Тепловой режим электронных приборов и устройств

Одним из основных факторов, влияющих на надежность и работоспособность полупроводниковых приборов, являются их тепловой режим. Рассмотрим этот вопрос на примере транзистора, параметры которого в сильной степени зависят от температуры.

Тепловой режим транзистора (температура) определяется рассеиваемой на нем мощностью и температурой окружающей среды. Под действием этих факторов температура перехода (кристалла) транзистора не должна превышать t _{п max} во всех условиях эксплуатации. Для судовых условий это крайне важные обстоятельства, т.к. температура окружающей среды в судовых помещениях может изменяться резко и значительно.

Между кристаллом транзистора и окружающей средой идет теплопередача. Уравнение теплопередачи:

,

где Q – количество отдаваемой транзистором в окружающую среду теплоты в единицу времени, в системе СИ численно равно мощности Р_к, рассеиваемой транзистором;

К – коэффициент теплопередачи;

F – площадь теплопередающей поверхности;

t _п – температура перехода транзистора;

t _ср – температура окружающей транзистор среды.

Величина обратная произведению KF называется тепловым сопротивлением "переход – среда". Обозначим R т_п-с=1/К F. Тогда для транзистора справедливо выражение:

,

или

.

 

В данной формуле размерности: R т – ^оС/Вт; Р_к – Вт; t – градусы Цельсия. Чем больше рассеиваемая на транзисторе мощность Р_к и чем больше тепловое сопротивление R т_п-с, тем более высокая разность температур перехода t _п и окружающей среды.

Тепловое сопротивление R т_п-с отражает нагрев кристалла транзистора относительно окружающей среды при рассеивании на нем мощности 1 Вт (это видно из размерности этого параметра ^оС/Вт). Чем оно меньше, тем лучше, т.к. меньше будет t _п. Очевидно, что R т_п-с будет меньше при большей площади и при увеличении коэффициента теплопередачи К. Коэффициент теплопередачи может быть повышен принудительным обдувом транзистора (вентилятор), установкой транзистора на дополнительный теплоотвод (радиатор) и т.д. Эти меры применяются для мощных транзисторов, диодов, микросхем, электронных блоков.

Зная R т_п-с, Р_к и t _ср можно найти температуру кристалла транзистора и сравнить ее с t _{п max}:

.

Передача тепла от кристалла транзистора к окружающей среде идет в несколько этапов: от кристалла – к корпусу транзистора (тепловое сопротивление переход – корпус R т_п-к); от корпуса к радиатору (сопротивление корпус – радиатор R т_к-р); от радиатора к воздуху окружающей среды (сопротивление R т_р-с). Схематично это показано на рис. 1.44.

Потому в расчетных формулах в качестве R т_п-с следует учитывать сумму всех сопротивлений:

.

Для маломощных транзисторов, не предназначенных для установки на радиатор, в справочниках указывается значение R т_п-с, т.е. общее тепловое сопротивление. Для транзисторов средней и большой мощности, корпус которых приспособлен для установки на радиатор, указывается R т_п-к.

Рассмотренный механизм теплопередачи от кристалла транзистора к окружающей среде имеет большое практическое значение. В эксплуатации легко нарушить тепловой режим. Для транзисторов судовой электронной аппаратуры окружающей средой является воздух внутри корпуса прибора. Корпус имеет вентиляционные отверстия. Если их случайно закрыть, то теплопередача между воздухом внутри прибора и наружным воздухом ухудшится, температура воздуха внутри прибора возрастет (т.е. увеличится t _ср) и синхронно возрастет t _п. При этом возможно превышение t _{п max}.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: