7.4 Розрахунок теплових опорів

Тепловий опір напівпровідникового елементу є кількісною характеристикою, що показує, на скільки градусів підвищується температура напівпровідника в області переходу при збільшенні розсіювальної на нім потужності на 1 Вт.

Рисунок 7.3 – Коефіцієнти опромінення взаємно перпендикулярних прямокутників із спільною гранню

На рис. 7.4 представлена теплова модель транзистора (або будь-якого іншого напівпровідникового приладу), встановленого на радіаторі. Тут t_п, t_с - температури переходу і середовища; Р - потужність, що виділяється в елементі; , , , - відповідно теплові опори перехіді - корпус, корпус - середовище, корпус - радіатор і радіатор - середовище.

Транзистори, що працюють без тепловідводів, характеризуються тепловим опором між областю електронно-діркового переходу в кристалі напівпровідника і навколишнім середовищем . Цей тепловий опір залежить від конструкції транзистора і може бути розрахований за формулою:

(7.20)

Значення теплового опору деяких типів напівпровідникових елементів наведені в табл. 7.4.

Рисунок 7.4 - Теплова модель напівпровідникового елементу, встановленого на радіаторі

За наявності радіатора теплові опори між корпусом і навколишнім середовищем знаходяться з виразу:

(7.21)

Тепловий опір корпус - радіатор залежить від якості теплового контакту між транзистором і радіатором. При щільному приляганні транзистора до поверхні радіатора тепловий опір є низьким і знаходиться в межах (0,5 -1,0).

При використанні між корпусом напівпровідникового елементу і радіатором ізолюючої прокладки слід враховувати її вплив на тепловий опір . Так, для слюди завтовшки 0,06; 0,14 і 0,41 мм тепловий опір рівний 1,6; 2,0 і 2,7 ^оС/Вт відповідно. Для лавсанових прокладок величина знаходиться в межах (0,6-1,0) ^оС/Вт.

Тепловий опір радіатор - навколишнє середовище . залежить головним чином від величини радіатора і якості обробки його поверхні.

Поверхня радіатора практично завжди є значно більшою за поверхню напівпровідникового елементу, тому можна вважати, що . Тоді і загальний тепловий опір між переходом і навколишнім середовищем визначається таким чином:

(7.22)

Теплові опори між поверхнею корпусу елементу або радіатора і навколишнім середовищем визначаються з наступних рівнянь:

, (7.23)

, (7.24)

де - повна поверхня приладу, м²;

- поверхня радіатора, м²;

 - коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м²^оС).

Залежність температури переходу напівпровідникового елементу, при заданих розсіюваній потужності і температурі навколишнього середовища, від теплових опорів визначається за формулою:

(7.25)

Таблиця 7.4 - Значення теплового опору для деяких напівпровідникових елементів

Тип елемента	оС/Вт		Тип елемента	оС/Вт
КТ947А	0,75		КТ903А-КТ903Б, КТ837А- КТ837Е	3,33
П209—П210, ГТ403А, ГТ403Б	1,0		П201М-П203М, П213-П214Г	4,0

Продовження таблиці 7.4

ГТ701А	1,2		КТ932А-В	5,0
КТ912А, КТ912Б	1,42		Д235	8,0
Д214, КД213А-КД213Г	1,5		ПЗ02-П306, П701-П701Б, КД212А-КД212Г	10
П4А-П4Д, ГТ806А-ГТ806Д, КД210А-КД210Г	2,0		ГТ403В, ГТ403Е	12
ВКУ -10	2,2		П601-П609, ГТ403Г, ГТ403Д, ГТ403Ж, ГТ403И	15
П702, П702А, КТ802А, ГТ810А, КД203А-КД203Д	2,5		КТ973А, КТ973Б	15,6
ГТ804А-ГТ804В Д238	3		КТ801А, КТ801Б	20
КТ805А-КТ805Б, КТ902АМ	3,3		КТ602А-КТ602Г, КТ604А-КТ604Б, КТ611А-КТ611Г	40