В некоторых батареях, например в батарее «Крона ВЦ», элементы имеют форму галеты, поэтому их называют элементами галетного типа. Внешний вид такой батареи и устройство ее элементов изображены на рис. 161. Oтрицательным электродом элемента служит цинковая пластинка, а положительным — поляризационная масса, состоящая из смеси двуокиси марганца и графита, которая обернута тонкой пористой бумагой. Между электродами имеется картонная прокладка. Галету пропитывают электролитом и прочно стягивают тонкой пленкой эластичного пластиката.
Рис. 161. Батарея «Крона ВЦ» и гальванический элемент галетного типа (в увеличенном виде)
При сборке батареи отдельные галеты укладывают в виде столбика и сжимают. При этом края пластиковых пленок плотно прилегают одна к другой, образуя сплошную оболочку столбика, предохраняющую от испарения воды из электролита. В батарее «Крона ВЦ» семь соединенных последовательно элементов, начальное напряжение батареи 9 В.
Справочную таблицу гальванических элементов, наиболее широко используемых радиолюбителями для питания конструкций, ты найдешь в конце книги (см. приложение 4). Поясню основные сведения, касающиеся начальных характеристик и режима разрядки элементов и батарей.
Начальное напряжение Uнач - это напряжение между полюсами свежеизготовленного, не бывшего в употреблении элемента (батареи) при подключении к нему внешней цепи (нагрузки Rн) сопротивлением, указанным в графе «Режим разрядки». Продолжительность работы, выраженная в часах, характеризует время, в течение которого напряжение источника тока, разряжаемого на нагрузку заданного сопротивления, уменьшается до конечного напряжения Uкон. — Например, начальное напряжение элемента 343 при подключении к нему внешней цепи сопротивлением 20 Ом равно 1,4 В. Это напряжение при непрерывной разрядке элемента в течение 12 ч уменьшается до конечного напряжения, соответствующего 0,85 В. Элемент (батарея), напряжение которого снизилось до конечного Uкон, считается разряженным и для дальнейшей эксплуатации непригодным.
По сопротивлению внешней цепи, указанному в графе «Режим разрядки», можно судить о токах элементов и батарей, при которых они наиболее эффективно отдают свои электрические емкости (в ампер-часах) нагрузкам. Например, элемент 343 в внешней цепи сопротивлением 20 Ом создает в ней (по закону Ома) ток, равный: I = 1,55/20 ~= 0,08 А, т. е. 80 мА. Разряжаясь таким током до конечного напряжения, элемент сможет работать непрерывно 12 ч. При подключении нагрузки меньшего сопротивления ток разрядки элемента пропорционально увеличивается, из-за чего длительность его работы уменьшается. Кроме того, при интенсивной разрядке элемент не отдаст всей своей электрической емкости. И наоборот, с увеличением сопротивления нагрузки ток разрядки элемента уменьшается, а длительность непрерывной работы возрастает.
Но приемник или усилитель работает не непрерывно, да и потребляемый им ток даже во время работы не постоянен, а изменяется с частотой и амплитудой усиливаемого сигнала, поэтому и длительность действия питающего его источника постоянного тока практически всегда больше, чем та, что значится в таблице. В предпоследней графе этой таблицы указаны сроки сохранности элементов и батарей. Имей в виду, что к концу этих сроков их напряжения и электроемкость за счет саморазряда снижаются на 15–20 %.
Для питания подавляющего большинства конструируемых тобой транзисторных приемников и измерительных приборов, потребляющих при напряжении 4,5–9 В сравнительно небольшие токи, годятся батареи 3336Л, «Крона ВЦ», а также элементы, которые можно соединять в батареи. Все они вполне подойдут по разрядному току. Надо лишь выбрать те их них, которые обеспечивают нужные напряжения. Но для некоторых конструкций, как, например, туристский радиоузел, переносная радиола, требуются источники питания напряжением до 12 В и, кроме того, позволяющие потреблять от них токи, превышающие допустимые разрядные. В таких случаях приходится прибегать к соединению элементов в соответствующие батареи.
Существует три способа соединения элементов в батареи: последовательное, параллельное и смешанное.
Последовательное соединение элементов в батарею показано на рис. 162, а. Здесь положительный полюс правого элемента — плюс батареи, а отрицательный полюс левого элемента — минус батареи. Именно так соединены элементы батарей 3336Л. При последовательном соединении элементов напряжение батареи равно сумме напряжений всех входящих в нее элементов. Если, например, соединить последовательно три элемента, каждый из которых даст напряжение 1,5 В, то напряжение батареи будет 4,5 В. От такой батареи можно потреблять ток значением не больше, чем может дать каждый в отдельности взятый элемент. Когда нужно получить больший ток, чем может дать один элемент, их соединяют в батарею одноименными полюсами — параллельно, как показано на рис. 162, б. Такая батарея может дать во столько раз больший ток, чем один элемент, сколько элементов соединено в батарею. Если, например, один элемент может отдавать ток 0,1 А, а требуется ток 0,5 А, нужно параллельно соединить пять таких элементов. Напряжение такой батареи равно напряжению одного элемента.
Когда требуется одновременно увеличить и напряжение, и ток, прибегают к смешанному соединению элементов в батарею: элементы сначала соединяют последовательно в группы до требуемого напряжения, а затем эти группы соединяют параллельно (рис. 162, в).
Рис. 162. Соединение элементов в батарею
Возможен и другой способ смешанного соединения элементов: сначала элементы соединяют параллельно по нескольку штук в группы, а потом эти группы соединяют последовательно.
Теперь хочу дать два полезных совета:
1. Никогда не испытывай годность элементов или батарей «на искру». Такие «испытания» даже при кратковременном замыкании источников тока резко снижают их запас энергии!
2. Часто в сухом элементе высыхает электролит и он перестает давать ток. Такой элемент можно «оживить». Для этого в его верхней смоляной заливке просверли два отверстия и через одно из них налей в элемент дистиллированной или дождевой воды. Если стакан цинкового электрода не разъеден и не пропускает воду, в элементе образуется электролит и он снова будет давать ток. Долизать воду можно несколько раз, пока не разрушится цинковый стакан.
Аккумуляторы называют вторичными источниками тока. Это значит, что они не сами вырабатывают ток, как гальванические элементы, а только отдают электрическую энергию, накопленную ими во время зарядки их другим источником постоянного тока. Аккумуляторы допускают многократные зарядки и разрядки, чем они выгодно отличаются от гальванических элементов. Для питания переносной аппаратуры на транзисторах и измерительных приборов наша промышленность выпускает герметичные малогабаритные кадмиево-никелевые аккумуляторы. Они имеют форму диска величиной с двух-трехкопеечную монету и напоминают внешним видом пуговицу. Поэтому, видимо, радиолюбители часто называют их пуговичными аккумуляторами.
Устройство дискового кадмиево-никелевого аккумулятора показано на рис. 163, а. Он собран в стальной никелированной банке, состоящей из двух частей — корпуса 1 и крышки 2. Эти части изолированы эластичной герметизирующей прокладкой 4 и являются контактными выводами полюсов аккумулятора: крышка — отрицательного, сам корпус — положительного. Внутри находятся электроды, разделенные сеткой 7 и пористой изоляционной прокладкой — сепаратором 6. Электроды сжимаются пружиной 3, что придает всей конструкции жесткость. При сборке банку аккумулятора наполняют электролитом.