Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

На УГО (условно-графических обозначениях) ХИТ, как правило, показывают полярность выводов (см. рис. 1, б, в). На конкретных схемах в программе EWB указывают рядом с ним позиционное обозначение компонента и величину ЭДС, например Е1 = 9 В (см. рис. 1, г).

Рис. 1. Химические источники тока:

_{а — внешний вид; б, в — УГО на принципиальных схемах; г — модельный компонент EWB}

Общие сравнительные характеристики ХИТ таковы.

Солевые МЦ элементы наиболее дешевы, но их энергетические характеристики сильно зависят от скорости разряда, а напряжение существенно меняется за время разряда; срок их годности не превышает 5 лет с момента выпуска.

Щелочные МЦ элементы более стабильны и работоспособны; срок их сохранности (не работы) доходит до 10 лет.

Литиевые элементы имеют еще более высокие показатели по всем перечисленным параметрам.

Щелочные аккумуляторы в отличие от щелочных элементов обладают большей стабильностью рабочего напряжения. «Перезарядка» этих аккумуляторов может быть проведена за время от 16 ч до 1 ч (а для некоторых за 15 мин.). При хранении в разряженном состоянии они длительное время не теряют работоспособности: никель-металлогидридные — до 1 года, а никель-кадмиевые аккумуляторы (НКА) — до 10 лет. Последние пользуются большой популярностью у любителей портативных радиостанций, так как они переносят «ударные» нагрузки при работе в режиме передатчика. Радиолюбители ласково прозывают их «НКАшками». К основным недостаткам НКА относится «эффект памяти», заключающийся в уменьшении его полезной емкости при неполной разрядке. НКА необходимо периодически полностью разряжать.

Никель-металлогидридные аккумуляторы имеют более высокую емкость и значительно меньший «эффект памяти».

Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют более высокое напряжение, чем щелочные, и выпускаются, как правило, в виде батарей из 3 или 6 аккумуляторов, соединенных последовательно и соответственно с напряжением 6 и 12 В. Примером могут служить стартерные батареи для мотоциклов и автомобилей. Жизнь автолюбителей, особенно в зимний период, во многом разнообразится капризами этих батарей, особенно при неряшливой эксплуатации. Эти батареи нашли применение также в источниках бесперебойного питания, системах охраны и сигнализации.

Литий-ионные аккумуляторы имеют самое высокое напряжение среди других ХИТ и наилучшие удельные характеристики. Однако они и дороже, так как обязательно (из-за возможного воспламенения электролита) оснащаются дополнительно устройствами защиты по току и напряжению от перезаряда. Этого недостатка лишены литий-полимерные аккумуляторы, но они имеют повышенное внутреннее сопротивление.

В последние годы появились компоненты, которые являются как бы гибридом ХИТ и конденсатора — ионисторы, они будут рассмотрены далее наряду с другими конденсаторами.

Перспективными являются также так называемые топливные элементы, в которых благодаря каталитической химической реакции генерируется электрическая энергия. Эти элементы для зарядки необходимо доливать, например, метанолом (метиловым спиртом), хотя исследователи с успехом угощали их этанолом, водкой и даже джином…

Резисторы и конденсаторы

Слово «резистор» происходит от английского Resistor, которое в свою очередь заимствовано из латыни: Resistere означает сопротивляться. Однако слова «резистор» и «сопротивление» не являются терминологическими синонимами в электронике, так как термин «резистор» определяет тип компонента, тогда как термин «сопротивление» характеризует только его значение как физической величины, измеряемой в омах. Так что во фразе: «используется резистор сопротивлением 1 Ом» тавтология отсутствует, и это отнюдь не «масло масляное».

О «сопротивлении» чашки чая

С понятием сопротивления вообще каким-то действиям и процессам вначале столкнулись в классической механике. Примечательна в этом смысле дискуссия между известными английскими физиками XIX в. Томсоном и Тэтом, с одной стороны, и Максвеллом, с другой.

В своем физическом трактате Томсон и Тэт утверждали, что «материя имеет врожденную способность сопротивляться внешним воздействиям…» На что Максвелл отреагировал так: «Действительно ли материя имеет какую-нибудь, будь то врожденную или благоприобретенную, способность сопротивляться внешним воздействиям? Разве всякая сила, действующая на тело, не производит то изменение в движении тела, которым определяется значение силы, как таковой? Следует ли обвинять чашку чая в обладании врожденной способностью сопротивляться подслащивающему влиянию сахара потому, что она упорно отказывается сделаться сладкой, если сахар действительно в нее не положен?». Казалось бы «инцидент исперчен», как говорил Маяковский, а точнее, для данного случая, засахарен. Однако известный советский ученый в области радиотехники, теории связи и передачи информации академик А. А. Харкевич, согласившись с первой частью замечаний Максвелла, нашел противоречие в ярком примере с чашкой чая. Ход его рассуждений был таков.

Вводя понятие «сопротивление», мы, в сущности, даем количественное выражение о взаимозависимости двух величин какого-либо явления, причем одна из них выступает как его причина, а другая — как следствие.

В электротехнике причиной выступают ЭДС, а следствием служат токи. Деля количественную меру причины на количественную меру следствия, получают количественную меру электрического сопротивления в омах. Для максвелловской чашки чая явление состоит в том, что чай становится сладким, если в него положить сахар. Количественной мерой причины этого является количество внесенного сахара (грамм). Следствие же состоит в получении сладости и его количественной мерой является концентрация сахара в водном растворе (грамм/см³). Деля, согласно определению, меры причины и следствия, получаем, что «сопротивление чашки чая подслащивающему действию сахара определяется ее объемом. Житейский смысл этого результата не требует комментариев» — заключает свои замечания А. А. Харкевич. Согласимся с ним, и в шутку назовем введенное понятие «кондитерским сопротивлением».

Заметим также, что наряду с электрическим сопротивлением, действуя по аналогии, в различных областях уже введены сопротивления: механические, акустические, гидравлические, магнитные и тепловые.

Вредно-полезные резисторы

Итак, основным электрическим параметром резисторов служит их номинальное сопротивление. Это сопротивление называют также «активным», когда резисторы «трудятся» в цепях переменного тока. Их «активность» — это необратимый перевод электрической энергии во внутреннюю с последующей теплоотдачей в окружающее пространство.

Согласно элементарной электронной теории нагрев металла при протекании по нему электрического тока происходит за счет передачи энергии, получаемой свободными электронами от поля, в столкновениях с кристаллической решеткой. Количественно рассеиваемая на резисторе активная мощность определяется законом Джоуля-Ленца: она прямо пропорциональна величине сопротивления резистора и квадрату протекающего через него тока.

Энергия, приводящая к нагреву проводников, поступает из электромагнитного поля распространяющегося вдоль них в окружающем пространстве. Ее часть, заходящая в глубь проводников, вызывает протекание в нем тока и соответствующие потери мощности. В высокочастотных полях эти токи протекают лишь в тонком поверхностном слое («скин-эффект»). Еще более сложные процессы происходят в СВЧ-полях, о чем будет рассказано дальше в разделе «В радиокухонном диапазоне».