1.4. Еквівалентна теплова схема радіаторів з нпп або іс

На рис. 4 схематично зображений радіатор 1 та закріплений на ньому прилад  2. Приладом може бути напівпровідниковий прилад або інтегральна схема. Прилад є джерелом теплової енергії з потужністю Φ. Тепловий потік розігріває робочу область приладу (наприклад, область p-n переходу) до температури t_П та корпус приладу до температури t_K.

Рис. 4. Розміщення радіатора на приладі.

В місці кріплення приладу до радіатора встановлюється температура t_P, а середня температура радіатора t_S. Температура середовища t_C.

Повна теплова схема радіатора та приладу, що на ньому встановлений, показано на рис. 5.

Рис. 5. Теплова схема радіатора

Після того, як тепловий потік потужності Φ досягне поверхні корпусу, за рахунок теплового опору R_ПK між робочою областю та корпусом на поверхні корпусу встановиться температура t_K. З цього моменту тепловий потік Φ розділиться на два теплових потоки: Φ = Φ_KC + Φ_KP. Тепловий потік Φ_KC йде безпосередньо від корпусу до середовища, долаючи тепловий опір R_KC. Тепловий потік Φ_KP долає тепловий опір R_KP між корпусом та радіатором, потім долає тепловий опір R_P самого радіатора і попадає в навколишнє середовище.

На практиці розглядають спрощену теплову схему (рис. 6), нехтуючи складовою Φ_KC. Згідно цієї схеми

t_П – t_C = (t_П – t_K) + (t_K – t_P) + (t_P – t_C). (1)

Звідси одержуємо основне розрахункове рівняння

t_П = t_C + Φ (R_ПK + R_ПP + R_PC). (2)

Рис. 6. Спрощена теплова схема радіатора

Задача вибору потрібного радіатора полягає в такому підборі теплових опорів системи, щоб максимальна температура робочої області приладу не перевищувала її допустимого значення t_ПM:

t_П = t_C + Φ (R_ПK + R_ПP + R_PC) ≤ t_ПM. (3)

Якщо в технічних умовах на НПП задано гранично допустиме значення температури корпусу t_KM, то розрахункові формули (2) та (3) відповідно спрощуються:

t_K = t_C + Φ (R_KP + R_PC), (4)

t_K = t_C + Φ (R_KP + R_PC) ≤ t_KM. (5)

Досить часто визначення параметрів радіатора базується на його середньому перегріві

, (6)

де t_S – середня температура радіатора. Формула (1) дає максимальний перегрів радіатора в зоні його контакту з НПП:

θ_PC = t_P – t_C = (t_П – t_C) - Φ (R_ПК + R_KP). (7)

Для встановлення зв’язку між θ_SC та θ_PC вводять коефіцієнт K_HP, що враховує нерівномірність температурного поля основи радіатора при різній його довжині L:

. (8)

Тоді розрахункова формула набуває вигляду

t_S – t_C = [(t_П – t_C) – Φ (R_ПК + R_KP)] ∙ K_HP. (9)

Орієнтовні значення K_HP при розташуванні приладу посередині основи радіатора наведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Значення коефіцієнта K_HP

KHP	1	0.98	0.96	0.92	0.86	0.77
L, мм	0	40	80	120	160	180

Таблиця 1 дає досить наближену орієнтацію для визначення K_HP. Наведемо ще такі довідникові дані. Для пластин та штирьових радіаторів розміром до 20×120 мм значення K_HP для природної конвекції дорівнює 0.96, для примусової конвекції при швидкості повітря до 4 м/с дорівнює 0.93.