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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Radiadores y refrigeración. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnologías de radioaficionados Existe una ley bien conocida en física, ingeniería eléctrica y termodinámica atómica: la corriente que fluye a través de los cables los calienta. A Joule y Lenz se les ocurrió, y resultó que tenían razón, tal como es. Todo lo que funciona con electricidad, de una forma u otra, parte de la energía que pasa se transfiere en calor. Sucede que en la electrónica el objeto más afectado por el calor en nuestro entorno es el aire. Son las partes calefactoras las que transfieren calor al aire, y se requiere tomar calor del aire y colocarlo en algún lugar. Pierde, por ejemplo, o esparce por tu cuenta. Llamamos al proceso de enfriamiento por transferencia de calor. Nuestros diseños electrónicos también disipan mucho calor, algunos más que otros. Los estabilizadores de voltaje se calientan, los amplificadores se calientan, el transistor que controla el relé o incluso solo un pequeño LED se calienta, excepto que se calienta bastante. Está bien, si hace un poco de calor. Bueno, ¿si está frito para que no puedas sostener tu mano? Tengamos piedad de él y tratemos de ayudarlo de alguna manera. Por así decirlo, para aliviar su sufrimiento. Recordemos el dispositivo de la batería de calefacción. Sí, sí, la misma batería ordinaria que calienta la habitación en invierno y sobre la que secamos calcetines y camisetas. Cuanto más grande sea la batería, más calor habrá en la habitación, ¿verdad? El agua caliente fluye a través de la batería, calienta la batería. La batería tiene algo importante: el número de secciones. Las secciones están en contacto con el aire y le transfieren calor. Así que cuantas más secciones, es decir, cuanto mayor sea el área que ocupa la batería, más calor nos puede dar. Al soldar un par de secciones más, podemos hacer que nuestra habitación sea más cálida. Es cierto que, al mismo tiempo, el agua caliente de la batería puede enfriarse y no quedará nada para los vecinos. Considere el dispositivo transistor.
Sobre una base de cobre (brida) 1sobre un sustrato 2cristal fijo 3. Se conecta a las salidas 4. Toda la estructura está llena de compuesto plástico. 5. La brida tiene un agujero. 6para instalar en un radiador.
¿Cómo hacer un cristal más frío? No podemos cambiar el dispositivo del transistor, esto es comprensible. Los creadores del transistor también pensaron en esto, y para nosotros, los mártires, dejaron el único camino hacia el cristal: la brida. Una brida es como una sola sección de una batería: freír es freír, pero el calor no se transfiere al aire: un área de contacto pequeña. ¡Aquí es donde se da el alcance de nuestras acciones! Podemos construir la brida, soldarle un par de secciones más, es decir, una placa de cobre grande, ya que la brida en sí es de cobre, o fijar la brida en una pieza de metal llamada radiador. Afortunadamente, el orificio de la brida está preparado para un perno con tuerca. ¿Qué es un radiador? He estado repitiendo el tercer párrafo sobre él, ¡pero en realidad no he dicho nada! Bien, veamos:
Como puede ver, el diseño de los radiadores puede ser diferente, estos son placas y aletas, y también hay radiadores en forma de aguja y varios otros, solo vaya a la tienda de repuestos de radio y revise el estante con radiadores. Los radiadores suelen estar hechos de aluminio y sus aleaciones (silumin y otros). Los radiadores de cobre son mejores, pero más caros. Los radiadores de acero y hierro se utilizan solo a muy baja potencia, 1-5W, ya que disipan el calor lentamente. El calor liberado en un cristal está determinado por una fórmula muy simple P = U * I, donde P es la potencia disipada en el cristal, W, U = voltaje en el cristal, V, I es la corriente a través del cristal, A. Este calor pasa a través del sustrato a la brida, donde se transfiere al radiador. Además, el radiador calentado entra en contacto con el aire y se le transfiere calor, como el próximo participante en nuestro sistema de enfriamiento. Veamos el circuito completo de enfriamiento del transistor.
Tenemos dos piezas: este es un radiador. 8y una junta entre el disipador de calor y el transistor 7. Puede que no lo sea, lo cual es malo y bueno al mismo tiempo. Averigüémoslo. Le contaré dos parámetros importantes: estas son las resistencias térmicas entre el cristal (o unión, como también se le llama) y la caja del transistor: Rpc y entre la caja del transistor y el radiador: Rcr. El primer parámetro indica qué tan bien se transfiere el calor del cristal a la brida del transistor. Por ejemplo, Rpc, igual a 1,5 grados centígrados por vatio, explica que con un aumento de potencia de 1 W, la diferencia de temperatura entre la brida y el radiador será de 1,5 grados. En otras palabras, la brida siempre estará más fría que el cristal, y este parámetro muestra cuánto. Cuanto más pequeño es, mejor se transfiere el calor a la brida. Si disipamos 10W de potencia, entonces la brida estará más fría que el cristal en 1,5 * 10 = 15 grados, y si 100W, ¡entonces en 150! Y dado que la temperatura máxima del cristal está limitada (¡no se puede freír al fuego blanco!), La brida debe enfriarse. A los mismos 150 grados. Por ejemplo: El transistor disipa 25W de potencia. Su Rpc es de 1,3 grados por vatio. La temperatura máxima del cristal es de 140 grados. Esto significa que habrá una diferencia de 1,3 * 25 = 32,5 grados entre la brida y el cristal. Y dado que el cristal no se puede calentar por encima de los 140 grados, debemos mantener la temperatura de la brida a no más de 140-32,5 = 107,5 grados. Como esto. Y el parámetro Rcr muestra lo mismo, solo las pérdidas se obtienen en la misma junta notoria 7. Su valor Rcr puede ser mucho mayor que Rpc, por lo tanto, si estamos diseñando una unidad potente, no es deseable colocar transistores en las juntas. Pero aún así, a veces tienes que hacerlo. La única razón para usar un espaciador es si necesita aislar el disipador de calor del transistor, porque la brida está conectada eléctricamente a la terminal central del paquete del transistor. Veamos otro ejemplo aquí. El transistor se fríe a 100W. Como de costumbre, la temperatura del cristal no supera los 150 grados. Rpk tiene 1 grado por vatio, e incluso en la junta, que tiene Rkr 2 grados por vatio. La diferencia de temperatura entre el cristal y el radiador será de 100*(1+2)=300 grados. El radiador debe mantenerse a una temperatura no superior a 150-300 = menos 150 grados: Sí, queridos, este es el caso que solo salvará el nitrógeno líquido: ¡horror! Es mucho más fácil vivir en un radiador para transistores y microcircuitos sin juntas. Si no hay ninguno, y las bridas están limpias y lisas, y el radiador brilla con brillo, e incluso se coloca pasta conductora de calor, entonces el parámetro Rcr es tan pequeño que simplemente no se tiene en cuenta. ¿Entiendo? ¡Vamos más allá! Hay dos tipos de enfriamiento: convección y forzado. La convección, si recordamos la física escolar, es la distribución independiente del calor. Lo mismo ocurre con el enfriamiento por convección: instalamos un radiador y él mismo de alguna manera resolverá el aire allí. Los radiadores de convección se instalan con mayor frecuencia fuera de los dispositivos, como en los amplificadores, ¿has visto? A los lados hay dos artilugios de placas de metal. Desde el interior, los transistores están atornillados a ellos. Dichos radiadores no se pueden cubrir, el acceso al aire está cerrado, de lo contrario, el radiador no tendrá dónde colocar el calor, se sobrecalentará y se negará a recibir calor del transistor, que no pensará durante mucho tiempo, también se sobrecalentará y: usted mismo entiende lo que sucederá. El enfriamiento forzado es cuando obligamos al aire a soplar más activamente alrededor del radiador, abriéndose paso a lo largo de sus nervaduras, agujas y orificios. Aquí usamos ventiladores, varios canales de enfriamiento de aire y otros métodos. Sí, por cierto, en lugar de aire, puede ser fácilmente agua, aceite e incluso nitrógeno líquido. Los potentes tubos del generador a menudo se enfrían con agua corriente. ¿Cómo reconocer un radiador? ¿Es por convección o enfriamiento forzado? Su eficiencia depende de esto, es decir, qué tan rápido puede enfriar el cristal caliente, qué flujo de energía térmica puede pasar a través de sí mismo. Miramos las fotos.
El primer radiador es para refrigeración por convección. El gran espacio entre aletas garantiza un flujo de aire libre y una buena disipación del calor. Se coloca un ventilador encima del segundo radiador y sopla aire a través de las aletas. Esto es enfriamiento forzado. Por supuesto, puede usar esos y esos radiadores en todas partes, pero la cuestión es su eficiencia. Los radiadores tienen 2 parámetros: esta es su área (en centímetros cuadrados) y el coeficiente de resistencia térmica del entorno del radiador Rrs (en vatios por grado Celsius). El área se calcula como la suma de las áreas de todos sus elementos: el área de la base por ambos lados + el área de las placas por ambos lados. No se tiene en cuenta el área de los extremos de la base, por lo que habrá muy pocos centímetros cuadrados. ejemplo: el radiador del ejemplo anterior para refrigeración por convección.
El coeficiente de resistencia térmica radiador-ambiente Rpc muestra cuánto aumentará la temperatura del aire que sale del radiador con un aumento de potencia de 1W. Por ejemplo, una Rpc de 0,5 grados centígrados por vatio nos dice que la temperatura aumentará medio grado por 1 W de calor. Este parámetro se considera fórmulas de tres pisos y nuestras mentes felinas de ninguna manera están dentro del poder: Rpc, como cualquier resistencia térmica en nuestro sistema, cuanto más pequeña, mejor. Y puede reducirlo de diferentes maneras: para esto, los radiadores se ennegrecen químicamente (por ejemplo, el aluminio se oscurece bien en cloruro férrico; ¡no experimente en casa, se libera cloro!), También existe el efecto de orientar el radiador en el aire para un mejor paso a lo largo de las placas (el radiador vertical enfría mejor que el reclinado). No se recomienda pintar el radiador con pintura: la pintura es un exceso de resistencia térmica. ¡Si solo un poco, para que estuviera oscuro, pero no una capa gruesa! La aplicación contiene una pequeña programa, en el que puede calcular el área aproximada del radiador para algún microcircuito o transistor. Con él, calculemos el radiador para alguna fuente de alimentación. Circuito de alimentación.
La fuente de alimentación emite 12 voltios a una corriente de 1A. La misma corriente fluye a través del transistor. En la entrada del transistor hay 18V, en la salida hay 12V, lo que significa que cae un voltaje de 18-12 \u6d 6V. La potencia disipada del cristal del transistor es 1V * 6A \u2d 2335W. La temperatura máxima del cristal para 150SC120 es de 1,5 grados. No lo usemos en condiciones extremas, elijamos una temperatura más baja, por ejemplo, XNUMX grados. La resistencia térmica de la caja de conexiones Rpc para este transistor es de XNUMX grados Celsius por vatio. Dado que la brida del transistor está conectada al colector, proporcionemos aislamiento eléctrico al disipador de calor. Para ello, colocamos una junta aislante de goma termoconductora entre el transistor y el radiador. La resistencia térmica de la junta es de 2 grados centígrados por vatio. Para un buen contacto térmico, dejemos caer un poco de aceite de silicona PMS-200. Este es un aceite espeso con una temperatura máxima de +180 grados, llenará los espacios de aire que se forman necesariamente debido a la irregularidad de la brida y el radiador y mejorará la transferencia de calor. Muchos usan pasta KPT-8, pero muchos consideran que no es el mejor conductor de calor. Llevaremos el radiador a la pared posterior de la fuente de alimentación, donde el aire ambiente lo enfriará + 25 grados. Sustituiremos todos estos valores en el programa y calcularemos el área del radiador. El área resultante de 113 cm cuadrados es el área del radiador, diseñada para el funcionamiento a largo plazo de la fuente de alimentación en modo de máxima potencia, más de 10 horas. Si no necesitamos tanto tiempo para impulsar la fuente de alimentación, podemos arreglárnoslas con un radiador más pequeño pero más masivo. Y si instalamos un radiador dentro de la fuente de alimentación, entonces no hay necesidad de una junta aislante, sin ella, el radiador se puede reducir a 100 cm cuadrados. En general, queridos, la bolsa no tira del bolsillo, ¿estás de acuerdo? Pensemos en el margen, de modo que esté tanto en el área del radiador como en las temperaturas límite de los transistores. ¡Después de todo, no cualquiera, sino usted mismo tendrá que reparar dispositivos y cambiar transistores recocidos! ¡Recuerda esto! Buena suerte. Publicación: radiokot.ru
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