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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Radiateurs et refroidissement. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radio-amateur Technologies Il existe une loi bien connue en physique, en génie électrique et en thermodynamique atomique - le courant qui traverse les fils les réchauffe. Joule et Lenz l'ont trouvé, et ils se sont avérés avoir raison - comme c'est le cas. Tout ce qui fonctionne à l'électricité, d'une manière ou d'une autre, une partie de l'énergie qui passe se transforme en chaleur. Il se trouve que dans l'électronique, l'objet le plus thermiquement affecté dans notre environnement est l'air. C'est à l'air que les pièces chauffantes transfèrent la chaleur, et de l'air, il est nécessaire de recevoir de la chaleur et de la mettre quelque part. Perdez, par exemple, ou dispersez-vous par vous-même. Nous appelons le processus de refroidissement par transfert de chaleur. Nos conceptions électroniques dissipent également beaucoup de chaleur, certaines plus que d'autres. Les stabilisateurs de tension sont chauffés, les amplificateurs sont chauffés, le transistor qui commande le relais ou même juste une petite LED est chauffé, sauf qu'il chauffe pas mal. D'accord, s'il fait un peu chaud. Eh bien, s'il est frit pour que vous ne puissiez pas vous tenir la main? Ayons pitié de lui et essayons de l'aider d'une manière ou d'une autre. Pour ainsi dire, pour alléger ses souffrances. Rappel du dispositif de la batterie chauffante. Oui, oui, la même batterie ordinaire qui chauffe la pièce en hiver et sur laquelle on sèche chaussettes et tee-shirts. Plus la batterie est grande, plus il y aura de chaleur dans la pièce, n'est-ce pas ? L'eau chaude circule dans la batterie, elle chauffe la batterie. La batterie a une chose importante - le nombre de sections. Les sections sont en contact avec l'air, lui transférant de la chaleur. Ainsi, plus il y a de sections, c'est-à-dire plus la surface occupée par la batterie est grande, plus elle peut nous donner de chaleur. En soudant quelques sections supplémentaires, nous pouvons rendre notre pièce plus chaude. Certes, en même temps, l'eau chaude de la batterie peut se refroidir et il ne restera plus rien pour les voisins. Considérez le dispositif à transistor.
Sur une base en cuivre (bride) 1sur un substrat 2cristal fixe 3. Il se connecte aux sorties 4. Toute la structure est remplie de composé plastique 5. La bride a un trou 6pour installation sur radiateur.
Comment rendre un cristal plus froid ? On ne peut pas changer le dispositif du transistor, c'est compréhensible. Les créateurs du transistor y ont également pensé, et pour nous, les martyrs, ils ont laissé le seul chemin vers le cristal - la bride. Une bride est comme une seule section d'une batterie - la friture est la friture, mais la chaleur n'est pas transférée à l'air - une petite zone de contact. C'est là que se donne le périmètre de nos actions ! Nous pouvons construire la bride, y souder quelques sections supplémentaires, c'est-à-dire une grande plaque de cuivre, puisque la bride elle-même est en cuivre, ou fixer la bride sur une ébauche métallique appelée radiateur. Heureusement, le trou dans la bride est préparé pour un boulon avec un écrou. Qu'est-ce qu'un radiateur ? J'ai répété pour le troisième paragraphe à son sujet, mais je n'ai vraiment rien dit! Bon, voyons :
Comme vous pouvez le voir, la conception des radiateurs peut être différente, ce sont des plaques et des ailettes, et il y a aussi des radiateurs en forme d'aiguille et divers autres, il suffit d'aller au magasin de pièces radio et de passer par-dessus l'étagère avec des radiateurs. Les radiateurs sont le plus souvent en aluminium et ses alliages (silumin et autres). Les radiateurs en cuivre sont meilleurs, mais plus chers. Les radiateurs en acier et en fer ne sont utilisés qu'à très faible puissance, 1-5W, car ils dissipent lentement la chaleur. La chaleur dégagée dans un cristal est déterminée par une formule très simple P = U * I, où P est la puissance dissipée dans le cristal, W, U = tension sur le cristal, V, I est le courant traversant le cristal, A. Cette chaleur traverse le substrat jusqu'à la bride, où elle est transférée au radiateur. De plus, le radiateur chauffé entre en contact avec l'air et la chaleur lui est transférée, en tant que prochain participant à notre système de refroidissement. Regardons le circuit de refroidissement complet du transistor.
Nous avons deux pièces - c'est un radiateur 8et un joint entre le radiateur et le transistor 7. Ce n'est peut-être pas le cas, ce qui est à la fois mauvais et bon. Essayons de comprendre. Je vais vous parler de deux paramètres importants - ce sont les résistances thermiques entre le cristal (ou la jonction, comme on l'appelle aussi) et le boîtier du transistor - Rpc et entre le boîtier du transistor et le radiateur - Rcr. Le premier paramètre indique dans quelle mesure la chaleur est transférée du cristal à la bride du transistor. Par exemple, Rpc, égal à 1,5 degrés Celsius par watt, explique qu'avec une augmentation de puissance de 1 W, la différence de température entre la bride et le radiateur sera de 1,5 degrés. En d'autres termes, la bride sera toujours plus froide que le cristal, et ce paramètre indique de combien. Plus il est petit, mieux la chaleur est transmise à la bride. Si nous dissipons 10W de puissance, alors la bride sera plus froide que le cristal de 1,5 * 10 = 15 degrés, et si 100W, alors en tout 150 ! Et comme la température maximale du cristal est limitée (il ne peut pas être frit à blanc !), la bride doit être refroidie. Au même 150 degrés. Par exemple: Le transistor dissipe 25W de puissance. Son Rpc est de 1,3 degrés par watt. La température maximale du cristal est de 140 degrés. Cela signifie qu'il y aura une différence de 1,3 * 25 = 32,5 degrés entre la bride et le cristal. Et puisque le cristal ne peut pas être chauffé au-dessus de 140 degrés, nous sommes tenus de maintenir la température de la bride pas plus chaude que 140-32,5 = 107,5 degrés. Comme ça. Et le paramètre Rcr montre la même chose, seules les pertes sont obtenues sur le même joint notoire 7. Sa valeur Rcr peut être beaucoup plus grande que Rpc, donc, si nous concevons une unité puissante, il n'est pas souhaitable de mettre des transistors sur des joints. Mais quand même, il faut parfois le faire. La seule raison d'utiliser une entretoise est si vous avez besoin d'isoler le dissipateur thermique du transistor, car la bride est connectée électriquement à la borne centrale du boîtier du transistor. Regardons un autre exemple ici. Le transistor est frit à 100W. Comme d'habitude, la température du cristal ne dépasse pas 150 degrés. Rpk, il a 1 degré par watt, et même sur le joint, qui a Rkr 2 degrés par watt. La différence de température entre le cristal et le radiateur sera de 100*(1+2)=300 degrés. Le radiateur ne doit pas être maintenu à plus de 150-300 = moins 150 degrés : Oui, mes chers, c'est le cas même que seul l'azote liquide sauvera : horreur ! Il est beaucoup plus facile de vivre sur un radiateur pour transistors et microcircuits sans joints. S'il n'y en a pas, et que les brides sont propres et lisses, et que le radiateur scintille de brillance, et même de la pâte thermoconductrice est mise, alors le paramètre Rcr est si petit qu'il n'est tout simplement pas pris en compte. J'ai compris? Allons plus loin ! Il existe deux types de refroidissement - convection et forcée. La convection, si l'on se souvient de la physique scolaire, est la distribution indépendante de la chaleur. Il en va de même pour le refroidissement par convection - nous avons installé un radiateur, et lui-même va en quelque sorte trier l'air là-bas. Les radiateurs de type convection sont le plus souvent installés à l'extérieur des appareils, comme dans les amplificateurs, vous avez vu ? Sur les côtés se trouvent deux gadgets en plaque de métal. De l'intérieur, des transistors leur sont vissés. De tels radiateurs ne peuvent pas être couverts, l'accès à l'air est fermé, sinon le radiateur n'aura nulle part où mettre la chaleur, il se surchauffera et refusera de recevoir la chaleur du transistor, qui ne réfléchira pas longtemps, il surchauffera également et: vous comprenez vous-même ce qui va arriver. Le refroidissement forcé consiste à forcer l'air à souffler plus activement autour du radiateur, en se frayant un chemin le long de ses nervures, aiguilles et trous. Ici, nous utilisons des ventilateurs, divers canaux de refroidissement par air et d'autres méthodes. Oui, au fait, au lieu de l'air, il peut facilement s'agir d'eau, d'huile et même d'azote liquide. Les tubes générateurs puissants sont souvent refroidis par de l'eau courante. Comment reconnaître un radiateur - est-ce pour la convection ou le refroidissement forcé ? Son efficacité en dépend, c'est-à-dire la rapidité avec laquelle il peut refroidir le cristal chaud, le flux de puissance thermique qu'il peut traverser lui-même. Nous regardons les photos.
Le premier radiateur est destiné au refroidissement par convection. Le grand espacement des ailettes assure une circulation d'air libre et une bonne dissipation de la chaleur. Un ventilateur est placé au-dessus du deuxième radiateur et souffle de l'air à travers les ailettes. C'est le refroidissement forcé. Bien sûr, vous pouvez utiliser ces radiateurs partout, mais toute la question est leur efficacité. Les radiateurs ont 2 paramètres - c'est sa superficie (en centimètres carrés) et le coefficient de résistance thermique de l'environnement du radiateur Rrs (en Watts par degré Celsius). L'aire est calculée comme la somme des aires de tous ses éléments : l'aire de la base des deux côtés + l'aire des plaques des deux côtés. La surface des extrémités de la base n'est pas prise en compte, il y aura donc très peu de centimètres carrés. Exemple: le radiateur de l'exemple ci-dessus pour le refroidissement par convection.
Le coefficient de résistance thermique radiateur-environnement Rpc indique de combien la température de l'air sortant du radiateur augmentera avec une augmentation de puissance de 1W. Par exemple, un Rpc de 0,5 degrés Celsius par watt nous indique que la température augmentera d'un demi-degré pour 1W de chaleur. Ce paramètre est considéré comme des formules à trois étages et nos esprits félins ne sont en aucun cas dans la puissance : Rpc, comme toute résistance thermique dans notre système, plus elle est petite, mieux c'est. Et vous pouvez le réduire de différentes manières - pour cela, les radiateurs sont noircis chimiquement (par exemple, l'aluminium s'assombrit bien dans le chlorure ferrique - n'expérimentez pas à la maison, du chlore est libéré !), Il y a aussi l'effet d'orienter le radiateur dans le air pour un meilleur passage le long des plaques (le radiateur vertical refroidit mieux que le couché). Il n'est pas recommandé de peindre le radiateur avec de la peinture : la peinture est un excès de résistance thermique. Ne serait-ce que légèrement, de sorte qu'il faisait sombre, mais pas une couche épaisse! L'application contient un petit programme, dans lequel vous pouvez calculer la surface approximative du radiateur pour un microcircuit ou un transistor. Avec lui, calculons le radiateur pour une alimentation électrique. Circuit d'alimentation.
L'alimentation délivre 12 volts à un courant de 1A. Le même courant traverse le transistor. À l'entrée du transistor est 18V, à la sortie est 12V, ce qui signifie qu'une tension de 18-12 \u6d 6V tombe dessus. La puissance dissipée par le cristal du transistor est de 1V * 6A \u2d 2335W. La température maximale du cristal pour 150SC120 est de 1,5 degrés. Ne l'utilisons pas dans des conditions extrêmes, choisissons une température plus basse, par exemple XNUMX degrés. La résistance thermique du boîtier de jonction Rpc pour ce transistor est de XNUMX degrés Celsius par watt. Puisque la bride du transistor est connectée au collecteur, assurons l'isolation électrique du dissipateur thermique. Pour ce faire, on place un joint isolant en caoutchouc thermoconducteur entre le transistor et le radiateur. La résistance thermique du joint est de 2 degrés Celsius par watt. Pour un bon contact thermique, déposons un peu d'huile de silicone PMS-200. Il s'agit d'une huile épaisse avec une température maximale de +180 degrés, elle comblera les vides d'air qui se forment nécessairement en raison des irrégularités de la bride et du radiateur et améliorera le transfert de chaleur. Beaucoup utilisent la pâte KPT-8, mais beaucoup ne la considèrent pas comme le meilleur conducteur de chaleur. Nous amènerons le radiateur sur le mur arrière de l'alimentation, où il sera refroidi par l'air ambiant + 25 degrés. Nous remplacerons toutes ces valeurs dans le programme et calculerons la surface du radiateur. La surface résultante de 113 cm² est la surface du radiateur, conçue pour un fonctionnement à long terme de l'alimentation en mode pleine puissance - plus de 10 heures. Si nous n'avons pas besoin d'autant de temps pour piloter l'alimentation, nous pouvons nous débrouiller avec un radiateur plus petit mais plus massif. Et si nous installons un radiateur à l'intérieur de l'alimentation, il n'y a pas besoin de joint isolant, sans quoi le radiateur peut être réduit à 100 cm². En général, mes chers, le stock ne tire pas la poche, êtes-vous tous d'accord ? Pensons à la marge, pour qu'elle soit à la fois dans la zone du radiateur et dans les températures limites des transistors. Après tout, pas n'importe qui, mais vous-même devrez réparer des appareils et changer des transistors trop cuits! Rappelez-vous ceci! Bonne chance. Publication : radiokot.ru
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