Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

А. и Б. Стругацкие«Понедельник начинается в субботу»

Электрохимические (гальванические) элементы, с которыми мы экспериментировали в главе 1 , есть источники постоянного напряжения. Определение «постоянное» не означает, что такое напряжение вообще не меняется. Отнюдь— типичный график зависимости напряжения от времени для гальванических элементов разных типов приведен на рис. 2.1 (это так называемые разрядные кривые). Причем зависит оно не только от времени. Отдельные пики на графиках относятся к моментам, когда нагрузка отключалась, при этом напряжение элемента скачкообразно росло, а затем, при подключении ее, снова падало — теперь вы знаете, что это происходит за счет внутреннего сопротивления источника, которое, как видно из графика, само может меняться по мере разряда элемента.

Рис. 2.1. Зависимость напряжения от времени для гальванических элементов различного типа при токе нагрузки 100 мА:

1— литиевый; 2— алкалайновый; 3— марганец-цинковый.

(По данным И. Подушкина , «Радио», № 2, 2004)

Заметки на полях

Этот график, между прочим, хорошо иллюстрирует то положение, что наиболее выгодными по соотношению цена/продолжительность работы являются щелочные («алкалайновые») элементы: обычные марганец-цинковые примерно в два раза дешевле, но имеют в три раза меньший срок службы, а единственное преимущество очень дорогих литиевых — в том, что их напряжение меньше снижается за все время разряда (зато потом быстро падает до нуля).

Итак, постоянное напряжение на деле может быть совсем и не постоянным. Даже для самых лучших источников питания оно обязательно немножко «гуляет» — в зависимости от тока нагрузки и ее характера. Что же тогда называть переменным напряжением? Строгого определения, как ни странно, не существует— часто приводимое в учебниках выражение «напряжение, которое изменяется с течением времени», как видите, прекрасно подходит и к нашим батарейкам, хотя они являются типичными источниками постоянного напряжения. Поэтому мы договоримся переменными называть такие напряжения или токи, которые изменяются во времени, во-первых, периодически, во-вторых, делают это «сами по себе», без влияния со стороны нагрузки.

Замечание

Строго говоря, называть гальванические элементы батарейками неправильно— батареей называют источник, составленный из нескольких отдельных элементов. Но так уж повелось в разговорном языке, да потом не всегда точно известно, является ли данный элемент именно элементом или батареей (например, пальчиковые батарейки АА — это элемент, 9-вольтовая «Крона» — батарея).

Слово «периодически» означает, что, начиная с какого-то момента времени, форма графика такой величины в целом повторяется снова и снова. Время повтора называется периодом переменной величины . Выражение «повторяется в целом» означает, что изменения могут быть, но либо непринципиальные (скажем, за счет наложения шумов), либо период наступления этих изменений много больше периода самого сигнала.

Заметки на полях

Впрочем, и такое определение не будет строгим, — очевидное исключение представляют собой электрические колебания в устройствах для записи и воспроизведения звука, т. к. ни строгой периодичности, ни повторяемости вы там не найдете, если не рассматривать, конечно, звук одиночной струны или камертона. И тем не менее преобразованные в электричество звуковые колебания — типичный пример переменного тока. На чем и успокоимся, поскольку это далеко не единственный случай, когда очевидным вещам невозможно дать строгого определения, скорее наоборот— надо еще сильно поискать в природе нечто такое, что можно было бы однозначно определить, не впадая в очевидные противоречия с реальностью. Специалист как раз и отличается от неспециалиста тем, что всегда понимает, о чем речь.

Как вы хорошо знаете из школьного курса физики, наиболее простым и наглядным примером переменной величины является величина, изменяющаяся во времени по синусоидальному закону. На рис. 2.2 приведен график подобной величины, построенный в условном масштабе. По оси ординат могут быть отложены как напряжение или ток, так и любой другой физический параметр. Отрезок времени Т есть период изменения, а величина А носит название амплитуды и представляет собой максимальное значение нашей переменной в одном периоде (отметим, что для синусоидального закона минимальное значение — в области ниже оси абсцисс — строго равно максимальному).