Bộ tản nhiệt và làm mát. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Ham Radio Technologies

 Bình luận bài viết

В физике, электротехнике и атомной термодинамике есть известный закон - ток, протекающий по проводам, нагревает их. Придумали его Джоуль и Ленц, и оказались правы - так оно и есть. Все, что работает от электричества, так или иначе часть проходящей энергии передает в тепло.

Так уж получилось в электронике, что самым страдающим от тепла объектом нашей окружающей среды является воздух. Именно воздуху нагревающиеся детали передают тепло, а от воздуха требуется принять тепло и куда-нибудь подевать. Потерять, к примеру, или рассеять по себе. Процесс отдачи тепла мы с вами назовем охлаждением.

Наши электронные конструкции тоже рассеивают немало тепла, одни - больше, другие - меньше. Греются стабилизаторы напряжения, греются усилители, греется транзистор, управляющий релюшкой или даже просто мелким светодиодом, разве что греется ну совсем немного. Ладно, если греется немного. Ну а если он жарится так, что руку держать нельзя? Давайте пожалеем его и попробуем как-нибудь ему помочь. Так сказать, облегчить его страдания.

Вспомним устройство батареи отопления. Да, да, та самая обычная батарея, что греет комнату зимой и на которой мы сушим носки и футболки . Чем больше батарея, тем больше тепла будет в комнате, так ведь? По батарее протекает горячая вода, она нагревает батарею. У батареи есть важная вещь - количество секций. Секции контактируют с воздухом, передают ему тепло. Так вот, чем больше секций, то есть чем больше занимаемая площадь батареи, тем больше тепла она может нам отдать. Приварив еще парочку секций, мы сможем сделать теплее нашу комнату. Правда, при этом горячая вода в батарее может остыть, и соседям ничего не останется.

Рассмотрим устройство транзистора.

На медном основании (фланце) 1на подложке 2закреплен кристалл 3. Он подключается к выводам 4. Вся конструкция залита пластмассовым компаундом 5. У фланца есть отверстие 6для установки на радиатор.
Вот это по сути та же самая батарея, посмотрите! Кристалл греется, это как горячая вода. Медный фланец контактирует с воздухом, это секции батареи. Площадь контакта фланца и воздуха - это место нагревания воздуха. Нагревающийся воздух охлаждает кристалл.

Как сделать кристалл холоднее? Устройство транзистора мы изменить не можем, это понятно. Создатели транзистора об этом тоже подумали и для нас, мучеников, оставили единственную дорожку к кристаллу - фланец. Фланец - это как одна-единственная секция у батареи - жарить жарит, а тепла воздуху не передается - маленькая площадь контакта. Вот тут предоставляется простор нашим действиям! Мы можем нарастить фланец, припаять к нему еще "парочку секций", то бишь большую медную пластинку, благо фланец сам медный, или же закрепить фланец на металлической болванке, называемой радиатором. Благо отверстие во фланце приготовлено под болт с гайкой.

Что же такое радиатор? Я твержу уже третий абзац про него, а толком так ничего и не рассказал! Ладно, смотрим:

Как видим, конструкция радиаторов может быть различной, это и пластинки, и ребра, а еще бывают игольчатые радиаторы и разные другие, достаточно зайти в магазин радиодеталей и пробежаться по полке с радиаторами . Радиаторы чаще всего делают из алюминия и его сплавов (силумин и другие). Медные радиаторы лучше, но дороже. Стальные и железные радиаторы применяются только на очень небольшой мощности, 1-5Вт, так как они медленно рассеивают тепло.

Тепло, выделяемое в кристалле, определяется по очень простой формуле P=U*I, где P - выделяемая в кристалле мощность, Вт, U = напряжение на кристалле, В, I - сила тока через кристалл, А. Это тепло проходит через подложку на фланец, где передается радиатору. Далее нагретый радиатор контактирует с воздухом и тепло передается ему, как следующему участнику нашей системы охлаждения.

Посмотрим на полную схему охлаждения транзистора.

У нас появились две штуки - это радиатор 8и прокладка между радиатором и транзистором 7. Ее может и не быть, что и плохо, и хорошо одновременно. Давайте разбираться.

Расскажу о двух важных параметрах - это тепловые сопротивления между кристаллом (или переходом, как его еще называют) и корпусом транзистора - Rпк и между корпусом транзистора и радиатором - Rкр. Первый параметр показывает, насколько хорошо тепло передается от кристалла к фланцу транзистора. Для примера, Rпк, равное 1,5градуса Цельсия на ватт, объясняет, что с увеличением мощности на 1Вт разница температур между фланцем и радиатором будет 1,5градуса. Иными словами, фланец всегда будет холоднее кристалла, а насколько - показывает этот параметр. Чем он меньше, тем лучше тепло передается фланцу. Если мы рассеиваем 10Вт мощности, то фланец будет холоднее кристалла на 1,5*10=15градусов, а если же 100Вт - то на все 150! А поскольку максимальная температура кристалла ограничена (не может же он жариться до белого каления!), фланец надо охлаждать. На эти же 150 градусов.

Ví dụ:

Транзистор рассеивает 25Вт мощности. Его Rпк равно 1,3градуса на ватт. Максимальная температура кристалла 140градусов. Значит, между фланцем и кристаллом будет разница в 1,3*25=32,5градуса. А поскольку кристалл недопустимо нагревать выше 140градусов, от нас требуется поддерживать температуру фланца не горячее, чем 140-32,5=107,5 градусов. Вот так.

А параметр Rкр показывает то же самое, только потери получаются на той самой пресловутой прокладке 7. У нее значение Rкр может быть намного больше, чем Rпк, поэтому, если мы конструируем мощный агрегат, нежелательно ставить транзисторы на прокладки. Но все же иногда приходится. Единственная причина использовать прокладку - если нужно изолировать радиатор от транзистора, ведь фланец электрически соединен со средним выводом корпуса транзистора.

Вот давайте рассмотрим еще один пример. Транзистор жарится на 100Вт. Как обычно, температура кристалла - не более 150градусов. Rпк у него 1градус на ватт, да еще и на прокладке стоит, у которой Rкр 2градуса на ватт. Разница температур между кристаллом и радиатором будет 100*(1+2)=300градусов. Радиатор нужно держать не горячее, чем 150-300 = минус 150 градусов: Да, дорогие мои, это тот самый случай, который спасет только жидкий азот: ужос!

Намного легче живется на радиаторе транзисторам и микросхемам без прокладок. Если их нет, а фланцы чистенькие и гладкие, и радиатор сверкает блеском, да еще и положена теплопроводящая паста, то параметр Rкр настолько мал, что его просто не учитывают.

Разобрались? Поехали дальше!

Охлаждение бывает двух типов - конвекционное и принудительное. Конвекция, если помним школьную физику, это самостоятельное распространение тепла. Так же и конвекционное охлаждение - мы установили радиатор, а он сам там как-нибудь с воздухом разберется. Радиаторы конвекционного типа устанавливаются чаще всего снаружи приборов, как в усилителях, видели? По бокам две металлические пластинчатые штуковины. Изнутри к ним привинчиваются транзисторы. Такие радиаторы нельзя накрывать, закрывать доступ воздуха, иначе радиатору некуда будет девать тепло, он перегреется сам и откажется принимать тепло у транзистора, который долго думать не будет, перегреется тоже и: сами понимаете что будет. Принудительное охлаждение - это когда мы заставляем воздух активнее обдувать радиатор, пробираться по его ребрам, иглам и отверстиям. Тут мы используем вентиляторы, различные каналы воздушного охлаждения и другие способы. Да, кстати, вместо воздуха запросто может быть и вода, и масло, и даже жидкий азот . Мощные генераторные радиолампы частенько охлаждаются проточной водой.

Как распознать радиатор - для конвекционного он или принудительного охлаждения? От этого зависит его эффективность, то есть насколько быстро он сможет остудить горячий кристалл, какой поток тепловой мощности он сможет через себя пропустить.

Смотрим фотографии.

Первый радиатор - для конвекционного охлаждения. Большое расстояние между ребрами обеспечивает свободный поток воздуха и хорошую теплоотдачу. На второй радиатор сверху одевается вентилятор и продувает воздух сквозь ребра. Это принудительное охлаждение. Разумеется, использовать везде можно и те, и те радиаторы, но весь вопрос - в их эффективности.

У радиаторов есть 2 параметра - это его площадь (в квадратных сантиметрах) и коэффициент теплового сопротивления радиатор-среда Rрс (в Ваттах на градус Цельсия). Площадь считается как сумма площадей всех его элементов: площадь основания с обеих сторон + площадь пластин с обеих сторон. Площадь торцов основания не учитывается, так там квадратных сантиметров ну совсем немного будет .

Ví dụ:

радиатор из примера выше для конвекционного охлаждения.
Размеры основания: 70х80мм
Размер ребра: 30х80мм
Кол-во ребер: 8
Площадь основания: 2х7х8=112кв.см
Площадь ребра: 2х3х8=48кв.см.
Общая площадь: 112+8х48=496кв.см.

Коэффициент теплового сопротивления радиатор-среда Rрс показывает, на сколько увеличится температура выходящего с радиатора воздуха при увеличении мощности на 1Вт. Для примера, Rрс, равное 0,5 градуса Цельсия на Ватт, говорит нам, что температура увеличится на полградуса при нагреве на 1Вт. Этот параметр считается трехэтажными формулами и нашим кошачьим умам ну никак не под силу: Rрс, как и любое тепловое сопротивление в нашей системе, чем меньше, тем лучше. А уменьшить его можно по-разному - для этого радиаторы чернят химическим путем (например алюминий хорошо затемняется в хлорном железе - не экспериментируйте дома, выделяется хлор!), еще есть эффект ориентировать радиатор в воздухе для лучшего прохождения его вдоль пластин (вертикальный радиатор лучше охлаждается, чем лежачий). Не рекомендуется красить радиатор краской: краска - лишнее тепловое сопротивление. Если только слегка, чтобы темненько было, но не толстым слоем!

В приложении есть небольшая chương trình, в которой можно посчитать примерную площадь радиатора для какой-нибудь микросхемы или транзистора. С помощью него давайте рассчитаем радиатор для какого-нибудь блока питания.

Схема блока питания.

Блок питания выдает на выходе 12Вольт при токе 1А. Такой же ток протекает через транзистор. На входе транзистора 18Вольт, на выходе 12Вольт, значит, на нем падает напряжение 18-12=6Вольт. С кристалла транзистора рассеивается мощность 6В*1А=6Вт. Максимальная температура кристалла у 2SC2335 150градусов. Давайте не будем эксплуатировать его на предельных режимах, выберем температуру поменьше, для примера, 120градусов. Тепловое сопротивление переход-корпус Rпк у этого транзистора 1,5градуса Цельсия на ватт.

Поскольку фланец транзистора соединен с коллектором, давайте обеспечим электрическую изоляцию радиатора. Для этого между транзистором и радиатором положим изолирующую прокладку из теплопроводящей резины. Тепловое сопротивление прокладки 2градуса Цельсия на ватт.

Для хорошего теплового контакта капнем немного силиконового масла ПМС-200. Это густое масло с максимальной температурой +180градусов, оно заполнит воздушные промежутки, которые обязательно образуются из-за неровности фланца и радиатора и улучшит передачу тепла. Многие используют пасту КПТ-8, но и многие считают ее не самым лучшим проводником тепла.

Радиатор выведем на заднюю стенку блока питания, где он будет охлаждаться комнатным воздухом +25градусов.

Все эти значения подставим в программку и посчитаем площадь радиатора. Полученная площадь 113кв.см - это площадь радиатора, рассчитанная на длительную работу блока питания в режиме полной мощности - дольше 10часов. Если нам не нужно столько времени гонять блок питания, можно обойтись радиатором поменьше, но помассивнее. А если мы установим радиатор внутри блока питания, то отпадает необходимость в изолирующей прокладке, без нее радиатор можно уменьшить до 100кв.см.

А вообще, дорогие мои, запас карман не тянет, все согласны? Давайте думать о запасе, чтобы он был и в площади радиатора, и в предельных температурах транзисторов. Ведь ремонтировать аппараты и менять пережаренные транзисторы придется не кому-нибудь, а вам самим! Помните об этом! Удачи.

Xuất bản: radiokot.ru

Xem các bài viết khác razdela Ham Radio Technologies.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Máy tỉa hoa trong vườn 02.05.2024

Trong nền nông nghiệp hiện đại, tiến bộ công nghệ đang phát triển nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình chăm sóc cây trồng. Máy tỉa thưa hoa Florix cải tiến đã được giới thiệu tại Ý, được thiết kế để tối ưu hóa giai đoạn thu hoạch. Công cụ này được trang bị cánh tay di động, cho phép nó dễ dàng thích ứng với nhu cầu của khu vườn. Người vận hành có thể điều chỉnh tốc độ của các dây mỏng bằng cách điều khiển chúng từ cabin máy kéo bằng cần điều khiển. Cách tiếp cận này làm tăng đáng kể hiệu quả của quá trình tỉa thưa hoa, mang lại khả năng điều chỉnh riêng cho từng điều kiện cụ thể của khu vườn, cũng như sự đa dạng và loại trái cây được trồng trong đó. Sau hai năm thử nghiệm máy Florix trên nhiều loại trái cây khác nhau, kết quả rất đáng khích lệ. Những nông dân như Filiberto Montanari, người đã sử dụng máy Florix trong vài năm, đã báo cáo rằng thời gian và công sức cần thiết để tỉa hoa đã giảm đáng kể. ... >>

Kính hiển vi hồng ngoại tiên tiến 02.05.2024

Kính hiển vi đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, cho phép các nhà khoa học đi sâu vào các cấu trúc và quá trình mà mắt thường không nhìn thấy được. Tuy nhiên, các phương pháp kính hiển vi khác nhau đều có những hạn chế, trong đó có hạn chế về độ phân giải khi sử dụng dải hồng ngoại. Nhưng những thành tựu mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản tại Đại học Tokyo đã mở ra những triển vọng mới cho việc nghiên cứu thế giới vi mô. Các nhà khoa học từ Đại học Tokyo vừa công bố một loại kính hiển vi mới sẽ cách mạng hóa khả năng của kính hiển vi hồng ngoại. Thiết bị tiên tiến này cho phép bạn nhìn thấy cấu trúc bên trong của vi khuẩn sống với độ rõ nét đáng kinh ngạc ở quy mô nanomet. Thông thường, kính hiển vi hồng ngoại trung bị hạn chế bởi độ phân giải thấp, nhưng sự phát triển mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã khắc phục được những hạn chế này. Theo các nhà khoa học, kính hiển vi được phát triển cho phép tạo ra hình ảnh có độ phân giải lên tới 120 nanomet, cao gấp 30 lần độ phân giải của kính hiển vi truyền thống. ... >>

Bẫy không khí cho côn trùng 01.05.2024

Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế và kiểm soát dịch hại là một phần không thể thiếu trong quá trình này. Một nhóm các nhà khoa học từ Viện nghiên cứu khoai tây trung tâm-Hội đồng nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ (ICAR-CPRI), Shimla, đã đưa ra một giải pháp sáng tạo cho vấn đề này - bẫy không khí côn trùng chạy bằng năng lượng gió. Thiết bị này giải quyết những thiếu sót của các phương pháp kiểm soát sinh vật gây hại truyền thống bằng cách cung cấp dữ liệu về số lượng côn trùng theo thời gian thực. Bẫy được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng năng lượng gió, khiến nó trở thành một giải pháp thân thiện với môi trường và không cần điện. Thiết kế độc đáo của nó cho phép giám sát cả côn trùng có hại và có ích, cung cấp cái nhìn tổng quan đầy đủ về quần thể ở bất kỳ khu vực nông nghiệp nào. Kapil cho biết: “Bằng cách đánh giá các loài gây hại mục tiêu vào đúng thời điểm, chúng tôi có thể thực hiện các biện pháp cần thiết để kiểm soát cả sâu bệnh và dịch bệnh”. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ Đã tìm thấy dấu ấn sinh học tuổi thọ 22.12.2021 Các nhà khoa học Mỹ đã phát hiện ra rằng tốc độ tích tụ các đột biến gen có thể dự đoán một người sẽ sống được bao nhiêu năm. Ở phụ nữ, phương pháp này cũng cho phép bạn dự đoán thời kỳ sinh nở. Từ lâu, người ta đã biết rằng tổn thương DNA xảy ra liên tục trong suốt cuộc đời, nhưng cơ thể có các cơ chế sửa chữa để ngăn chặn sự tích tụ của các đột biến có hại. Theo thời gian, các cơ chế này trở nên kém hiệu quả hơn, vì vậy, ví dụ, các bậc cha mẹ lớn tuổi có xu hướng truyền nhiều đột biến di truyền hơn cho con cái của họ thông qua dòng mầm - trứng và tinh trùng. Các nhà sinh vật học từ Đại học Utah và Đại học Louisville đã gợi ý rằng tốc độ một người có được đột biến DNA có thể đóng vai trò là dấu hiệu sinh học của sự lão hóa và có thể dự đoán tuổi thọ ngay cả ở những người trẻ tuổi, cũng như khả năng sinh sản ở phụ nữ. Cơ sở cho nghiên cứu là cơ sở dữ liệu của Trung tâm Nghiên cứu Đa hình người, một viện nghiên cứu di truyền quốc tế ở Paris, đóng vai trò quan trọng trong nhiều nghiên cứu lớn góp phần vào sự hiểu biết hiện đại về di truyền học của con người. Mẫu bao gồm 41 gia đình, mỗi gia đình ba thế hệ. Các tác giả đã phân tích trình tự ADN huyết thống trong các trường hợp sinh ba của 61 cặp ông bà thuộc thế hệ thứ nhất và một trong những người con của họ. Vì vậy, họ so sánh các đột biến được tìm thấy trong DNA của các đại diện của cả hai thế hệ và có thể xác định số lượng mỗi thế hệ cha mẹ của họ đã tích lũy trong trứng hoặc tinh trùng vào thời điểm thụ thai của đứa trẻ, sau đó tính toán số lượng đột biến và tỷ lệ tích lũy của chúng cho thế hệ thứ hai. Vì nghiên cứu này là hồi cứu, các nhà khoa học đã có thể so sánh tuổi thọ với số lượng đột biến tích lũy không chỉ đối với những người lớn tuổi mà còn đối với thế hệ trung lưu.

Tin tức thú vị khác:

▪ Theo quan điểm của một con chó

▪ Vải lanh đầu tiên

▪ Cờ vua châu Âu cũ hơn

▪ Thuốc giảm đau mới mạnh hơn morphin và không gây nghiện

▪ lông vụn

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần An toàn lao động trên công trường. Lựa chọn các bài viết

▪ điều luật hải quan. Ghi chú bài giảng

▪ Hồi giáo phát sinh như thế nào, đặc điểm chính của nó là gì? Câu trả lời chi tiết

▪ Bài báo Thợ máy xe máy. Mô tả công việc

▪ bài viết Bộ lặp - phần đính kèm tìm hướng vào đài phát thanh trong băng tần 27 MHz. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài Đường dây trên không có điện áp trên 1 kV. Giao cắt và tiếp cận đường dây trên cao với đường cao tốc. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web

www.diagram.com.ua
2000-2024