Какая связь между вольтами и амперами в батареях?

Первое, что нужно сказать, это то, что всякий раз, когда вы используете лазерные диоды (или светодиоды, если на то пошло), вам необходимо ограничить ток в устройстве. Вы не можете полагаться на напряжение батареи для производства точно 4,5 В x 2, потому что, если оно производит 4,6 В x 2, вы можете обнаружить, что ток в лазерных диодах (2 последовательно) будет увеличиваться с 50 мА до более 100 мА или намного выше. приводит к разрушению лазерного диода.

Как и светодиоды, лазерные диоды имеют типичное падение напряжения в прямом направлении (4,5 В в вашем случае) при номинальном токе (скажем, 50 мА), а некоторые могут быть только 4,4 В, и если у вас была куча таких диодов, они вполне могли умереть, и вы бы жалеете о потраченных деньгах, поэтому используйте последовательный резистор или активный механизм управления током.

Не видя технического описания, я могу себе представить, что полная выходная мощность лазера 5 мВт достигается при токе около 50 мА и что ваша батарея имеет достаточно внутреннего последовательного сопротивления, чтобы ограничить ток до безопасного уровня.

Если бы пара последовательно соединенных лазеров потребляла 50 мА, то 4 пары потребляли бы 200 мА, и уже батарея PP3 начала бы снижать свое выходное напряжение и затемнять лазеры. Посмотрите на кривую разряда батареи energizer 522 9V:

При нагрузке 200 мА через 2 часа напряжение будет 4,8 В. Можно предположить, что через 40 минут оно составит 7,6 В, что значительно ниже 2 x 4,5 В, необходимых для лазерного диода. Вы можете оценить, что каждую минуту, прошедшую через клемму аккумулятора, напряжение падает на 35 мВ, а через 2 часа это падение составляет 4,2 В, следовательно, на клеммах остается только 4,8 В!!

На самом деле, если бы лазерные диоды были точно на 4,5 В, то через несколько минут напряжения не хватило бы для их активации. И это была батарея, которая использовалась для питания нескольких светодиодов в течение нескольких часов!

Аккумуляторная батарея, состоящая из нескольких батареек 1,5 В, может генерировать гораздо больший ток в течение более длительного периода времени. Тем не менее, если бы я использовал батарейный блок, я бы сделал его на 6 В и имел отдельные резисторы ограничения тока для лазеров, т.е. не подключал последовательно.

Чтобы получить больше от 9-вольтовой батареи (и вы не получите намного больше), вы можете управлять каждой из них отдельно от 9-вольтовой батареи с токоограничивающим резистором. Вам нужно выяснить, каков прямой ток лазера. Я могу предположить, что 50 мА, и это будет означать, что резистор капельницы будет: -

$\dfrac{9V - 4.5V}{50mA} = 90 ohms$

Батарея представляет собой набор ячеек ; напряжение каждой ячейки определяется ее химией плюс небольшой фактор, зависящий от того, насколько она полностью заряжена.

Подача тока ограничена внутренним сопротивлением батареи. Это в основном зависит от площади поверхности электродов ячейки, поэтому для сильноточных приложений неизбежно требуются аккумуляторные батареи большего размера.

Вы можете измерить внутреннее сопротивление батареи, посмотрев, как падает напряжение при увеличении потребляемого тока, а затем применив закон Ома. Это позволит вам ответить (4).

70 диодов, потребляющих по 50 мА каждый, составляют 3,5 ампера, что довольно много. Для такого уровня тока я бы посмотрел на аккумуляторные батареи R / C; «3S» имеют номинальное напряжение 11,1В. Это немного выше номинального напряжения светодиодов, поэтому последовательно с каждой парой лазерных диодов добавьте резистор 47 или 36 Ом мощностью 1/4 Вт .

Идеальная батарея должна иметь выходное напряжение 9 В и поддерживать этот выходной сигнал 9 В с 1, 10, 100 лампами (или лазерными диодами) в течение 1-2-10-1000 часов и навсегда.

К сожалению, в реальном мире аккумуляторы другие.

• каждая батарея поставляется с некоторым последовательным сопротивлением - поэтому, когда вы добавляете все больше и больше ламп (или лазеров), все больше и больше энергии тратится впустую на это последовательное сопротивление, и ваши лампы будут светиться тусклее.

• каждая батарея работает на основе химической реакции, и, поскольку в батарее нет бесконечного источника «топлива», батарея в конечном итоге разряжается. В зависимости от нагрузки, это время разрядки может быть приемлемым (например, устройство открывания гаражных ворот может работать от батареи в течение 2 лет), но иногда неприемлемо быстрым.

Очень сложно найти точные данные о батареях потребительского класса. Эмпирическое правило заключается в том, что батарея 1,5 В AA имеет емкость 1500 мАч. Это очень грубо означает, что он может работать с нагрузкой 1500 мА в течение одного часа (это теория), или может работать с нагрузкой 150 мА в течение 10 часов, или может работать с нагрузкой 15 мА в течение 100 часов.

Потребительские батареи разработаны и оптимизированы для конкретных нагрузок. Например, батарея 9 В оптимизирована для устройств с низким энергопотреблением, таких как транзисторные радиоприемники, и работает лучше всего, если нагрузка составляет 15 мА или меньше. Если вы загрузите его больше, приведенное выше соотношение не будет выполняться. Если вы хотите получить ток 1000 мА, это не произойдет слишком долго.

При выборе батарей обратите внимание на типичный разряд — ваша схема не должна потреблять больше этого, если вы хотите оставаться в безопасной зоне. Затем, в зависимости от вашего целевого времени работы, выберите соответствующий мАч. Например, батарея 9 В может нормально работать до 15 мА, а ее емкость составляет 500 мАч, поэтому вы можете получить 33 часа работы.

Обратите внимание, что лучшие химические вещества дадут гораздо лучший результат. Щелочные, литиевые и т. д. имеют здесь значение, но в батареях потребительского класса очень сложно получить реальные цифры за маркетинговой чушью. Поэтому обычно используются промышленные батареи с литий-ионной или литий-полимерной химией, которые дают вам лучшие результаты и поставляются с прямой и подробной документацией о реальных цифрах.