Коэффициент облученности Ф = Ьр/(Ьр -f 2h), (13.101)

где bp - расстояние между ребрами радиатора, м. За приведенную степень черноты радиатора Вдр можно принять степень черноты радиатора 8р.

Количество тепла, отданное радиатором за счет излучения.

Фрл = л5л(0ср-ес),

(13.102)

- рл где

5л = 2L [(г 1) (6 -f б) + ё] +

+ 2hpLz. (1.3.103)

3. Определяется количество тепла, отданное радиатором в среду при заданных значениях врГ

Фр = Фрк+Фрл-

(13.104)

определенного по

Строится график тепловой характеристики радиатора Фр = / (6р). По заданному значению мощности установленного на радиатор ППП Ф при помощи тепловой характеристики определяется средняя температура основания радиатора вр и перегрев Ор, который должен быть не более

формуле (13.96).

Приведенная методика расчета ребристого радиатора справедлива для радиаторов с прямыми ребрами постоянного сечения. Для прямых ребер треугольного и трапецеидального сечения и для кольцевых ребер методика расчета изложена в [33].

Расчет игольчато-штыревого радиатора

1. Определяется коэффициент кон-вект]вного теплообмена одиночного штыря

где в соответствии с табл. 13.1 для естественной конвекции при 10-* < < GrPr < 5 102 Nu 1,18 X X (GrPr) . Для вынужденной воздушной конвекции при Re = = 1 103... 2 . 1№ Nu = 0,21 Re* При вычислении критерия Nu скорость воздуха определяется в узком сечении канала:

v= vU + d/(s-d)]. (13.105)

где vbx - скорость воздуха на входе в радиатор, м/с; s -- шаг расположения штырей в направлении, нормальном потоку воздуха, м; определяющим размером штыря d является его эквивалентный диаметр d = 45ц1т/П; 8шт - площадь поперечного сечения штыря, м; И - периметр сечения штыря, -м.

2. Находится количество тепла, отданное радиатором в среду

Фр = га (П/ш) dp th (mh). (13.106)

где г - количество штырей радиатора; dp - перегрев основанияэа-диатора, определенный по формуле

(13.95); т = УаП/Лбшт; а=аистк+ + штл( штл определяется по аналогии с предыдущей методикой); X - коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/(м К); h - высота штыря, м.

Приведенная методика расчета справедлива для штырей постоянного поперечного сечения. Для штырей другого профиля методика расчета приведена в [33].

Отличие расчета радиаторов для ИС и МС заключается в определении контактного теплового сопротивления, которое для ИС и МС, приклеенных к радиатору, равно

где бк - толщина клеевого шва между корпусом ИС и радиатором, м; X - коэффициент теплопроводности клея, Вт/(м К); S oHT - площадь клеевого шва, м.

Для ненаполненных клеевых материалов ориентировочно можно принимать = 0,2 ... 0,4 Вт/(м-К). Для клеевых материалов с наполнителями Хц = 0,4 ... 2,0 Вт/(м - К). Подробно вопросы теплообмена через клеевые соединения рассмотрены в [32].

При расчете теплового сопротивления ИС и МС необходимо ноль зоваться полной эквивалентной тепловой схемой (рис. 13.45, а), а для небольших корпусов ИС (например, К401. 14-1, К402. 16-1), кроме того, необходимо учитывать теплосток от корпуса ИС через выводы к печатной плате.

Пример 18. Провести поверочный расчет ребристого радиатора для транзистора в корпусе 301. Дано;

W U5 3d5 325 S15

ZD Й, ,Bm

PH6. 13.47. Тепловая характеристика радиатора (к примеру 18)

Ф = 20 Вт, бс = 313 К, h = 2,0 X X 10-2 м, б = 2 10-3 м, материал радиатора - алюминиевый сплав Д16, %. = 170 Вт/(м - К), 6 = 8 X X 10-3 м, L = 0,1 м. Транзистор установлен на радиатор через слюдяную прокладку толщиной 0,06 мм

gmax , (3.

рость воздуха в каналах радиатора и = 2 м/с, г = 10, ер = 0,9.

Решение. 1. Контактное сопротивление для прокладки из слюды толщиной 0,06 мм; Гк = 1,6 К/Вт (из приведенных выше рекомендаций).

2. Суммарная площадь сечения каналов между ребрами

Sk = (г - 1) bh = (10 - 1) . 8 X

X 10-3 . 2 - 10-2= 1,44 10-Зм2.

3. Задаемся тремя -значениями средней температуры основания радиатора Ор = 333, 343, 353 К и проводим расчет для каждого значения. Покажем ход расчета для бр = = 353 К.

4. По формуле (13.98) определяем температуру

е = 313 + 20/(2 2 1,44 10-Зх X 1,005 . 103 . 1.28) = 316 К.

5. Определяем теплоотдачу с ребер радиатора (см. § 13.1)

Re = vLN = 2.0,1/17-10-6 = 1,18 X

X 10\

Nu = 0,032ReO. = 0,032 . (1,18 X X 10*) . 3 = 58,3,

Защита РЭА от тепловых воздействий a = Nu A,/L = 58,3 - 2,76 10-0,1 = = 16,2 Вт/(м2 . К).

6. Определяем

т = V 2-16,2/170-2 Ю-з = 9,85, т/г= 9.85 .2-10-2= 0,197, th (mh) = 0,2.

7. По формуле (13.99) находим

Фр = 10 170-9,85-0,2-10- - 40 X X 0,2 = 26,8 Вт,

Sp= /,6 = 0.1-2-10-3= 0,2- 10-Зм2

8. Определяем среднюю температуру ребра радиатора

еср= (0р/2)2 11 + I/ch(/n/i)]=353/2[ 1+ -f 1/1,02] = 352 К, ch (mh) = 1.02.

9. По формуле (13.100) вычисляем

л = 0,9-/ (352-316) . 0,167 = 0,9 X Х8,4-0.167 = 1.26 Вт/м2 К, ф = 8- 10-3/(8-10-3 + 2-2,0 - 10-2) = = 0.107 (по формуле (13.101)).

10. По формуле (13.103) определя-

5л = 2 0,1 (10 - 1) - (8 10-3 + + 2 - 10-3) + 2 . 2 . 10-2 . 0,1 .10 = = 5,84.10-2 и2.

И. По формуле (13.102) определя-

Фрл= 1,26-5.84.10-2 (352 - 316) = 2,87 Вт.

12. П-о формуле (13.104) находим

Фр = 14,68 Вт;.

при Bp = 343 К Фр= 22,13 Вт. По тепловой характеристике радиатора (рис. 13.47) определяем, что заданная мощность транзистора ф = = 20 Вт отводится радиатором при Ор = 341 К, flD = 341 - 313 = = 28 К.

Список литературы

13. Определяем по формуле (13.96) средний допустимый перегрев основания радиатора

.д,доп цд j4Qg 20 (1,6 -f 1) - - 313]=35,7К, причем Кнр = 0,94.

14. Сравнивая значение dp , полученное по формуле (13.96), с dp, полученным из графика тепловой характеристики радиатора (рис. 13.47), -убеждаемся, что первая величина больше, а следовательно, заданный радиатор обеспечивает с запасом нормальный тепловой режим транзистора.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агапова М. Г., Гальперин Е. И.

Основы тепловых расчетов полупроводниковых приборов с радиаторами. - Полупроводниковые приборы и их применение/ Под ред. Я. А. Федотова.-М.: Сов. радио, 1965, вып. 14.

2. Астафьев А. В. Окружающая среда и надежность радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1964.

3- Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.- М.: Физматгиз, 1963.

4. Варламов Р. Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. 2-е изд.- М.: Сов. радио, 1975.

5. Володин К). Г., Малюков Г. В. Конструирование, систем терморегулирования подвижных радиоэлектронных комплексов. - М.: Сов. радио, 1977

6. Волохов В. А., Хрычиков Э. Е.; Киселев В. И. Системы охлаждения теплонагруженных радиоэлектронных приборов. - М.: Сов. радио, 1975.

7. Воронин Г. И. Системы кондиционирования воздуха на летательных аппаратах.- М.: Машиностроение, 1973.

8. Гаврилов Ю. А., Тарновский Н.Н. Тепловые . схемы замещения однородного стержня постоянного сечения. - Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1971, т. XIV, № 4.

9. Гаврилов Ю. А. Расчет температурного поля вентилируемого кассетного радиоэлектронного аппарата. - Изв. вузов СССР, Приборостроение, 1972, т. XV, № 7.

10. Глушицкий И. В. Расчет теп- лообмеиа в бортовой аппаратуре летательных аппаратов. - М.; Машиностроение, 1976.

П. Грабой Л. П., Ленская Л. П., Троценко А. В. К вопросу о реакции двухпозициопного термостата иа скачкообразное изменение температуры окружающей среды.- Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1971, вып. 3.

12. Грабой Л. П., Горохов С. М., Ленская Л. П., Водимская Л. П.

Исследование динамических процессов в регулируемых системах термостабилизации тепловыделяющих объектов РЭА.- Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1975, вып. 3.

13. Конструкция корпусов и тепловые свойства полупроводниковых приборов /Годов А. Н. и др.- М.: Энергия, 1972.

14. Дульнев Г. Н. Теплообмен в радиоэлектронных устройствах.- М.: Госэнергоиздат, 1963.

15. Дульнев Г. Н., Тарновский Н. Н. Тепловые режимы радиоэлектронной аппаратуры.- Л.: Энергия, 1971.

16. Закс Д. И. Расчет теплового сопротивления плоских корпусов интегральных схем. - Электронная техника. Сер. VI, 1971, вып. 1 (27).

17. Закс Д. И., Наумов П. М. Анализ температурного поля полупроводниковой микросхемы. - Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника, 1975, т. XVIII, вып. L

18. Захаров А. Л.; Асвадурова Е. И. Метод расчета тепловых сопротивлений мощных транзисторов. - Полупроводниковые приборы и их применение /Под ред. Я- А. Федотова.- М.: Сов. радио, 1968, вып. 10.

19. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.-М.: Госэнергоиздат, 1960.

20. Теоретические основы электротехники в 2-х ч./П. А. Ионкин и