2.2. Расчет площади теплоотвода и числа параллельно включаемых транзисторов:
Определяем область допустимых значений числа пар параллельно включаемых транзисторов из соотношения:
;
;
-
температурное сопротивление “корпус-среда”.
-
температурное сопротивление
“переход-корпус”.
-
температурное сопротивление
“корпус-теплоотвод”, где
определяется, как
.
- коэффициент
загрузки (ослабления режима) по
рассеиваемой мощности.
-
наибольшая (верхняя) температура
окружающей среды, которая по техническому
заданию определена, как 60
.
;
Построим
график зависимости
и
,
где
-
площадь, занимаемая N
количеством транзисторов,
-
площадь занимаемая теплоотводом.
,
где
- коэффициент теплоотдачи, зависящий
от конструкции, обработки поверхности
и материала теплоотвода.
Таблица 2: Показатели занимаемой площади в зависимости от числа транзисторов
-
N
QTN (
)Qr( )
1
11547,17
2,8
2
3457,4
5,7
3
1226,8
8,5
4
372,4
11,3
5
352,36
14
6
323
16,8
7
302,7
19,6
8
275,4
22,4
10
243,9
28,1
12
220,9
39,42
16
173,2
50,74
20
129,8
62,06
24
75,6
73,38
28
22,6
84,7
32
4,7
90,56
Оптимальное
число пар параллельных транзисторов
,
откуда площадь теплоотвода
.
Так
как большое число параллельно включенных
транзисторов уменьшает надежность и
увеличивает стоимость разрабатываемого
усилителя, то целесообразно принять
.
При
получаем, что
- для плоского радиатора.
Исходя
из габаритных показателей, лучше всего
взять вместо плоского, ребристый
радиатор, площадь основания которого
.
Далее возможны два инженерных решения по конструированию радиатора:
- размещение нескольких (в рассматриваемом случае двух) параллельно включаемых транзисторов на одном радиаторе;
- размещение каждого из параллельно включаемых транзисторов на отдельном радиаторе. При этом полученную площадь основания, также как и рассеиваемую мощность следует разделить на число параллельно включаемых транзисторов.
Проведем расчет, когда несколько параллельно включенных транзисторов находятся на одном радиаторе. Исходя из найденной выше площади основания, зададим его размеры и толщину:
;
;
;
Определяем тепловой коэффициент данного радиатора:
.
В
качестве материала теплоотвода возьмем
алюминий с теплопроводностью
.
Радиус
окружности транзистора с круглым
основанием
:
м.
Определяем
коэффициенты
и
:
Исходя
из полученных значений
и
,
принимаем
Определяем
коэффициент теплоотдачи поверхности
радиатора
и
коэффициент
:
.
По
вычисленным значениям
и
,
определяем, что
.
Определяем
величину перегрева радиатора в области
монтажа транзистора
,
средне-поверхностный перегрев радиатора
и максимальную температуру теплоотвода
:
Из
данных по
определяем
коэффициент
Вычисляем
коэффициенты
и
(для неокрашенного радиатора принимаем
,
,
):
;
.
Суммарный
коэффициент вычисляется по формуле:
.
Определяем эффективный коэффициент теплоотдачи ребристой поверхности радиатора:
.
Далее
находим площадь ребристой поверхности
радиатора
:
.
И
определяем число ребер радиатора, приняв
и
:
.
Находим высоту ребер:
Определим объем теплоотвода:
.
Проведем расчет, когда несколько параллельно включенных транзисторов находятся на разных радиаторах. С площадью основания:
.
При этом выделяемая энергия каждого транзистора:
Зададим размеры и толщину каждого теплоотвода:
;
;
;
Определяем тепловой коэффициент данного радиатора:
.
В качестве материала теплоотвода возьмем алюминий с теплопроводностью .
Радиус окружности транзистора с круглым основанием :
м.
Определяем коэффициенты и :
Исходя
из полученных значений
и
,
принимаем
Определяем коэффициент теплоотдачи поверхности радиатора и коэффициент :
По
вычисленным значениям
и
,
определяем, что
.
Определяем величину перегрева радиатора в области монтажа транзистора , средне-поверхностный перегрев радиатора и максимальную температуру теплоотвода :
Из
данных по
определяем
коэффициент
Вычисляем коэффициенты и (для неокрашенного радиатора принимаем , , ):
;
.
Суммарный
коэффициент вычисляется по формуле:
.
Определяем эффективный коэффициент теплоотдачи ребристой поверхности радиатора:
.
Далее находим площадь ребристой поверхности радиатора :
.
И определяем число ребер радиатора, приняв и :
.
Находим высоту ребер:
Определим объем теплоотвода:
.
В данном случае целесообразно применять параллельно включаемые транзисторы на разных теплоотводах, что более технологично.
Рисунок 2 Схема используемых радиаторов.