальная батареи.]]


Идеальная батарея в случае короткого замыкания с сопротивлением ''0 Ом'' могла бы обеспечивать бесконечное количество тока. Настоящая батарея же, может подавать только [[50 ампер]] ([[10 В]] / [[0,2 Ом]]) на короткое замыкание с сопротивлением ''0 Ом'' из-за своего внутреннего сопротивления. Химическая реакция внутри элемента может по-прежнему обеспечивать ровно [[10 вольт]], но напряжение падает на внутреннем сопротивлении по мере протекания тока через батарею, что снижает величину напряжения, доступного на выводах от батареи к нагрузке.
Настоящая батарея, обозначенная пунктирной линией, имеет внутреннее [[сопротивление]] [[0,2 Ом]], что влияет на её способность передавать ток до сопротивления нагрузки [[1 Ом]]. Идеальная батарея слева не имеет внутреннего сопротивления, поэтому наши расчёты по [[закону Ома]] для силы тока (I= E/R) дают нам идеальное значение 10 ампер для тока с нагрузкой [[1 Ом]] и питанием [[10 вольт]]. Настоящая батарея с внутренним сопротивлением, дополнительно препятствует прохождению тока и может подавать только [[8,333 А]] на то же сопротивление нагрузки.
 
Идеальная батарея в случае короткого замыкания с [[сопротивление]]м 0 Ом могла бы обеспечивать бесконечное количество тока. Настоящая батарея же, может подавать только [[50 ампер]] ([[10 В]] / [[0,2 Ом]]) на короткое замыкание с [[сопротивление]]м 0 Ом из-за своего внутреннего сопротивления. Химическая реакция внутри элемента может по-прежнему обеспечивать ровно [[10 вольт]], но напряжение падает на внутреннем сопротивлении по мере протекания тока через батарею, что снижает величину напряжения, доступного на выводах от батареи к нагрузке.


== Как соединить элементы, чтобы минимизировать внутреннее сопротивление батареи? ==
== Как соединить элементы, чтобы минимизировать внутреннее сопротивление батареи? ==


Поскольку мы живем в несовершенном мире с несовершенными батареями, нам приходится учитывать такие факторы, как внутреннее сопротивление. Как правило, батареи используются там, где их внутреннее сопротивление незначительно по сравнению с сопротивлением нагрузки (где их ток короткого замыкания намного превышает их обычный ток нагрузки), и поэтому электрические характеристики такой батареи очень близки к характеристикам идеального источника напряжения.
Поскольку мы живем в несовершенном мире с несовершенными батареями, нам приходится учитывать такие факторы, как [[внутреннее сопротивление]]. Как правило, батареи используются там, где их внутреннее сопротивление незначительно по сравнению с сопротивлением нагрузки (где их ток короткого замыкания намного превышает их обычный ток нагрузки), и поэтому электрические характеристики такой [[батареи]] очень близки к характеристикам идеального источника напряжения.


Если нам нужно сконструировать батарею с меньшим сопротивлением, чем то, которое может обеспечить один элемент (чтобы увеличить электроёмкость), нам придётся соединить элементы вместе параллельно:
Если нам нужно сконструировать батарею с меньшим сопротивлением, чем то, которое может обеспечить один элемент (чтобы увеличить электроёмкость), нам придётся соединить элементы вместе параллельно:


[[File:Если элементы батареи соединять не последовательно_6_27122020_1811.jpg|frame|center|Рис. 6. Если элементы батареи соединять не последовательно, а параллельно, то внутреннее сопротивление батареи будет меньше, чем сопротивление любого из её элементов.]]
[[File:Если элементы батареи соединять не последовательно_6_27122020_1811.jpg|frame|center|'''Рис. 6.''' Если элементы батареи соединять не последовательно, а параллельно, то внутреннее сопротивление батареи будет меньше, чем сопротивление любого из её элементов.|alt=Рис. 6. Если элементы батареи соединять не последовательно, а параллельно, то внутреннее сопротивление батареи будет меньше, чем сопротивление любого из её элементов.]]


По сути, то, что мы здесь делаем, – это используем эквивалент Тевенена для пяти параллельных элементов (т.е. теперь эту батарею можно рассматривать как эквивалентная сеть из одного источника напряжения и одного последовательного сопротивления). Эквивалентная сеть имеет такое же исходное напряжение, но её сопротивление составляет лишь часть сопротивления любого отдельного элемента исходной сети. Общий эффект параллельного соединения ячеек заключается в уменьшении эквивалентного внутреннего сопротивления, (подобный эффект уменьшения общего сопротивления даёт подключение параллельных резисторов). Эквивалентное внутреннее сопротивление этой батареи из ''5'' элементов составляет ''1/5'' сопротивления каждого отдельного элемента. Общее напряжение остается прежним: [[2,0 вольт]]. Если бы эта батарея элементов питала цепь, сила ток через каждый элемент составлял бы ''1/5'' от общей силы тока в цепи из-за равного разделения тока через параллельные ветви с равным сопротивлением.
По сути, то, что мы здесь делаем, – это используем [[эквивалент Тевенена]] для пяти параллельных элементов (т.е. теперь эту батарею можно рассматривать как эквивалентная сеть из одного источника напряжения и одного последовательного сопротивления). Эквивалентная сеть имеет такое же исходное напряжение, но её [[сопротивление]] составляет лишь часть сопротивления любого отдельного элемента исходной сети. Общий эффект параллельного соединения ячеек заключается в уменьшении эквивалентного внутреннего сопротивления, (подобный эффект уменьшения общего сопротивления даёт подключение параллельных [[резистор]]ов). Эквивалентное внутреннее [[сопротивление]] этой батареи из 5 элементов составляет 1/5 сопротивления каждого отдельного элемента. Общее [[напряжение]] остается прежним: [[2,0 вольт]]. Если бы эта [[батарея]] элементов питала цепь, сила тока через каждый элемент составляла бы 1/5 от общей силы тока в цепи из-за равного разделения тока через параллельные ветви с равным сопротивлением.


== Итог ==
== Итог ==


* Батареи представляют собой кластер из элементов, соединённых друг с другом для повышения напряжения и/или силы тока и/или мощности.
* Батареи представляют собой [[кластер]] из элементов, соединённых друг с другом для повышения напряжения и/или силы тока и/или мощности.
* Элементы, соединённые последовательно (с учётом полярности), приводят к увеличению общего напряжения.
* Элементы, соединённые последовательно (с учётом полярности), приводят к увеличению общего напряжения.
* Физический размер элемента влияет на сопротивление элемента, что, в свою очередь, влияет на способность элемента подавать ток в цепь. Как правило, чем больше размер элемента, тем меньше его внутреннее сопротивление.
* Физический размер элемента влияет на [[сопротивление]] элемента, что, в свою очередь, влияет на способность элемента подавать ток в цепь. Как правило, чем больше размер элемента, тем меньше его внутреннее сопротивление.
* Параллельное соединение элементов приводит к меньшему общему сопротивлению и потенциально большей общей силе тока.
* Параллельное соединение элементов приводит к меньшему общему сопротивлению и потенциально большей общей силе тока.


=См.также=
=См.также=


{{ads}}
 


=Внешние ссылки=
=Внешние ссылки=
Строка 62: Строка 64:
<references />
<references />


{{Навигационная таблица/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Портал/Электроника}}
{{Навигационная таблица/Телепорт}}
 
[[Категория:Постоянный ток]]
[[Категория:Батареи и системы питания]]
[[Категория:Батарейные конструкции]]
[[Категория:Теория]]
[[Категория:Теория по электронике]]

Текущая версия от 21:46, 22 мая 2023

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Батарейные конструкции[1]

Слово батарея само по себе означает группу похожих компонентов. К примеру, в военном лексиконе «батарея» означает подразделение, состоящее из нескольких (множества) артиллерийских орудий. В электричестве «батарея» – это набор гальванических элементов, предназначенных для обеспечения большего напряжения и/или тока, чем это возможно с каждым элементом по-отдельности.

Обозначение элемента очень простое, состоит из одной длинной линии и одной короткой линии, параллельных друг другу, с примыкающими к ним соединительными проводами:

Рис. 1. Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах.
Рис. 1. Один элемент (питания), как он обозначается на электрических схемах.

На схемах батарея – это уже более одного символа элемента, символы расположены последовательно:

Рис. 2. Батарея – более одного элемента подряд.
Рис. 2. Батарея – более одного элемента подряд.

Как уже говорилось, напряжение, создаваемое каждым конкретным типом элемента, определяется строго химическим составом этого типа элемента. Размер элемента не имеет отношения к создаваемому им напряжению. Чтобы получить большее напряжение, чем выходное напряжение одного элемента, несколько элементов нужно соединить последовательно. Полное напряжение батареи – это сумма напряжений всех элементов. Типичная автомобильная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея состоит из шести элементов для номинального выходного напряжения 6×2,0 или 12,0 вольт:

Рис. 3. Батарея (аккумулятор) на 12 вольт.
Рис. 3. Батарея (аккумулятор) на 12 вольт.

Элементы автомобильного аккумулятора находятся в одном корпусе из твёрдой резины и соединены вместе толстыми свинцовыми стержнями, а не проводами. Электроды и растворы электролита для каждой ячейки содержатся в отдельных секциях корпуса батареи. В больших батареях электроды обычно имеют форму тонких металлических решёток или пластин, поэтому их часто называют просто пластинами, а не электродами.

Для удобства символы батареи обычно ограничиваются четырьмя чередующимися длинными/короткими линиями, хотя настоящая батарея, которую она представляет, может иметь намного больше элементов чем два. Однако иногда может встретиться символ батареи с нестандартно высоким напряжением, намеренно нарисованный с дополнительными линиями. Линии, конечно, представляют отдельные клеточные пластинки:

Рис. 4. Если напряжение источника питания явно выше среднего, на схеме изображают не один-два, а большее количество гальванических элементов.
Рис. 4. Если напряжение источника питания явно выше среднего, на схеме изображают не один-два, а большее количество гальванических элементов.

Насколько важен размер батареи?

Если физический размер элемента не влияет на её напряжение, тогда на что он влияет? Ответ – на сопротивление, которое, в свою очередь, влияет на максимальное количество тока, которым может обеспечить элемент. Каждый гальванический элемент содержит некоторое количество внутреннего сопротивления из-за электродов и электролита. Чем в большем размере сконструирован элемент, тем больше площадь контакта электрода с электролитом и, следовательно, тем меньшее внутреннее сопротивление он будет иметь.

Мы обычно воспринимаем элемент или батарею в цепи как идеальный источник напряжения (дающий абсолютно постоянное напряжение), сила тока определяется исключительно внешним сопротивлением цепи, к которой он подключён – но такая идеальная картинка не совсем соответствует действительности. Поскольку каждый элемент цепи (в том числе и батарея) имеет внутреннее сопротивление, это сопротивление также должно влиять на силу тока в любой другой точке данной цепи:

Рис. 5. Идеальная и реальная батареи.
Рис. 5. Идеальная и реальная батареи.

Настоящая батарея, обозначенная пунктирной линией, имеет внутреннее сопротивление 0,2 Ом, что влияет на её способность передавать ток до сопротивления нагрузки 1 Ом. Идеальная батарея слева не имеет внутреннего сопротивления, поэтому наши расчёты по закону Ома для силы тока (I= E/R) дают нам идеальное значение 10 ампер для тока с нагрузкой 1 Ом и питанием 10 вольт. Настоящая батарея с внутренним сопротивлением, дополнительно препятствует прохождению тока и может подавать только 8,333 А на то же сопротивление нагрузки.

Идеальная батарея в случае короткого замыкания с сопротивлением 0 Ом могла бы обеспечивать бесконечное количество тока. Настоящая батарея же, может подавать только 50 ампер (10 В / 0,2 Ом) на короткое замыкание с сопротивлением 0 Ом из-за своего внутреннего сопротивления. Химическая реакция внутри элемента может по-прежнему обеспечивать ровно 10 вольт, но напряжение падает на внутреннем сопротивлении по мере протекания тока через батарею, что снижает величину напряжения, доступного на выводах от батареи к нагрузке.

Как соединить элементы, чтобы минимизировать внутреннее сопротивление батареи?

Поскольку мы живем в несовершенном мире с несовершенными батареями, нам приходится учитывать такие факторы, как внутреннее сопротивление. Как правило, батареи используются там, где их внутреннее сопротивление незначительно по сравнению с сопротивлением нагрузки (где их ток короткого замыкания намного превышает их обычный ток нагрузки), и поэтому электрические характеристики такой батареи очень близки к характеристикам идеального источника напряжения.

Если нам нужно сконструировать батарею с меньшим сопротивлением, чем то, которое может обеспечить один элемент (чтобы увеличить электроёмкость), нам придётся соединить элементы вместе параллельно:

Рис. 6. Если элементы батареи соединять не последовательно, а параллельно, то внутреннее сопротивление батареи будет меньше, чем сопротивление любого из её элементов.
Рис. 6. Если элементы батареи соединять не последовательно, а параллельно, то внутреннее сопротивление батареи будет меньше, чем сопротивление любого из её элементов.

По сути, то, что мы здесь делаем, – это используем эквивалент Тевенена для пяти параллельных элементов (т.е. теперь эту батарею можно рассматривать как эквивалентная сеть из одного источника напряжения и одного последовательного сопротивления). Эквивалентная сеть имеет такое же исходное напряжение, но её сопротивление составляет лишь часть сопротивления любого отдельного элемента исходной сети. Общий эффект параллельного соединения ячеек заключается в уменьшении эквивалентного внутреннего сопротивления, (подобный эффект уменьшения общего сопротивления даёт подключение параллельных резисторов). Эквивалентное внутреннее сопротивление этой батареи из 5 элементов составляет 1/5 сопротивления каждого отдельного элемента. Общее напряжение остается прежним: 2,0 вольт. Если бы эта батарея элементов питала цепь, сила тока через каждый элемент составляла бы 1/5 от общей силы тока в цепи из-за равного разделения тока через параллельные ветви с равным сопротивлением.

Итог

  • Батареи представляют собой кластер из элементов, соединённых друг с другом для повышения напряжения и/или силы тока и/или мощности.
  • Элементы, соединённые последовательно (с учётом полярности), приводят к увеличению общего напряжения.
  • Физический размер элемента влияет на сопротивление элемента, что, в свою очередь, влияет на способность элемента подавать ток в цепь. Как правило, чем больше размер элемента, тем меньше его внутреннее сопротивление.
  • Параллельное соединение элементов приводит к меньшему общему сопротивлению и потенциально большей общей силе тока.

См.также

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Battery Construction
Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Постоянный_ток/Батареи_и_системы_питания/Батарейные_конструкции&oldid=7737612