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无线电电子与电气工程百科全书 散热器和冷却。 无线电电子电气工程百科全书
在物理学、电气工程和原子热力学中有一个众所周知的定律——流过电线的电流会使它们升温。 焦耳和楞次想出了这个办法，结果证明他们是对的——事情就是这样。 一切依靠电力运行的东西，无论怎样，部分传递的能量都会转化为热量。 在电子产品中，我们环境中受热影响最大的物体是空气。 是将热量传递给空气的发热部件，需要从空气中获取热量并放置在某个地方。 例如，丢失或自行分散。 我们称这个过程为传热冷却。 我们的电子设计也会散发大量热量，有些热量比其他热量高。 稳压器被加热，放大器被加热，控制继电器的晶体管甚至只是一个小 LED 被加热，只是它会加热很多。 好吧，如果天气暖和一点的话。 好吧，如果炸得你握不住手呢？ 让我们同情他并尝试以某种方式帮助他。 可以这么说，减轻他的痛苦。 召回加热电池装置。 是的，是的，就是同样的普通电池，冬天可以给房间供暖，我们也可以用它来烘干袜子和 T 恤。 电池越大，房间里的热量就越多，对吗？ 热水流过电池，加热电池。 电池有一个重要的东西——节数。 部分与空气接触，将热量传递给空气。 所以节数越多，也就是电池占据的面积越大，它能给我们带来的热量就越多。 通过焊接更多的部分，我们可以使我们的房间更温暖。 确实，与此同时，电池中的热水可以冷却下来，邻居们就什么也没有了。 考虑晶体管器件。
在铜底座（法兰）上 1在基板上 2固定晶体 3. 它连接到输出 4。 整个结构充满塑料化合物 5。 法兰上有一个孔 6用于安装在散热器上。
如何让水晶变冷？ 我们无法改变晶体管的器件，这是可以理解的。 晶体管的创造者也想到了这一点，而对于我们这些烈士来说，他们留下了通向晶体的唯一路径——法兰。 法兰就像电池的单个部分——煎就是煎，但热量不会传递到空气中——接触面积很小。 这就是我们行动的范围！ 我们可以构建法兰，在其上焊接更多的部分，即一块大铜板，因为法兰本身是铜，或者将法兰固定在称为散热器的金属毛坯上。 幸运的是，法兰上的孔是为带螺母的螺栓准备的。 什么是散热器？ 关于他的第三段我一直在重复，但我什么也没说！ 好吧，让我们看看：
正如你所看到的，散热器的设计可以是不同的，有板式和翅片式，也有针形散热器和其他各种散热器，只需去无线电零件商店，翻阅散热器的货架即可。 散热器通常由铝及其合金（硅铝等）制成。 铜散热器更好，但更贵。 钢制和铁质散热器仅在非常低的功率（1-5W）下使用，因为它们散热缓慢。 晶体释放的热量由一个非常简单的公式确定 P = U * I，其中 P 是晶体中消耗的功率，W，U = 晶体上的电压，V，I 是通过晶体的电流，A。这些热量通过基板传递到法兰，并在法兰处传递到散热器。 此外，加热的散热器与空气接触并将热量传递给它，作为我们冷却系统的下一个参与者。 让我们看看完整的晶体管冷却电路。
我们有两件 - 这是一个散热器 8以及散热器和晶体管之间的垫圈 7。 也许并非如此，这既是坏事也是好事。 让我们弄清楚一下。 我将告诉您两个重要参数 - 晶体（或结，也称为结）和晶体管外壳之间的热阻 - Rpc 以及晶体管外壳和散热器之间的热阻 - Rcr。 第一个参数表示热量从晶体传递到晶体管凸缘的程度。 例如，Rpc，等于每瓦1,5摄氏度，说明功率增加1W，法兰与散热器之间的温差将是1,5度。 换句话说，法兰总是比晶体冷，这个参数显示了多少。 它越小，热量传递到法兰的效果越好。 如果我们消耗 10W 的功率，那么法兰将比晶体冷 1,5 * 10 = 15 度，如果是 100W，则比晶体冷 150 度！ 而且由于晶体的最高温度是有限的（不能炸到白热化！），所以必须对法兰进行冷却。 同样是150度。 例如： 晶体管消耗 25W 功率。 其 Rpc 为每瓦 1,3 度。 晶体的最高温度为140度。 这意味着法兰和晶体之间将存在 1,3 * 25 = 32,5 度的差异。 并且由于晶体不能加热到140度以上，所以我们需要保持法兰温度不高于140-32,5=107,5度。 像这样。 Rcr参数显示相同，只是损耗是在同一个臭名昭著的垫片7上获得的。它的Rcr值可以比Rpc大得多，因此，如果我们正在设计一个强大的单元，则不希望将晶体管放在垫片上。 但有时你还是必须这么做。 使用垫片的唯一原因是您需要将散热器与晶体管隔离，因为法兰电气连接到晶体管封装的中间端子。 让我们看另一个例子。 三极管在100W就烧坏了。 正常情况下，晶体的温度不会超过150度。 Rpk 每瓦 1 度，甚至在垫圈上，Rkr 每瓦 2 度。 晶体和散热器之间的温差将为100*(1+2)=300度。 散热器的温度必须保持不高于150-300 =负150度：是的，亲爱的，这正是只有液氮才能拯救的情况：恐怖！ 对于没有垫圈的晶体管和微电路来说，使用散热器要容易得多。 如果没有，而且法兰干净光滑，散热器闪闪发光，甚至还贴了导热膏，那么Rcr参数就小得根本不予考虑。 知道了？ 让我们更进一步！ 冷却有两种类型：对流冷却和强制冷却。 如果我们还记得学校物理，对流就是热量的独立分布。 对流冷却也是如此——我们安装了一个散热器，他自己会以某种方式整理那里的空气。 对流式散热器最常安装在设备外部，例如放大器中，您见过吗？ 侧面有两个金属板小玩意。 从内部，晶体管用螺丝固定在它们上。 这样的散热器不能被遮盖，空气通道被关闭，否则散热器将无处放置热量，它会自身过热并且拒绝从晶体管接收热量，这不会考虑很长时间，它也会过热并且：你自己明白会发生什么。 强制冷却是指我们迫使空气在散热器周围更活跃地吹动，沿着散热器的肋、针和孔流动。 这里我们采用风扇、各种风冷通道等方法。 是的，顺便说一句，它可以很容易地不是空气，而是水、油，甚至液氮。 强大的发电机管通常由流水冷却。 如何识别散热器 - 是用于对流冷却还是强制冷却？ 它的效率取决于这个，即它能以多快的速度冷却热晶体，它能通过自身的热能流。 我们看照片。
第一个散热器用于对流冷却。 大翅片间距确保空气流通，散热良好。 风扇安装在第二个散热器的顶部，将空气吹过散热片。 这就是强制冷却。 当然，您可以在任何地方同时使用这些散热器，但整个问题在于它们的效率。 散热器有 2 个参数 - 这是其面积（以平方厘米为单位）和散热器环境的热阻系数 Rrs（以瓦/摄氏度为单位）。 面积计算为其所有元素面积之和：两侧底座面积+两侧板面积。 不考虑底座两端的面积，所以面积会很少平方厘米。 例子: 上例中的散热器用于对流冷却。
散热器-环境热阻系数Rpc表示功率每增加1W，离开散热器的空气温度会增加多少。 例如，每瓦0,5摄氏度的Rpc告诉我们，1瓦的热量，温度将升高半度。 这个参数被认为是三层公式，我们的猫科动物的思维决不在这个范围内：Rpc，就像我们系统中的任何热阻一样，越小越好。 您可以通过不同的方式减少它 - 为此，散热器会被化学变黑（例如，铝在氯化铁中变黑 - 不要在家中进行实验，会释放氯！），还有将散热器定向在水中的效果空气可以更好地沿着板流通（垂直散热器比卧式散热器冷却效果更好）。 不建议给散热器涂油漆：油漆是多余的热阻。 如果只是轻微的话，那么它是黑暗的，但不是厚厚的一层！ 该应用程序包含一个小 程序，您可以在其中计算某些微电路或晶体管的散热器的大致面积。 有了它，我们来计算一些电源的散热器。 电源电路。
电源输出12伏，电流1A。 相同的电流流过晶体管。 晶体管的输入端为18V，输出端为12V，这意味着其上会下降18-12±6V的电压。 晶体管晶体消耗的功率为 6V * 1A × 6W。 2SC2335的晶振最高温度为150度。 我们不要在极端条件下使用，我们选择较低的温度，例如120度。 该晶体管结壳 Rpc 的热阻为每瓦 1,5 摄氏度。 由于晶体管法兰连接到集电极，因此我们需要为散热器提供电绝缘。 为此，我们在晶体管和散热器之间放置了一个由导热橡胶制成的绝缘垫圈。 垫片的热阻为每瓦2摄氏度。 为了获得良好的热接触，我们滴一点 PMS-200 硅油。 这是一种最高温度为+180度的稠油，它将填充由于法兰和散热器不平整而必然形成的空气间隙，并改善传热。 许多人使用 KPT-8 糊剂，但许多人认为它不是最好的导热体。 我们将散热器带到电源的后墙上，在那里它将被室内空气冷却 + 25 度。 我们将把所有这些值代入程序中并计算散热器的面积。 由此得出的 113 平方厘米的面积是散热器的面积，专为电源在全功率模式下长期运行 - 超过 10 小时而设计。 如果我们不需要那么多时间来驱动电源，我们可以使用更小但更大的散热器。 而如果我们在电源内部安装散热器，那么就不需要绝缘垫片，没有它，散热器的面积可以减少到100平方厘米。 一般来说，亲们，股票不拉口袋，你们都同意吗？ 让我们考虑一下余量，使其既在散热器的区域中，又在晶体管的极限温度中。 毕竟，不只是任何人，你自己也必须修理设备并更换煮过头的晶体管！ 记住这一点！ 祝你好运。 出版：radiokot.ru
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