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什么是压敏电阻?

“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是“在一定电流电压范围内电阻值随电压而变”，或者是说“电阻值对电压敏感”的阻器。相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。 压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。
结构——根据半导体材料的非线性特性制成的。
特性——压敏电阻器的电压与电流不遵守欧姆定律，而成特殊的非线性关系。当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近无穷大，内部几乎无电流流过；当两端所加电压略高于标称额定电压值时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻状态变为低阻状态，工作电流也急剧增大；当两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器又恢复为高阻状态；当两端所加电压超过最大限制电压值时，压敏电阻器将完全击穿损坏，无法再自行恢复。
作用与应用——广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等。

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压敏电阻器的种类及应用类型
压敏电阻器的种类：
1） 按结构分类：
● 结型压敏电阻器——因电阻体与金属电极之间的特殊接触，才具有了非线性特性。
● 体型压敏电阻器——因电阻体本身的半导体性质，才具有了非线性特性。
● 单颗粒层压敏电阻器
● 薄膜压敏电阻器
2）按使用材料分类：
● 氧化锌压敏电阻器
● 碳化硅压敏电阻器
● 金属氧化物压敏电阻器
● 锗（硅）压敏电阻器
● 钛酸钡压敏电阻器
3）按伏安特性分类：
● 对称型压敏电阻器（无极性）
● 非对称型压敏电阻器（有极性）
⑦ 压敏电阻器的主要参数：除标称阻值、额定功率和允许偏差等基本指标外，还有如下指标：
1）标称电压(V)：指通过1mA直流电流时压敏电阻器两端的电压值。
2）电压比：指压敏电阻器的电流为1mA时产生的电压值与压敏电阻器的电流为0.1mA时产生的电压值之比。
3）最大限制电压(V)：指压敏电阻器两端所能承受的最高电压值。
4）残压比：通过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压称为这一电流值的残压。残压比则是残压与标称电压之比。
5）通流容量(kA)：通流容量也称通流量，是指在规定的条件（规定的时间间隔和次数，施加标准的冲击电流）下，允许通过压敏电阻器上的最大脉冲（峰值）电流值。
6）漏电流(mA)：漏电流也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。
7）电压温度系数：指在规定的温度范围（温度为20℃～70℃）内，压敏电阻器标称电压的变化率，即在通过压敏电阻器的电流保持恒定时，温度改变1℃时，压敏电阻器两端电压的相对变化。
8）电流温度系数：指在压敏电阻器的两端电压保持恒定时，温度改变1℃时，流过压敏电阻器电流的相对变化。
9）电压非线性系数：指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。
10）绝缘电阻：指压敏电阻器的引出线(引脚)与电阻体绝缘表面之间的电阻值。
11）静态电容量（PF）：指压敏电阻器本身固有的电容容量。
压敏电阻的应用类型
不同的使用场合，应用压敏电阻的目的，作用在压敏电阻上的电压/电流应力并不相同，　因而对压敏电阻的要求也不相同，注意区分这种差异，对于正确使用是十分重要的。
根据使用目的的不同，可将压敏电阻区分为两大类：①保护用压敏电阻，②电路功能用压敏电阻。
1.保护用压敏电阻
（1） 区分电源保护用，还是信号线，数据线保护用压敏电阻器，它们要满足不同的技术标准的要求。
（2） 根据施加在压敏电阻上的连续工作电压的不同，可将跨电源线用压敏电阻器区分为交流用或直流用两种类型，压敏电阻在这两种电压应力下的老化特性表现不同。
（3） 根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。
★浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。
★高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。
★高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。
压敏电阻器的保护功能，绝大多数应用场合下，是可以多次反复作用的，但有时也将它做成电流保险丝那样的"一次性"保护器件。例如并接在某些电流互感器负载上的带短路接点压敏电阻。
2.电路功能用压敏电阻
压敏电阻主要应用于瞬态过电压保护，但是它的类似于半导体稳压管的伏安特性，还使它具有多种电路元件功能，例如可用作：
（1）直流
高压小电流稳压元件，其稳定电压可高达数千伏以上，这是硅稳压管无法达到的。
（2）电压波动检测元件。
（3）直流电瓶移位元件。
（4）均压元件。
（5）荧光启动元件

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燃料电池的原理,组成结构,优势及分类(燃料电池基础知识)

当今能以工业规模生产的电力有火电、水电、核电等三种。而被誉为第四种电力的燃料电池发电，也正在美、日等发达国家崛起，以急起直追的势头快步进入能以工业规模发电的行列。 燃料电池的工作原理 燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给活物质（起反应的物质）--燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。
具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。
工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。
它通过氢和氧的化学反应产生电能和热能。因为是通过化学反应而产生电能，所以称为“电池”，实际是一种发电装置。
一.燃料电池原理图


二、燃料电池装置的构成

三、燃料电池的类型
碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）——采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。  
磷酸燃料电池（PAFC）——采用200℃高温下的磷酸作为其电解质。
熔融碳酸燃料电池（MCFC）
固态氧燃料电池（SOFC）——采用固态电解质

四，燃料电池的优势
1，洁净、安全的发电装置
从发电厂、工厂，以及汽车等排出的大量各种物质是造成大气污染和地球温暖化的主要原因。而燃料电池可以替代这些正在使用的锅炉和内燃机等。

2，多燃料系统
在地球上，氢绝大多数是以化合物的形式存在。比如：氢氧化合物（水）和碳氢化合物。
可以作为燃料电池原料使用的碳氢化合物主要来源于天然气、液化气、石油和煤炭等化石燃料。
可根据各种燃料电池的用途和条件选择使用最合适的燃料。
3，高效率的发电装置

4，分散型的发电装置
规模最大的可以替代火力发电或核能发电，用于商业发电。不需要庞大的设备，不需要变送电系统；与核能相比，发生事故的危险性较小。可以建在大城市的近郊。
规模稍小的可以建在住宅小区、办公楼、厂区甚至城市的中心地带。可以减少因长距离输送电力而产生的损耗。
面向个人用途的超小型燃料电池可以作为笔记本电脑和移动便携电话的电源。
可组成电能和热能同时利用的“发电及余热利用系统”
由于燃料电池的规模小而更容易利用发电时排出的热量，组成发电及余热利用系统。
由于排出的热量能够有效的用于空调和水的加热等，所以进一步提高了能源的综合利用效率。
现在一直被使用的单纯发电系统，能源效率只有30%~40%。而由燃料电池组成的热电并用系统，可以将能源利用效率提高到70%~80%以上。

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磁珠的特性及在开关电源设计中的应用


   本文主要介绍铁氧体磁珠的特性，并且根据它的特性详细分析和介绍了其在开关电源EMC设计中的重要应用，给出了在电源线滤波器中的实验和测试结果。
　　EMC问题已经成为当今电子设计制造中的热点和难点问题。实际应用中的EMC问题十分复杂，绝不是依靠理论知识就能够解决的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的EMC性这一问题，主要要考虑接地、）电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题。
　　本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源EMC方面的重要性，以求为开关电源产品设计者在设计新产品时提供更多、更好的选择。
　　1 铁氧体电磁干扰抑制元件
　　铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。磁导率μ可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。
　　在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制；并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。
　　在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小 但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
　　铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
　　2 磁珠的原理和特性
　　当电流流过其中心孔中的导线时，便会是磁珠内部产生循环流动的磁道。用于EMI控制的铁氧体配制时，应当可以把大部分磁通作为材料中的热散掉。这个现象可以由一个电感器和一个电阻器的串联组合来模拟。如图2所示
　　两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比，而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响，磁珠长度越长抑制效果越好。
由于信号能量呈磁耦合加到磁珠上，故电感器的电抗与电阻的大小随频率的升高而增大。磁耦合的效率取决于磁珠材料相对于空气的导磁率。通常组成磁珠的铁氧体材料的损耗可以通过其相对于空气的导磁率，表示成一个复数量。
　　磁性材料常常用由此比值 表征出损耗角 。用于EMI抑制元件要求较大的损耗角，这意味着大部分干扰都将被耗散而不被反射。目前出现的各种各样的可用铁氧体材料，为设计人员将磁珠用于不同场合提供了很大的选择余地。
　　3磁珠的应用
　　3.1 尖峰抑制器
　　开关电源最大的缺点就是容易产生噪声和干扰，这是长期困扰开关电源的一个关键的技术问题。开关电源的噪声主要是由开关功率管和开关整流二级管快速变化的高压切换和脉冲短路电流所引起。因此采用有效元件把它们限制到最小程度是抑制噪声的主要方法之一。通常采用非线性饱和电感来抑制反向恢复电流尖峰，此时铁芯的工作状态是从-Bs 到+Bs。根据在开关电源续流二极管上的高磁导率与可饱和性的超小型电感元件—磁珠特性的一致性，开发出用来抑制开关电源开关时产生的峰值电流的尖峰抑制器。
　　尖峰抑制器的性能特点
　　（1） 初始和最大电感值很高，饱和后残余电感值非线性极不明显。串联接入回路后，电流升高瞬间显示出高阻抗，可以作为所谓的瞬间阻抗元件使用。
　　（2） 适用于防止半导体回路中瞬态电流峰值信号、冲击激励电路和由此而伴生的噪声，还可以防止半导体损坏。
　　（3） 剩余电感极小，电路稳定时损耗很小。
　　（4） 与铁氧体制品的性能绝然不同。
　　（5） 只要避免磁饱和，可作为超小型、高电感的电感元件使用。
　　（6） 可以作为低损耗的高性能可饱和铁芯用于控制和产生振荡。
　　尖峰抑制器要求铁芯材料具有较高的磁导率，以得到较大的电感量；高矩形比可使铁芯饱和时，电感量应迅速下降到零；矫顽力小、高频损耗低, 否则铁芯放热不能正常工作。
　　尖峰抑制器用途主要表现在减小电流尖峰信号；降低由于电流峰值信号引起的噪声；防止开关晶体管的损坏；减低开关晶体管的开关损耗；补偿二极管的恢复特性； 防止高频脉冲电流冲击激励。 作为超小型的线路滤波器使用等方面。
　　3.2在滤波器中的应用
　　a)不加磁珠测试结果
　　b)加磁珠测试结果
　　c)L线加磁珠测试结果
　　d) N线加磁珠测试结果
　　普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的，它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源，所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时，就会有一部分能量被反射回信号源，造成干扰电平的增强。为解决这一弊病，可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套，利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗，把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用，所以有时也称之为吸收滤波器。
　　不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。
　　基于以上磁珠原理和特性，应用在开关电源的滤波器中，收效明显。从测试结果便可看到应用磁珠的明显不同。由实验结果看到，由于开关电源电路、结构布局、功率的影响，有时对差模干扰有很好的抑制作用，有时对共模干扰有很好的抑制作用，有时对干扰起不到抑制作用反而会增加噪声干扰。
　　EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通过它的电流值正比于其体积，两者失调造成饱和，降低了元件性能；抑制共模干扰时，将电源的两根线（正负）同时穿过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响，而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理，合理使用它的抑制作用。
　　铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入／输出电路，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器，除了应选用高磁导率的有耗材料外，还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百Ω，因此它在高阻抗电路中的作用并不明显，相反，在低阻抗电路（如功率分配、电源或射频电路）中使用将非常有效。
　　4 结束语
　　由于铁氧体可以衰减较高频同时让较低频几乎无阻碍地通过，故在EMI控制中得到了广泛地应用。用于EMI吸收的磁环/磁珠可制成各种的形状，广泛应用于各种场合。如在PCB板上，可加在DC/DC模块、数据线、电源线等处。它吸收所在线路上高频干扰信号，但却不会在系统中产生新的零极点，不会破坏系统的稳定性。它与电源滤波器配合使用，可很好的补充滤波器高频端性能的不足，改善系统中滤波特性。广大开关电源专业研究人员，应充分发挥技术优势，把磁环、磁珠等铁氧体材料灵活应用到开关电源的开发中去，使其在开关电源设计中发挥更大的作用，以提高产品的EMC性，并且减小体积、降低成本。

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达林顿管的原理及应用
什么是达林顿管

达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。具体接法如下，以两个相同极性的三极管为例，前面为三极管集电极跟后面三极管集电极相接，前面为三极管射极跟后面三极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为达林顿管射极，用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。

　　达林顿管工作原理
　　达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等效于三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。
　　达林顿电路有四种接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN.
　　前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。NPN+NPN的同极性接法：B1为B，C1C2为C，E1B2接在一起，那么E2为E。这里也说一下异极性接法。以NPN+PNP为例。设前一三极管T1的三极为C1B1E1，后一三极管T2的三极为C2B2E2。达林顿管的接法应为：C1B2应接一起，E1C2应接一起。等效三极管CBE的管脚，C=E2,B=B1，E=E1(即C2）。等效三极管极性，与前一三极管相同。即为NPN型。
　　PNP+NPN的接法与此类同。
　　NPN PNP
　　同极型达林顿三极管
　　NPN PNP 等效一只三极管
　　异极型达林顿三极管
　　达林顿管的应用
　　1、用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路。
　　2、驱动小型继电器
　　利用CMOS电路经过达林顿管驱动高灵敏度继电器的电路，如右上图所示。虚线框内是小功率NPN达林顿管FN020。
　　3、驱动LED智能显示屏
　　LED智能显示屏是由微型计算机控制，以LED矩阵板作显示的系统，可用来显示各种文字及图案。该系统中的行驱动器和列驱动器均可采用高β、高速低压降的达林顿管。图2是用BD683(或BD677)型中功率NPN达林顿管作为列驱动器，而用BD682(或BD678)型PNP达林顿管作行驱动器，控制8×8LED矩阵板上相应的行(或列)的像素发光。
　　应注意的是，达林顿管由于内部由多只管子及电阻组成，用万用表测试时，be结的正反向阻值与普通三极管不同。对于高速达林顿管，有些管子的前级be结还反并联一只输入二极管，这时测出be结正反向电阻阻值很接近；容易误判断为坏管，这个请注意
　　4、判断达林顿管等效为何种类型的三极管：
　　首先看看第一只管是什么类型的，第一只管是什么类型的，那么这只达林顿管就是什么类型的，与第二只无关！更加重要的是 要看看这两只管构成的达林顿管能不能正常工作，如果工作电流冲突，则直接否定这只管！！

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达林顿管工作原理及四种组成结构
　　达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，以组成一只等效的新的三极管。这等效于三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。
　　达林顿电路有四种接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN.
　　前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。NPN+NPN的同极性接法：B1为B，C1C2为C，E1B2接在一起，那么E2为E。这里也说一下异极性接法。以NPN+PNP为例。设前一三极管T1的三极为C1B1E1，后一三极管T2的三极为C2B2E2。达林顿管的接法应为：C1B2应接一起，E1C2应接一起。等效三极管CBE的管脚，C=E2,B=B1，E=E1(即C2）。等效三极管极性，与前一三极管相同。即为NPN型。
　　PNP+NPN的接法与此类同。
　　NPN PNP
　　同极型达林顿三极管
　　NPN PNP 等效一只三极管
　　异极型达林顿三极管

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达林顿模块电路的内部结构
实际比较常用的是达林顿模块，它把GTR、续流二极管、辅助电路做到一个模块内。在较早期的功率电子设备中，比较多地使用了这种器件。图1-2是这种器件的内部典型结构。两个二极管左侧是加速二极管，右侧为续流二极管。加速二极管的原理是引进了电流串联正反馈，达到加速的目的。
这种器件的制造水平是1800V/800A/2KHz、600V/3A/100KHz左右（参考）。

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什么叫燃料电池？
所有燃料电池的基本工作原理都是相同的：将氢的化学能转化为电能。人们已经研究出数种不同类型的燃料电池技术。除了PEM、PAFC和SOFC之外，还有碱性燃料电池（AFC）和熔融碳酸盐（MC）燃料电池。PEM燃料电池因其相对较低的工作温度和较高的效率而广泛用于汽车工业中。图3所示为PEM燃料电池的工作方式。

因为一个单电池只能产生不超过1V的电压，所以大多数应用都需要多个电池。由多个象普通电池一样串联而成的燃料电池电堆可以实现更高功率的输出。有些燃料电池电堆包含数千个单体电池，能够产生车辆、商业及工业动力应用所需的高电压和大电流。

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燃料电池测试系统
在研发（R&D）应用中，进行燃料电池测试的目的是确定和优化能量输出的特性，以及延长电堆的使用寿命和鲁棒性。在验证阶段，主要目的是优化设计以备大规模生产，以及在不降低效率的情况下降低电堆的总成本。对于制造应用，监测电堆是为了确保它们符合设计规范。研究、开发或制造燃料电池的科学家及工程师需要各种测量、控制、分析及可视化工具来评估和验证燃料电池技术。
燃料电池测试系统需要精确地监测和控制成百上千次测量，范围从氢燃料的流量、温度、压力和湿度到燃料电池组的输出电压和电流。测试系统必须能够*和控制燃料电池在各种情况下的运行，并准确获得关于实时性能和工作特性等信息。测试系统还必须具有灵活性的数据采集、*及控制的能力，以精确地控制燃料电池的工作和试验。图4所示是Advanced Measurements公司开发的用于固态氧化物燃料电池的测试系统。工程师们不断将新方法应用到他们的测试中，不断寻求可靠、精确及灵活的测试系统来辅助缩短开发周期、提高质量和降低成本，以开发出下一代的燃料电池。

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关于IGBT器件的开通,关闭及开关速度问题
IGBT器件如何开通和关闭，速度是快是慢，其实到如今为止，并没有一个明确结论，最终取决实际应用环境。我这里只结合实际应用情况对一些问题谈谈我的理解，不对之处请指教。
一． 先说开通。谁都知道，理论上开通速度越快，越早进入饱和去，开关损耗越小。收到实际条件所限，开通速度不能做的太快。
栅极杂散电感影响
此电感普遍存在，特别是使用磁耦合的驱动电路尤其明显。它与栅极电容产生谐振，增加Rg，可以缓解此现象。无论是Lgs，还是Rg，都会影响开通速度，增加开关损耗。图1。

实际电路影响
使用合理电路，降低Lgs影响，将Rg选择的很小，是否就解决了问题了呢？还没有，如图2，应用于双管正激的拓扑。

由于变压器漏感Lts、磁复位引线电感Lds的存在，过高的di/dt，将造成过高的Vce（与Cce产生振荡）。这些电感是很难预测的，为了提高性能，从布线上都是不断降低它们。能量的降低使得Vce收到限制。如果不能完全解决此问题，需要增加吸收。如图3吸收的一种。额外增加的电路需要靠近IGBT根部，否则有害无用。吸收的增加增加了损耗，它是否可以抵消由于开通速度的加快造成的影响，需要实际验证。

（单）双管正激是硬开关拓扑中，开通速度最快的一种，对应其它拓扑，比如桥式，情况更加糟糕。对于软开关，尤其是电压软开关，增加开通速度是很好的选择。
二． 再说关闭。关闭速度快慢对IGBT关闭损耗影响不大。
有人说，快速关闭使dv/dt高，会毁坏IGBT。那看什么条件，只有很高dv/dt ，IGBT开关速度跟不上时成立。小了只是负反馈作用，增加驱动上流过的电流而已。由于IGBT、母线上往往有吸收，速度受限。不易产生高dv/dt。真有这么高的dv/dt时，只要驱动电路输出阻抗足够低，并不会毁坏栅极。
再有，笔者十几年从没有见过由于dv/dt过高造成IGBT失效现象，此种只在理论上成立的假设不要再考虑了。
真实原因是：由于IGBT是少子器件，他不能通过关闭门极来达到快速关闭IGBT目的。因此快速关闭对它无用。
三． 再论过流保护
1. 高频变换（不直接接负载）
在设计电路过程中，在IGBT选择上，几乎都会在电流上留有余量，而保护点也往往低于IGBT的额定值。所谓3段式保护只在大于2倍额定电流作用较好。在2倍额定电流保护内最好是直接关闭。不仅反映速度快，而且可以逐个脉冲限流。真要是用它的保护，不仅延时时间长，而且由于关闭损耗大，连续工作要不了多久不坏才怪。
市面上几乎所有的IGBT驱动器都大肆宣扬所谓3段式保护，可惜在实际应用中，除非你是作为负载开关使用，此功能基本无用。即便是作为负载开关，如果没有一定条件限制，保护功能也形同虚设。
因此，除非你设计有缺陷，否则，3段式保护无用。
2. 负载开关
IGBT作为负载开关使用时，过流保护复杂得多。IGBT输出电流取决于门极驱动电压。3段式保护只在大于2倍额定电流作用较好。门极驱动电压太高时，使得短路电流过大，由于存在闩锁现象，栅极关闭不起作用。因此驱动电压不要太高，不要过度追求导通压降。使得3段式过流保护不起作用。一般闩锁现象在输出电流大于5倍额定电流时有可能出现，因此如果想可靠使用3段式过流保护，电流保护点最好小于此点。
但确定栅极电压与短路电流的关系几乎是不可能的。作为负载开关，限制电流上升率是一个非常好的措施，它同时限制了短路时间。使短路保护可以有多种选择，除了3段式保护（本质上是缓关闭），直接快速关闭也可行。
在电流小于2倍额定电流时，采用直接快速关闭的方法更有效。假设400V，100A负载开关，选择300A的IGBT作为负载开关，1uH电感作为电流上升率限制。则：
di/dt=400A/us。
设100A为保护点，电流小于2倍额定电流，则：
允许关闭最大延时（2*300-100）/400=1.25us。此条件不难满足。
即：为满足快速关断条件，IGBT容量选择要足够大，这样换来更大的保护延时，更小的短路抑制电感。换句话说，如果将保护延时设计的很小，也可以降低短路抑制电感，降低IGBT容量。从而提高可靠性。还是上例，如果保护延时达到200ns则：
实际电流关闭点：100+400*0.2=180A。如果不考虑导通损耗，采用100A的IGBT也可以满足使用要求。
直接快速关闭没有大量应用的原因主要是因为驱动器的反应速度不够快。兼顾反应速度和驱动能力的驱动器市场上极少。JD10系列可以在100ns内关闭300A的IGBT，而关闭脚反映时间只有50ns，即便是在隔离驱动的前级关闭，也只有100ns延时，是市场仅见。
三． 说一说驱动负偏压
只要控制制好母线电压瞬态过冲，IGBT负偏压不是必须。选择合理的功率拓扑，比如零流谐振变换器，可以最大限度降低对母线影响。
与MOSFET一样，负偏压可以防止母线过高dv/dt造成门极误导通。笔者说过本人十几年从没有见过由于dv/dt过高造成IGBT失效，主要是指对门极影响。
门极驱动往往是低阻抗负载，尤其是有源驱动器，阻抗很低，抗干扰能力很强。负偏压选择-5V足以，当然选择-15V未尝不可。更高负偏压会增加驱动损耗。

附录：JD10系列MOS、IGBT驱动器主要性能：
 单管大功率MOS或IGBT模块驱动器。
 驱动延时极快：典型开启延时≤200ns，关闭延时≤100ns。
 具有最高可达20A的瞬态驱动能力
 上升下降沿高达50ns
 工作占空比0－100％。
 对输入信号功率无要求。
 内置缓冲结构，对驱动上升沿没有要求。
 静态耗电低。
 输出供电电源与信号电源独立。
 具有关断脚，可以在50ns内快速关断。

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什么叫PTC?PTC是什么?

PTC是Positive Temperature Coefficient 的英文缩写，意思是正的温度系数， 泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

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PTC(热敏电阻)基础知识
什么叫PTC?PTC是什么?
PTC是Positive Temperature Coefficient 的英文缩写，意思是正的温度系数， 泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻，简称PTC热敏电阻。PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

PTC热敏电阻组织结构和功能原理
陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体，而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基，掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的，具有较低的电阻及半导特性。通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的： 在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代，因而得到了一定数量产生导电性的自由电子。对于PTC热敏电阻效应，也就是电阻值阶跃增高的原因，在于材料组织是由许多小的微晶构成的，在晶粒的界面上， 即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒，阻碍电子越界进入到相邻区域中去，因此而产生高的电阻，这种效应在温度低时被抵消： 在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动。 而这种效应在高温时，介电常数和极化强度大幅度地降低，导致势垒及电阻大幅度地增高 ，呈现出强烈的PTC效应。

PTC热敏电阻制造流程
将能够达到电气性能和热性能要求的混合物 (碳酸钡和二氧化钛以及其它的材料) 称量、混合再湿法研磨， 脱水干燥后干压成型制成圆片形、长方形、圆环形、蜂窝状的毛坯。 这些压制好的毛坯在较高的温度下(1400℃左右)烧结成陶瓷，然后上电极使其表面金属化，根据其电阻值分档检测。 按照成品的结构形式钎焊封装或装配外壳，之后进行最后的全面检测。

称量 >> 球磨 >> 预烧结 >> 造粒 >> 成型 >> 烧结 >> 上电极 >> 阻值分选>> 钎焊 >> 封装装配 >> 打标志 >> 耐压检测>> 阻值检测 >> 最终检测 >> 包装 >> 入库


PTC热敏电阻与温度的依赖关系（R-T特性）
电阻-温度特性通常简称阻温特性，指在规定的电压下，PTC热敏电阻零功率电阻与电阻体温度之间的依赖关系。
零功率电阻，是指在某一温度下测量PTC热敏电阻值时，加在PTC热敏电阻上的功耗极低，低到因其功耗引起的PTC热敏电阻的阻值变化可以忽略不计。额定零功率电阻指环境温度25℃条件下测得的零功率电阻值 。

Rmin : 最小电阻
Tmin : Rmin时的温度
RTc : 2倍Rmin
Tc : 居里温度


T25 Tmin Tc T(℃)


表征阻温特性好坏的重要参数是温度系数α，反映的是阻温特性曲线的陡峭程度。温度系数α越大，PTC热敏电阻对温度变化的反应就越灵敏，即PTC效应越显著，其相应的PTC热敏电阻的性能也就越好，使用寿命就越长。PTC热敏电阻的温度系数定义为温度变化导致的电阻的相对变化 。 α = (lgR2-lgR1)/(T2-T1) 一般情况下，T1取Tc+15℃、T2取Tc+25℃来计算温度系数。
电压和电流的关系（V-I特性）
电压-电流特性简称伏安特性， 它展示了PTC热敏电阻在加电气负载达到热平衡的情况下，电压与电流的相互依赖关系。

Ik 在外加电压Vk时的动作电流
Ir 外加电压Vmax时的残余电流
Vmax 最大工作电压
VN 额定电压
VD 击穿电压
PTC热敏电阻的伏安特性大致可分为三个区域：
在0-Vk之间的区域称为线性区，此间的电压和电流的关系基本符合欧姆定律，不产生明显的非线性变化， 也称不动作区。在Vk-Vmax之间的区域称为跃变区，此时由于PTC热敏电阻的自热升温，电阻值产生跃变， 电流随着电压的上升而下降，所以此区也称动作区。在VD以上的区域称为击穿区，此时电流随着电压的上升而上升，PTC热敏电阻的阻值呈指数型下降，于是电压越高，电流越大，PTC热敏电阻的温度越高，阻值反而越低， 很快就导致PTC热敏电阻的热击穿。伏安特性是过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。
电流和时间的关系（I-t特性）
电流-时间特性是指PTC热敏电阻在施加电压的过程中，电流随时间变化的特性。 开始加电瞬间的电流称为起始电流，达到热平衡时的电流称为残余电流。

一定环境温度下，给PTC热敏电阻加一个起始电流(保证是动作电流)， 通过PTC热敏电阻的电流降低到起始电流的50%时经历的时间就是动作时间。电流-时间特性是自动消磁PTC热敏电阻、延时启动PTC热敏电阻、过载保护PTC热敏电阻的重要参考特性。

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什么叫快速二极管
快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的，但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长，约4～5ms，不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等，其反向恢复时间可达10ns。
快速二极管主要包括肖特基二极管和快恢复二极管。肖特基二极管是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小。但目前肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大，用于功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在10～40ns。
肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。
目前快速恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件，高频电路中的限幅、嵌位等。

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手表电池的技术要求及巧用

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电磁阀的原理及分类
　　追朔电磁阀的发展史，到目前为止，国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步童先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。
直动式电磁阀：
　　原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。
　　特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。
如图：

分布直动式电磁阀：
　　原理： 它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。
　　特点： 在零压差或真空、高压时亦能可靠动作，但功率较大，要求必须水平安装。
如图：

先导式电磁阀：
　　原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。
　　特点： 流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。
如图：

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LCD1602 基本参数说明
参数  说明  
驱动芯片 KS0066（兼容HD44780）
背光 黄光 / 蓝光
字色 黑色 / 白色
字库 ASCII码字库（英文，数字，基本符号）
类型 STN
液晶模块尺寸(mm) 80 * 36 * 13.5
LCD1602 接口定义
引脚号 标识 说明
PIN1  GND 接0V
PIN2  VCC 接4.8V-5V
PIN3 V0 对地接电阻470-2K
PIN4 RS RS=0，指令寄存器；RS=1，数据寄存器
PIN5 R/W R/W=0，写；R/W=1，读
PIN6 E 允许信号
PIN7 D0 数据0
PIN8 D1 数据1
PIN9 D2 数据2
PIN10 D3 数据3
PIN11 D4 数据4
PIN12 D5 数据5
PIN13 D6 数据6
PIN14  D7 数据7
PIN15 LED+ 背光正极，接4.8V - 5V
PIN16 LED- 背光负极，接0V

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传感器的定义及组成
　　传感器的概念来自“感觉（sensor）”一词，人们为了研究自然现象，仅仅依靠人的五官获取外界信息是远远不够的，于是发明了能代替或补充人五官功能的传感器，工程上也将传感器称为“变换器”。
　 根据国标（GB7665－87），传感器的定义为：“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。”这一定义所表述的传感器的主要内涵包括：
　　1）从传感器的输入端来看：一个指定的传感器只能感受规定的被测量，即传感器对规定的物理量具有最大的灵敏度和最好的选择性。例如温度传感器只能用于测温，而不希望它同时还受其它物理量的影响。
　　 2）从传感器的输出端来看：传感器的输出信号为“可用信号”，这里所谓的“可用信号”是指便于处理、传输的信号，最常见的是电信号、光信号。可以预料，未来的“可用信号”或许是更先进更实用的其它信号形式。
　　 3）从输入与输出的关系来看：它们之间的关系具有“一定规律”，即传感器的输入与输出不仅是相关的，而且可以用确定的数学模型来描述，也就是具有确定规律的静态特性和动态特性。
　 传感器的基本功能是检测信号和信号转换。传感器总是处于测试系统的最前端，用来获取检测信息，其性能将直接影响整个测试系统，对测量精确度起着决定性作用。传感器的组成按其定义一般由敏感元件、变换元件、信号调理电路三部分组成，有时还需外加辅助电源提供转换能量，如图4.1.1所示。


图中的敏感元件直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为易于转换成电量的其他物理量；再经变换元件转换成电参量（电压、电流、电阻、电感、电容等）；最后信号调理电路将这一电参量转换成易于进一步传输和处理的形式。
　　 当然，不是所有的传感器都有敏感、变换元件之分，有些传感器是将两者合二为一，还有些新型的传感器将敏感元件、变换元件及信号调理电路集成为一个器件。
　　 在机械量（如力、压力、位移、速度等）测量中，常采用弹性元件作为敏感元件。这种弹性元件也叫弹性敏感元件或测量敏感元件，它可以把被测量由一种物理状态变换为所需要的另一种物理状态。

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传感器的常用技术性能指标

由于传感器的类型五花八门，使用要求千差万别，无法列举全面衡量各种传感器质量优劣的统一性能指标，下面给出常用的技术性能指标。

　 （1）关于输入量的性能指标：量程或测量范围、过载能力等；

　 （2）关于静态特性指标：线性度、迟滞、重复性、精度、灵敏度、分辨率、稳定性
和漂移等；

　 （3）关于动态特性指标：固有频率、阻尼比、频率特性、时间常数、上升时间、响
应时间、超调量、稳态误差等；

　 （4）关于可靠性指标：工作寿命、平均无故障时间、故障率、疲劳性能、绝缘、耐
压、耐温等；

　 （5）关于对环境要求指标：工作温度范围、温度漂移、灵敏度漂移系数、抗潮湿、
抗介质腐蚀、抗电磁场干扰能力、抗冲振要求等；

　 （6）关于使用及配接要求：供电方式（直流、交流、频率、波形等）、电压幅度与
稳定度、功耗、安装方式（外形尺寸、重量、结构特点等）、输入阻抗（对被测对象影
响）、输出阻抗（对配接电路要求）等。

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锂电池原理,优点及安全特性的实现
锂离子电池的主要构成
（1）电池盖
（2）正极----活性物质为氧化钴锂
（3）隔膜----一种特殊的复合膜
（4）负极----活性物质为碳
（5）有机电解液
（6）电池壳
锂离子电池的工作原理
大家都已知道，锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样道理，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。

锂离子电池的优点
我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池（Ni/Cd）和镍氢电池（Ni/MH）来讲的。那么，锂离子电池究竟好在哪里呢？
（1）工作电压高
（2）比能量大
（3）循环寿命长
（4）自放电率低
（5）无记忆效应
（6）无污染
以下是镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比：
技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池
工作电压（V）1.21.23.6
重量比能量(Wh/Kg)5065105-140
体积比能量(Wh/l)150200300
充放电寿命(次)5005001000
自放电率（%/月）25-3030-356-9
有无记忆效应有有无
有无污染有无无
（注：充电速率均为1C）

锂离子电池的组装过程
锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。
（1）制浆
用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。
（2）涂膜
将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。
（3）装配
按正极片--隔膜--负极片--隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。
（4）化成
用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。
锂离子电池的安全特性
锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中，所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件。
（1）短路：不起火，不爆炸
（2）过充电：不起火，不爆炸
（3）热箱试验：不起火，不爆炸（150℃恒温10min）
（4）针剌：不爆炸（用Ф3mm钉穿透电池）
（5）平板冲击：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高处砸向电池）
（6）焚烧：不爆炸（煤气火焰烧烤电池）
锂离子电池安全特性是如何实现的？
为了确保锂离子电池安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计，以达到电池安全考核指标。
（1）隔膜135℃自动关断保护
采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，复合膜两侧的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。
（2）向电液中加入添加剂
在电池过充，电池电压高于4.2v的条件下，电液添加剂与电液中其他物质聚合，电池内阻大副增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。
（3）电池盖复合结构
电池盖采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。
（4）各种环境滥用试验
进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。
锂离子电池是一种新型绿色环保电池
“爱护环境，保护地球”是我们每一个人义不容辞的责任。如何把我们的环境理念在行动上反应出来呢？ 作为电池消费者，应该购买、使用新型绿色环保电池；作为电池制造商，应该生产新型绿色环保电池。只有经过大家的共同努力，才能创建、保护我们美丽和谐的自然环境。
新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池（又称光伏发电），也属于这一范畴。

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电池的基本工作原理详解
电池无处不在——在汽车、计算机、笔记本电脑、便携式MP3播放器以及手机中都有它的身影。电池实际上是一个由大量可以生成电子的化学物质组成的装置，生成电子的化学反应称为“电化学反应”。本文从电池的基本工作原理、电池内部发生的实际化学反应以及电池的使用方法
如果你留意一下电池，便会发现它有两个端子。一个端子标记为（+）（正极），另一个端子标记为（-）（负极）。在AA型、C型或D型电池（普通的手电筒电池）中，电池的两端便是端子。在大型的汽车蓄电池中，有两个较重的极柱用作端子。
电子聚集在电池的负极端子，如果在负极端子和正极端子之间连接一根金属线，电子便会从负极端子迅速流向正极端子（并且会瞬间击坏电池——这种情况通常比较危险，尤其对于大型电池更是如此，因此切勿执行此操作）。通常情况下，应使用金属线将某种类型的负载连接到电池，负载可以是灯泡、电动机或类似无线电这样的电路。
　

电池内部的化学反应可生成电子，两个端子之间流动的电子数量取决于此化学反应生成电子的速度（电池的内部电阻）。电子从电池流入金属线，并且必须从负极端子流向正极端子才会发生化学反应。这就是电池在闲置一年以后仍具有大量能量的原因——除非电子从负极端子流向正极端子，否则将不会发生化学反应。当连接金属线后，将开始发生化学反应。
1800年，Alessandro Volta（伏特）发明了第一块电池。为了制作这块电池，他将锌片、用盐水浸泡过的吸墨纸和银片交替堆叠在一起，如图所示：


种结构称为伏打电堆。伏打电堆的顶层和底层必须是不同的金属，如图所示。如果用一根金属线将伏打电堆的顶部和底部连接在一起，便可以从电堆中测量到电压和电流。电堆的高度不受限制，每增加一层都会使电压按固定值递增。
在十八世纪发电机诞生之前（发电机于十八世纪70年代诞生并得到完善），Daniell电池（另有三个别名：因锌电极的典型形状而得名的“Crowfoot电池”，因重力使两种硫酸盐分开而得名的“重力电池”，以及因为使用液体电解质而得名的“湿电池”，它与现代“干电池”正相反）是极为普遍的电报和门铃供电装置。Daniell电池是由铜极板和锌极板以及硫酸铜和硫酸锌组成的湿电池。


要制作Daniell电池，请将铜极板置于玻璃瓶的底部。向铜极板上倒入半瓶硫酸铜溶液。然后将锌极板悬于瓶中（如图所示），并慢慢将硫酸锌溶液倒入瓶中。由于硫酸铜的密度大于硫酸锌，因此硫酸锌将“悬浮于”硫酸铜之上。显而易见，这种方法并不适用于手电筒，但对于固定设备却比较适合。如果你可以使用硫酸锌和硫酸铜，则可以尝试自制一个Daniell电池。

实验
如果要了解用于制作电池的电化学反应，可以轻松地在家进行实验，以尝试不同的组合。要准确地进行这些实验，您需要在当地的电子市场或硬件商店购买一个廉价（10美元至20美元）的伏特-欧姆表。确保伏特-欧姆表可以显示低电压（位于1伏范围内）和低电流（位于5至10毫安范围内）。这样，您便可以确切看到电池发生的反应。
首先，可以使用硬币和纸板自制一个伏打电堆。将盐与水混合在一起（尽量达到饱和），并将纸板浸入盐水中。然后将一美分硬币和五美分硬币交替堆叠在一起，查看电堆生成的电压和电流读数是多少。改变电堆的层数，并查看它对电压的影响。节日尝试交替堆叠一美分硬币和十美分硬币，并查看结果如何。也可以交替堆叠十美分硬币和五美分硬币。还可以尝试使用的其他金属包括铝箔和钢，而每个金属组合都会生成略微不同的电压。

另一个可以尝试的实验需要使用婴儿食品罐（如果你的家里没有婴儿，只需在商场购买几个婴儿食品罐，然后将其中的食品全部倒出即可）、稀酸、金属线和钉子。向罐中倒满柠檬汁或醋（稀酸），然后将一根钉子和一根铜线放入罐中，使其互不接触。可以尝试使用镀锌钉和普通的铁钉。然后将伏特表与钉子和铜线连接在一起，测量电压和电流。将柠檬汁替换为盐水，并使用其他硬币和金属，可以查看其对于电压和电流的影响。
你可以制作的最简单的电池或许称作锌碳电池。通过了解该电池内部发生的化学反应，你可以对电池的基本工作原理有所了解。
假设有一瓶硫酸（H2SO4），将锌棒放入其中后，硫酸会立即将锌棒溶解。随后会看到锌棒上生成了氢气气泡，此时锌棒和硫酸将开始变热。下面介绍了所发生的化学反应：
硫酸分子离解为三个离子：两个H+离子和一个SO4--离子。

锌棒表面上的锌原子失去两个电子（2e-），变为Zn++ 离子。

Zn++离子与SO4--离子结合生成ZnSO4，后者溶解于硫酸。

锌原子失去的电子与硫酸中的氢离子结合生成H2分子（氢气）。因此我们看到锌棒上产生了氢气泡。
如果此时将一根碳棒放入硫酸中，则硫酸与碳棒之间不会发生任何反应。但如果在锌棒与碳棒之间连接一根金属线，则将发生两个变化：
电子流经金属线并与碳棒上的氢结合，因此碳棒上开始产生氢气泡。

热量已经减少。可以使用流经金属线的电子为电灯泡或相似负载供电，并可以测量金属线的电压和电流，而某些热能已转化为电子移动。
而电子很难移动到碳棒，因为它们更容易与碳棒上的氢结合。该电池将产生0.76伏的特征电压。最终，锌棒将完全溶解，或硫酸中的氢离子被耗光，从而使电池“耗尽”。

任何电池的内部均发生相同类型的电化学反应，从而导致电子从一极移动到另一极。电池的电压取决于实际使用的金属和电解液——每个不同的反应都具有一个特征电压。例如，下面介绍了汽车铅酸蓄电池的某个电池单元中发生的电化学反应：
该电池单元有两个极板，一个是铅极板，另一个是二氧化铅极板，两个极板浸泡在强硫酸电解液中。

铅与SO4结合生成PbSO4和一个电子。

二氧化铅、氢离子和SO4离子以及铅极板中的电子在二氧化铅极板上生成PbSO4和水。

电池放电时，两个极板上均生成PbSO4（硫酸铅），而硫酸中生成水。每个电池单元的特征电压大约为2伏，因此六个电池单元组合在一起构成了一个12伏蓄电池。
铅酸蓄电池有一个很好的特性，即反应完全可逆。如果在适当的电压下向电池充电，两个极板上将再次生成铅和二氧化铅，从而可以不断地重复使用蓄电池。在锌碳电池中，由于很难使氢气返回到电解液中，因此很难发生逆向反应。

现代电池使用各种化学物质为反应提供能量。典型的化学电池包括：
锌碳电池——（也称为标准碳电池）所有廉价的AA型、C型和D型干电池均使用锌碳化学物质。电极为锌和碳，两极之间采用酸性糊状液体作为电解液。

碱性电池——用于常见的Duracell（金霸王）和Energizer（劲量）电池，电极为锌和二氧化锰，并使用碱性电解液。

照相机锂电池——照相机中的电池使用锂、碘化锂和碘化铅，因为它们能够提供电涌保护。

铅酸电池——用于汽车，电极为铅和二氧化铅，并使用强酸电解液（可充电）。

镍镉电池——电极为氢氧化镍和镉，并使用氢氧化钾作为电解液（可充电）。

镍金属氢化物电池——此类电池将很快取代镍镉电池，因为前者不存在记忆效应，而后者却存在（可充电）。

锂离子电池——由于具备极佳的功率重量比，因此此类电池通常用于高端笔记本电脑和手机（可充电）。

锌空气电池——此类电池重量轻，并可以充电。

锌汞电池——此类电池通常用于助听器。

锌银电池——由于具备良好的功率重量比，因此此类电池用于航空航天设备。


电池电源和使用方法
电池电源和使用方法
在几乎所有使用电池的设备中，你都不可能一次仅使用一个电池单元。通常需要将电池单元串联在一起形成更高的电压，或将其并联在一起形成更高的电流。使用串联结构可以增加电压。使用并联结构可以增加电流。下图显示了这两种结构：


上面的结构称为“并联”结构。如果假设每个电池单元生成1.5伏电压，则四个并联电池也将生成1.5伏电压，但提供的电流却为单个电池单元的四倍。下面的结构称为“串联”结构。四个电压加在一起将生成6伏电压。

通常情况下，当你购买电池包时，包装上会显示电池的额定电压和额定电流。例如，我的数码相机使用四节镍镉电池，每个电池单元的额定电压为1.25伏，额定电流为500毫安时，额定毫安时表示电池理论上可以在一小时内生成500毫安的电流。您可以将额定的毫安时划分为多种不同的形式，一个500毫安时的电池可以在100小时内生成5毫安电流，在50小时内生成10毫安电流、在20小时内生成25毫安电流，或（在理论上）在1小时内生成500毫安电流，甚至在30分钟内生成1,000毫安电流。但电池并不具备如此高的线性。首先，所有电池都有一个额定的最大电流——一个500毫安时的电池无法在1秒内生成30,000毫安电流，原因是该电池的化学反应无法在如此短的时间内发生，并且在更高的电流强度下，电池会生成大量热量，从而损失了某些能量。此外，在极低的电流强度下，许多化学电池的寿命可能会比预期的寿命长或短。但在通常的使用范围内，可以对额定毫安时进行一定程度的线性划分。使用额定的毫安时，可以粗略估计电池在给定负载下的持续供电时间。
如果将四个1.25伏、500毫安时的电池串联在一起，则最终的电压为5伏(1.25x4)，电流为500毫安时；如果将这四个电池并联在一起，则最终的电压将为1.25伏，电流为2,000（500x4）毫安时。
您是否见过普通9伏电池的内部结构？





制造商警告不要拆卸电池，以免造成人身伤害。此处显示了一个部分拆卸的 9 伏电池。



该电池包含6个非常小的电池，每个电池在串联结构中可以生成1.5伏电压！