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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Radiadores e refrigeração. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologias de rádio amador Existe uma lei bem conhecida na física, na engenharia elétrica e na termodinâmica atômica - a corrente que flui através dos fios os aquece. Joule e Lenz inventaram isso e descobriram que estavam certos - é assim que as coisas são. Tudo o que funciona com eletricidade, de uma forma ou de outra, transfere parte da energia que passa em calor. Acontece na eletrônica que o objeto que mais sofre calor em nosso ambiente é o ar. São as peças de aquecimento que transferem calor para o ar, e o ar é necessário para absorver o calor e enviá-lo para algum lugar. Perder, por exemplo, ou espalhar-se. Chamaremos o processo de resfriamento por transferência de calor. Nossos designs eletrônicos também dissipam muito calor, alguns mais que outros. Os estabilizadores de tensão esquentam, os amplificadores esquentam, o transistor que controla a chave ou até mesmo um pequeno LED esquenta, só que esquenta só um pouquinho. Tudo bem se esquentar um pouco. Bem, e se estiver tão frito que você não consegue segurar a mão? Vamos ter pena dele e tentar ajudá-lo de alguma forma. Por assim dizer, para aliviar seu sofrimento. Recordemos o dispositivo de uma bateria de aquecimento. Sim, sim, a mesma bateria comum que aquece o ambiente no inverno e com a qual secamos meias e camisetas. Quanto maior a bateria, mais calor haverá no ambiente, certo? A água quente flui pela bateria e aquece a bateria. A bateria tem uma coisa importante - o número de seções. As seções estão em contato com o ar e transferem calor para ele. Então, quanto mais seções, ou seja, quanto maior for a área ocupada da bateria, mais calor ela pode nos fornecer. Soldando mais algumas seções, podemos deixar nosso ambiente mais quente. É verdade que a água quente do radiador pode esfriar e não sobrará nada para os vizinhos. Considere o dispositivo transistor.
Em uma base de cobre (flange) 1em um substrato 2cristal fixo 3. Ele se conecta a saídas 4. Toda a estrutura é preenchida com composto plástico 5. A flange tem um furo 6para instalação em um radiador.
Como fazer um refrigerador de cristal? Não podemos mudar o design do transistor, isso está claro. Os criadores do transistor também pensaram nisso e para nós, mártires, deixaram o único caminho para o cristal - o flange. O flange é como uma seção única de uma bateria - ele frita, mas nenhum calor é transferido para o ar - a área de contato é pequena. É aqui que temos espaço para nossas ações! Podemos estender o flange, soldar mais algumas seções nele, ou seja, uma grande placa de cobre, já que o próprio flange é de cobre, ou podemos fixar o flange em uma placa de metal chamada radiador. Felizmente, o furo no flange está preparado para um parafuso e uma porca. O que é um radiador? Tenho repetido o terceiro parágrafo sobre ele, mas na verdade não disse nada! Ok, vamos ver:
Como você pode ver, o design dos radiadores pode ser diferente, incluem placas e aletas, e também existem radiadores de agulha e vários outros; basta ir a uma loja de peças de rádio e percorrer a prateleira com radiadores. Os radiadores são geralmente feitos de alumínio e suas ligas (silumin e outras). Os radiadores de cobre são melhores, mas mais caros. Radiadores de aço e ferro são usados apenas com potência muito baixa, 1-5W, pois dissipam o calor lentamente. O calor gerado no cristal é determinado por uma fórmula muito simples P = U * I, onde P é a potência liberada no cristal, W, U = tensão no cristal, V, I é a corrente que passa pelo cristal, A. Esse calor passa pelo substrato até o flange, onde é transferido para o radiador. A seguir, o radiador aquecido entra em contato com o ar e o calor é transferido para ele, como próximo participante do nosso sistema de refrigeração. Vejamos o circuito completo de resfriamento do transistor.
Temos duas peças - este é um radiador 8e a junta entre o radiador e o transistor 7. Pode não existir, o que é ruim e bom ao mesmo tempo. Vamos descobrir. Vou falar sobre dois parâmetros importantes - são a resistência térmica entre o cristal (ou junção, como também é chamado) e o corpo do transistor - Rpk e entre o corpo do transistor e o radiador - Rcr. O primeiro parâmetro mostra quão bem o calor é transferido do cristal para o flange do transistor. Por exemplo, Rpc igual a 1,5 graus Celsius por watt explica que com um aumento de 1 W na potência, a diferença de temperatura entre o flange e o radiador será de 1,5 graus. Ou seja, o flange estará sempre mais frio que o cristal, e quanto é mostrado por este parâmetro. Quanto menor for, melhor será a transferência de calor para o flange. Se dissiparmos 10 W de potência, o flange ficará 1,5 * 10 = 15 graus mais frio que o cristal, e se 100 W - então 150! E como a temperatura máxima do cristal é limitada (ele não pode fritar até o calor branco!), o flange deve ser resfriado. Aos mesmos 150 graus. Por exemplo: O transistor dissipa 25W de potência. Seu Rpc é igual a 1,3 graus por watt. A temperatura máxima do cristal é de 140 graus. Isso significa que haverá uma diferença de 1,3*25=32,5 graus entre o flange e o cristal. E como o cristal não pode ser aquecido acima de 140 graus, somos obrigados a manter a temperatura do flange não superior a 140-32,5 = 107,5 graus. Assim. E o parâmetro Rcr mostra a mesma coisa, apenas ocorrem perdas nessa mesma notória junta 7. Seu valor de Rcr pode ser muito maior que Rpk, portanto, se estivermos projetando uma unidade potente, não é aconselhável colocar transistores nas juntas . Mas ainda assim às vezes é necessário. A única razão para usar uma junta é se você precisar isolar o dissipador de calor do transistor, porque o flange está eletricamente conectado ao terminal intermediário do corpo do transistor. Vejamos outro exemplo. O transistor aquece a 100W. Como de costume, a temperatura do cristal não passa de 150 graus. Seu Rpc é de 1 grau por watt e também está em uma junta, que tem Rcr de 2 graus por watt. A diferença de temperatura entre o cristal e o radiador será de 100*(1+2)=300 graus. O radiador não deve ser mantido mais quente que 150-300 = menos 150 graus: Sim, meus queridos, este é exatamente o caso que só o nitrogênio líquido salvará: horror! É muito mais fácil viver em um radiador para transistores e microcircuitos sem juntas. Se eles não estiverem lá, e os flanges estiverem limpos e lisos, e o radiador brilhar, e até mesmo pasta condutora de calor for aplicada, então o parâmetro Rcr é tão pequeno que simplesmente não é levado em consideração. Entendi? Vamos mais longe! Existem dois tipos de resfriamento - convecção e forçado. A convecção, se lembrarmos da física escolar, é a distribuição independente de calor. O mesmo se aplica ao resfriamento por convecção - instalamos um radiador e ele de alguma forma lidará com o ar ali. Os radiadores do tipo convecção são mais frequentemente instalados fora dos dispositivos, como em amplificadores, você viu? Nas laterais há duas placas de metal. Os transistores são parafusados neles por dentro. Tais radiadores não podem ser tapados, bloqueando o acesso do ar, caso contrário o radiador não terá onde colocar o calor, superaquecerá e se recusará a aceitar o calor do transistor, que não pensará por muito tempo, também superaquecerá e : você sabe o que vai acontecer. O resfriamento forçado ocorre quando forçamos o ar a soprar mais ativamente no radiador, percorrendo suas nervuras, agulhas e orifícios. Aqui usamos ventiladores, vários canais de resfriamento de ar e outros métodos. Sim, a propósito, em vez de ar pode facilmente haver água, óleo e até nitrogênio líquido. Tubos de rádio geradores poderosos geralmente são resfriados com água corrente. Como reconhecer um radiador - é para convecção ou resfriamento forçado? Sua eficiência depende disso, ou seja, da rapidez com que ele consegue resfriar um cristal quente, que fluxo de energia térmica ele consegue passar por si mesmo. Olhamos as fotos.
O primeiro radiador é para resfriamento por convecção. A grande distância entre as aletas garante fluxo de ar livre e boa transferência de calor. Um ventilador é colocado no topo do segundo radiador e sopra o ar através das aletas. Este é o resfriamento forçado. Claro, você pode usar os dois radiadores em qualquer lugar, mas a questão toda é sua eficiência. Os radiadores têm 2 parâmetros - sua área (em centímetros quadrados) e o coeficiente de resistência térmica média do radiador Rрс (em Watts por grau Celsius). A área é calculada como a soma das áreas de todos os seus elementos: a área da base em ambos os lados + a área das placas em ambos os lados. A área das extremidades da base não é levada em consideração, portanto haverá pouquíssimos centímetros quadrados ali. Exemplo: o radiador do exemplo acima é para resfriamento por convecção.
O coeficiente de resistência térmica média do radiador Rрс mostra quanto a temperatura do ar que sai do radiador aumentará quando a potência aumentar em 1 W. Por exemplo, Rpc igual a 0,5 graus Celsius por Watt nos diz que a temperatura aumentará meio grau ao aquecer 1 Watt. Este parâmetro é considerado uma fórmula de três andares e nossas mentes felinas simplesmente não conseguem lidar com isso: Rрс, como qualquer resistência térmica em nosso sistema, quanto menor, melhor. E pode ser reduzido de diferentes maneiras - para isso, os radiadores são enegrecidos quimicamente (por exemplo, o alumínio escurece bem em cloreto férrico - não experimente em casa, o cloro é liberado!), Há também o efeito de orientar o radiador no ar para melhor passagem ao longo das placas (um radiador vertical é melhor resfriado do que um radiador reclinado). Não é recomendável pintar o radiador com tinta: a tinta é uma resistência térmica desnecessária. Mesmo que um pouco, para que fique escuro, mas não em uma camada espessa! O aplicativo contém um pequeno programa, no qual você pode calcular a área aproximada do radiador para um microcircuito ou transistor. Usando-o, vamos calcular um radiador para alguma fonte de alimentação. Circuito de alimentação.
A fonte de alimentação produz 12V a uma corrente de 1A. A mesma corrente flui através do transistor. A entrada do transistor é de 18 Volts, a saída é de 12 Volts, o que significa que a queda de tensão nele é de 18-12 = 6 Volts. A potência dissipada do cristal do transistor é 6V*1A=6W. A temperatura máxima do cristal do 2SC2335 é de 150 graus. Não vamos operar em condições extremas, vamos escolher uma temperatura mais baixa, por exemplo, 120 graus. A resistência térmica da caixa de junção Rpc deste transistor é de 1,5 graus Celsius por watt. Como o flange do transistor está conectado ao coletor, vamos fornecer isolamento elétrico ao dissipador de calor. Para fazer isso, colocamos uma junta isolante de borracha condutora de calor entre o transistor e o radiador. A resistência térmica da junta é de 2 graus Celsius por watt. Para um bom contato térmico, coloque um pouco de óleo de silicone PMS-200. Este é um óleo espesso com temperatura máxima de +180 graus, que preencherá as lacunas de ar que certamente se formarão devido aos desníveis do flange e do radiador e melhorará a transferência de calor. Muitas pessoas usam pasta KPT-8, mas muitos a consideram não o melhor condutor de calor. Colocaremos o radiador na parede traseira da fonte de alimentação, onde será resfriado por +25 graus de ar ambiente. Vamos substituir todos esses valores no programa e calcular a área do radiador. A área resultante de 113 cm² é a área do radiador projetada para operação de longo prazo da fonte de alimentação com potência máxima - mais de 10 horas. Se não precisarmos acionar a fonte de alimentação por tanto tempo, podemos sobreviver com um radiador menor, porém mais maciço. E se instalarmos um radiador dentro da fonte de alimentação, não há necessidade de junta isolante, sem ela o radiador pode ser reduzido para 100 cmXNUMX. Em geral, meus queridos, a oferta não chega para o seu bolso, concordam? Vamos pensar na margem para que fique tanto na área do radiador quanto nos limites de temperatura dos transistores. Afinal, não será ninguém quem terá que consertar os dispositivos e substituir os transistores cozidos demais, mas você mesmo! Lembre-se disso! Boa sorte. Publicação: radiokot.ru
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