Расчет радиатора для транзистора. Расчет пластинчатого (ребристого) радиатора

изготовления радиаторов используют в основном алюминиевые сплавы, а также медь, магниевые и бериллиевые сплавы. На рис.1 показаны основные конструкции радиаторов.

Пластинчатые радиаторы самые простые по конструкции, но они менее эффективны, чем штырьковые, которые используются при естественной и вынужденной конвекции и являются наиболее компактными по сравнению с радиаторами других типов.

Относительную эффективность различных типов радиаторов при рассеиваемой мощности Р_р можно оценить по рис.2. На этом рисунке  кривая 1 соответствует естественной конвекции (ЕК) корпуса при отсутствии радиатора; 2 - радиатору в виде пластины размером 60X60 мм при ЕК; 3 - штырьковому двухстороннему радиатору 60X60X34 мм при ЕК, 4 – радиатору для случая 3 при принудительной вентиляции со скоростью воздуха 2 м/с.

Эквивалентная тепловая схема для транзистора, установленного на радиаторе, показана на рис.3, а.

Уравнение для определения температуры перехода обычно составляется на основе упрощенной эквивалентной  схемы (рис. 3, б)

                                     (1)

где  - температура среды;

 - максимальный перегрев, основания радиатора относительно среды;

- перегрев контактной поверхности прибора относительно контактной поверхности радиатора;

- перегрев, коллекторного перехода относительно корпуса прибора.

Максимальный перегрев основания радиатора относительно среды определяется по формуле:

                             (2)

где  - максимальная температура основания радиатора в месте крепления транзистора;

 - средний перегрев основания радиатора относительно среды;

- коэффициент, учитывающий неравномерность температурного поля основания радиатора при различной его протяженности L(см. табл.1).

Таблица 1

Для пластин и штыревых радиаторов размером до 120 X 120 мм в [1] приводится значение , равное 0,96 для естественной и 0,93 для вынужденной конвекции при скорости воздуха до 4 м/с.

Перегрев радиатора относительно среды

,                                       (3)

где Ф_p - мощность, рассеиваемая радиатором, Вт;

r_р - тепловое сопротивление радиатора, К/Вт.

Если на радиаторе установлено n приборов, то

                                                       ,                                                       (4)

где  - мощность, рассеиваемая i-м прибором.

Разность температур корпуса транзистора и основания радиатора

                                                     ,                                                         (5)

где  - тепловое сопротивление контакта корпуса транзистора и радиатора транзистора.

Разность температур  возникает вследствие неидеальности теплового контакта, наличия прокладок и т.д. Контактное сопротивление изоляционных прокладок для характерных материалов и транзистора в корпусе 301 следующее:

·  0,31 К/Вт - анодирование с пропиткой бакелитовым лаком с маслом, I К/Вт - анодирование с пропиткой бакелитовый лаком;

·  0,6 К/Вт - лавсан (с двух сторон фольга);

·  1,6 К/Вт - слюда толщиной  0,6 мм;

·  2 К/Вт - слюда толщиной  0,14 мм.

Для уменьшения  следует использовать материалы с меньшим r_к, высокую чистоту обработки контактирующих поверхностей, достаточные усилия затяжки винтов и площадь контактных поверхностей, Приближенно для контакта без прокладок и смазок с достаточной затяжкой

                                                           ,                                                                  (6)  где  - площадь контактной поверхности, см².

При наличии электроизоляционной прокладки из слюды толщиной 0.025...0,05 мм r_кувеличивается на 50% по сравнению с r_кбез прокладки. Применение специальных паст и смазок уменьшает r_к примерно на 50%.

Разность температур коллекторного перехода и корпуса прибора

                                                          ,                                                              (7)

где  - тепловое сопротивление переход - корпус прибора (обычно задается в ТУ на прибор).

Если на радиаторе установлен один прибор, то температура его перехода

                                                      ,                                                         (8)

если несколько приборов, то температура перехода i-го прибора

                                                    ,                                              (9)

где  - для i-го прибора.

Методы расчета радиаторов сводятся к вычислению теплового сопротивления радиатор - среда r_p для выбранной геометрии радиатора [1]. Критерием правильности выбора радиатора является обеспечение заданного значения θ_пер или θ_к. Для расчета радиатора должны быть даны: температура θ_с и давление окружающей среды р_с, рассеиваемая прибором мощность Ф_р, тепловое сопротивление переход - корпус r_пк. допустимые температуры перехода θ_пер или корпуса θ_к, скорость