347

Разработка воздушного радиатора транзистора ГТ701А

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Транзистор германиевый сплавной p-n-p универсальный. Корпус металлический со стеклянными изоляторами и гибкими выводами. Коэффициент теплоотдачи зависит от теплофизических свойств воздуха, его режима движения и геометрии омываемой поверхности.

Русский

2012-12-07

668 KB

48 чел.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Рязанский Государственный Радиотехнический Университет»

Кафедра Промышленной Электроники

Курсовая работа по дисциплине

«Тепловые процессы в электронике»

Разработка Воздушного Радиатора Транзистора

ГТ701А

Направление 210100 – «Электроника и микроэлектроника»

Выполнил:

студент группы №926

Мальцев М.В.

Проверил:

Д.Т.Н. проф.

Улитенко А.И.

1) Конструкция транзистора

Транзистор германиевый сплавной p-n-p универсальный. Предназначен для работы в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания, а так же в преобразователях напряжения. Допускается применять в условиях импульсных перегрузок по напряжению и мощности.

Корпус металлический со стеклянными изоляторами и гибкими выводами. Масса транзистора не более 25 г. Масса крепежного фланца не более 7,5 г.

Рис. 1. Общий вид транзистора

2) Предельные эксплуатационные данные

  •  Предельная рассеиваемая мощность – 50 Вт
  •  Максимальная температура корпуса – 90 ºС
  •  Температура окружающей среды – 40 ºС

3) Условные обозначения

Q – рассеиваемая мощность, Вт

Тк – температура корпуса прибора, ºС

Т – температура окружающей среды, ºС

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ºС)

λр – коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/(м  ºС)

λ – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м  ºС)

с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кгºС)

– плотность воздуха, кг/м3

µ – динамическая вязкость воздуха, Пас

β = 1/(273+Т) – коэффициент объемного расширения воздуха, 1/ ºС

h – высота пластины радиатора, м

Nu – критерий Нуссельта

Gr – критерий Грасгофа

Pr – критерий Прандтля

b – ширина пластины радиатора, м

δ – толщины пластины, м

Тх – температура в сечении х радиатора, ºС

t – средняя температура радиатора, ºС

L – ширина радиатора, м

s – ширина межреберных зазоров, м

N – число пластин в радиаторе

p – плотность материала радиатора, кг/м3 

g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/c2

F – общая площадь воздушного радиатора , м2 


4) Основные расчетные соотношения

По условию теплоотдачи при естественной конвекции:

Коэффициент теплоотдачи зависит от теплофизических свойств воздуха, его режима движения  и геометрии омываемой поверхности.

Для вертикальной пластины справедливо критериальное соотношение:

  

Здесь индексы «ж» и «с» обозначают что теплофизические свойства определяются по температуре жидкости (Т) и средней температуры стенки радиатора (t). Индекс «h» означает, что в качестве характерного размера выступает высота пластины.

Оптимальная величина зазора между пластинами s, при котором отдаваемая мощность воздуху максимальна, определяется из условия:

  

Здесь при расчете критерия Gr в качестве характерного размера будет стоять s. А теплофизические свойства воздуха определяются по средней температуре радиатора (t)


5) Тип проектируемого радиатора

Рис.2. Геометрия радиатора

В качестве материала используется Al (Алюминий) с λр = 205 Вт/(м  ºС). При ширине радиатора L число пластин N:


6) Соотношения для расчета средней температуры

радиатора

Рис.3. Передача тепла по ребру радиатора

При числе пластин в радиаторе N, каждая из них рассеивает мощность

Q1 = Q/N; Поверхностная плотность рассеиваемой мощности на ребре

q1 = Q/2bhN;

Поскольку мощность распространяется от основания ребра к его концу, то при подходе к сечению х часть её рассеется и составит:

Оставшаяся часть мощности пройдёт через сечение ребра толщиной dx

Записывая для этой мощности закон теплопроводности в сечении х, получаем:

Проинтегрируем в соответствующих пределах:

Отсюда температура в сечении х:

При  х = b температура на конце радиатора составит:

Здесь температура в основании ребра Tк принимается равной температуре корпуса транзистора.

7) Теплофизические свойства воздуха

Зависимость плотности от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

ρ,

1,293

1,205

1,128

1,060

1,000

0,946

Зависимость теплопроводности от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

λ,

2,4410-2

1,5910-2

2,7610-2

2,910-2

3,0510-2

3,2110-2

 

Зависимость удельной теплоемкости от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

с,

1005

1006

1007

1007

1008

1009

Зависимость динамической вязкости от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

µ,

17,210-6

18,110-6

19,110-6

20,110-6

21,110-6

21,910-6

Зависимость коэффициента объемного расширения от температуры

T,ºC

0

20

40

60

80

100

β,

3,66310-3

3,41310-3

3,19510-3

3,00310-3

2,83310-3

2,68110-3

8) Расчёт геометрических размеров радиатора

С целью придания радиатору компактной формы впишем его размеры в куб с ребром, равным h. В этом случае, принимаем b=h;  L=h. Соответственно число ребер в радиаторе составит . Площадь радиатора будет равна:

здесь толщина ребра δ вначале задаётся произвольно. Согласно уравнению (3) при заданной высоте ребра h величина межреберных зазоров определяется из соотношения:

При расчёте зазора s учитываем, что ребро разогрето не равномерно, следовательно теплофизические свойства воздуха принимаются при средней температуре радиатора, которое на ∆Т, ºС ниже температуры Тк (корпуса транзистора). Её значение определяется из выражения:

Т задаётся произвольно.

Расчёт коэффициента теплоотдачи производиться с помощью соотношения (2), откуда α равна:

Критерий Prc рассчитывать при средней температуре радиатора.

По формуле (1) рассчитывается рассеиваемая мощность   

Задаваясь последовательно различными значениями высоты радиатора h, строится зависимость рассеиваемой мощности от высоты.

По мощности, рассеиваемой транзистором из графика определяем требуемую высоту пластины h, площадь радиатора F, число пластин N и зазор между ними s.

Затем принимая во внимание, что средняя температура ребра на ∆Т, ºС ниже температуры Тк , по ф. (5) подбираем соответствующую ей толщину ребра:

По найденному значению δ1 уточняем ширину радиатора:

9) Последовательность расчёта

Присваиваем выражения для зависимостей теплофизических свойств воздуха от температуры.

Присваиваем рабочие значения температур:

Tк = 90ºС ;

T = 40ºС ;

Присваиваем значения констант:

g = 9,81;  λр = 205;

Задаёмся разностью температур между корпусом транзистора и средней температурой радиатора:

Т = 3ºС

Присваиваем среднюю температуру радиатора:

;

Задаёмся высотой радиатора h и толщиной радиатора δ:

h = 79 мм              δ = 2,8 мм

Присваиваем выражение для определения межреберного зазора s:

Присваиваем выражение для площади радиатора:

Присваиваем выражение для теплоотдачи:

Присваиваем выражение для рассеиваемой мощности:

Присваиваем выражение для уточнённой толщины ребра δ1:

В итоге получаем:

Q = 51,5 Вт

F = 11,3104 мм2

N = 9

α = 9,677 Вт/(м2 ºС)

s = 6,64 мм

δ1 = 2.3 мм

L = 75 мм

10) Выводы

По результатам расчёта радиатора транзистора ГТ701А, рассеивающего мощность 50 Вт при температуре окружающей среды Т = 40 ºС и температуре корпуса радиатора Тк = 90 ºС, сводится к следующему: площадь радиатора    F  = 11,3104 мм2, высота пластин h = 79 мм, ширина радиатора L = 75 мм, толщина пластин δ = 2.3 мм, ширина межреберных зазоров s = 6,64 мм.

Конструкция радиатора, спроектированная по этим данным представлена на рис. 4.

Рис.4. Общий вид радиатора с транзистором

Рязань 2012


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22627. Основні принципи голографії 47 KB
  Метод реєстрації фази хвилі та її відновлення називається голографією. Голограма система перепонок розташованих на шляху світлової хвилі що несе в собі зашифровану фазову та амплітудну інформацію про предмет. Інтенсивність на фотопластинці : де амплітуда опорної хвилі амплітуда відбитої від предмета хвилі. Відтворення за допомогою голограми хвилі яка була розсіяна предметом і несла з собою інформацію про нього ґрунтується на фотометричних властивостях фотографічних матеріалів.
22628. Явище Доплера в оптиці і в акустиці 50.5 KB
  Акустичні хвилі розповсюджуються в середовищі газі всередині якого можуть рухатись джерело і приймаючий пристрійтак що потрібно розглядати не тільки їх рух відносно одинодного а й по відношенню до середовища. Швидкість хвилі в середовищі С=const не залежить від руху джерела. Отже хвилі що вийшли за час τ=t2t1 дійдуть до пристрію протягом часу Θ=Θ2Θ1=τ1V с. Вона рівна: у випадку віддалення від джерела у випадку наближення до джерела Так як швидкість хвилі в середовищі визначається властивостями хвилі тобто не залежить від руху...
22629. Закони збереження та фундаментальні властивості простору і часу 62.5 KB
  Однорідний простір всі точки еквівалентні: L не змінюється при перенесені на нескінченно малий 1 довільне → Рівняння Лагранжа просумуємо по і тоді тобто оскільки закон збереження імпульсу є наслідком варіаційного принципу і однорідності простору. Однорідність часу = закон збереження енергії для ізольованих систем а також для незамкнених систем якщо зовнішні умови не змінюються з часом. Ізотропність простору еквівалентність всіх напрямків: L не зміниться якщо систему повернути на нескінченно малий кут навколо довільної...
22630. Рух тіл в інерціальних та неінерціальних системах відліку. Сили інерції. Коріолісове прискорення 75.5 KB
  Система відліку в якій прискорення матеріальної точки цілком обумовлено лише взаємодією її з іншими тілами а вільна матеріальна точка яка не підлягає дії ніяких інших тіл рухається відносно такої системи прямолінійно і рівномірно називається інерціальною системою відліку ІСВ. Твердження про те що такі системи відліку існують складає зміст 1ого закону Ньютона. Принцип відносності Галілея говорить про те що закони механіки не змінюють свого вигляду при переході від однієї системи відліку до іншої яка рухається рівномірно і прямолінійно....
22631. Закон руху матеріальних точок та твердого тіла 74 KB
  Запишемо другий закон Ньютона для матеріальної точки з даної системи: 1 де зовнішня сила що діє на іту м. Записавши 1 для кожної точки системи та просумувавши всі отриманні рівняння по і маємо: 2. Уведемо задає точкуцентр мас системи Центр мас рухається так ніби в ньому зосереджена вся маса системи. Повна кількість руху системи: = це математичне формулювання закону збереження імпульсу.
22632. Хвилі у пружному середовищі. Хвильове рівняння. Звукові хвилі 66 KB
  Хвилі у пружному середовищі. Звукові хвилі. Хвильовий процес характеризується фазовою швидкістю або швидкістю розповсюдження хвилі с груповою швидкістю або швидкістю розповсюдження хвильового пакету довжиною хвилі частотою або періодом коливань; між цими величинами існує простий звязок: . Довжина хвилі це відстань між частинками які коливаються з однаковою фазою.
22633. Рух ідеальної рідини. Рівняння Бернуллі 75 KB
  Рух ідеальної рідини. Ідеальна рідина внутрішнє тертя відсутнє сила тертя між окремими шарами рідини що тече рідина нестислива. Рівняння 1 для такої рідини має вигляд: Лінії потоку це лінії дотичні до яких в кожній точці співпадають за напрямом з вектором . При стаціонарному русі рідини її частинки при своєму русі не перетинають трубку потоку.
22634. Рух в’язкої рідини. Число Рейнольдса 39.5 KB
  Рух вязкої рідини. Розглянемо стаціонарну течію вязкої рідини в прямій горизонтальній трубі з постійним перерізом. Модуль сили внутрішнього тертя що прикладена до площини S яка лежить на границі між шарами:; або оскільки вісь z напрямлена вздовж радіусу η коефіцієнт вязкості залежить від природи і стану рідини. Виділимо з обєму рідини що тече циліндр радіусу r довжини l та запишемо умови його руху.
22635. Принцип найменшої дії та рівняння Лагранжа 80.5 KB
  Принцип найменшої дії та рівняння Лагранжа. функцією Лагранжа системи. Ці рівняння називаються рівняннями Лагранжа. Властивості функції Лагранжа: Якщо домножити функцію Лагранжа на деяку константу вигляд рівнянь руху не зміниться; Якщо система складається з двох не взаємодіючих частин A і B з функціями Лагранжа та то система описується функцією Лагранжа .