891

Разработка воздушного радиатора транзистора КТ846А

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Транзистор кремниевый мезапланарный структуры n-p-n импульсный. Коэффициент теплопроводности материала радиатора. Соотношение для расчета средней температуры радиатора. Зависимость коэффициента объемного расширения от температуры.

Русский

2013-01-06

1.53 MB

51 чел.

Министерство и образование науки Российской Федерации

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 КТ846А»

Направление 210 100 «Электроника и микроэлектроника»

                                                                  Выполнил студент группы № 921:

Косарев Д.А.

Проверил профессор кафедры ПЭл:

Улитенко А.И.

Рязань 2012

         1. Конструкция транзистора.

         Транзистор кремниевый мезапланарный структуры n-p-n   импульсный. Предназначен для применения в блоках горизонтальной развертки телевизоров и видеоконтрольных устройств. Корпус металлокерамический с жесткими выводами. Масса транзистора не более 20 г.

         2. Предельные эксплуатационные данные.

         Постоянная рассеиваемая мощность, 12.5 Вт.

         Максимальная температура корпуса,  125 оС.

         Температура окружающей среды,  25о С.

         3. Условные обозначения.

         Q – рассеиваемая мощность, Вт.

         Тк – температура корпуса , оС.

         Т – температура окружающей среды, оС.

         α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 оС).

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

         λ – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м оС).

         с – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг оС).

         ρ – плотность воздуха, кг/м3.

         μ – динамическая вязкость воздуха, Н с/м2.

         h – высота пластины радиатора, м.

         Nu – критерий Нуссельта.

         Pr – критерий Прандтля

         Gr – критерий Грасгоффа.

         b – ширина пластины радиатора, м.

         δ– толщина пластины, м.

         Тх – температура пластины радиатора в сечении х, оС.

         t – средняя температура радиатора, оС.

         L – ширина радиатора, м.

         S – ширина межреберных зазоров, м.

         N – число пластин в радиаторе.

         ρρ – плотность материала радиатора, кг/м3.

         g=9.81 м/с2 – ускорение свободного падения.

         F – общая площадь воздушного радиатора, м2.

         β– коэффициент объемного расширениявоздуха.

         4. Основные расчетные соотношения.

         Условия теплоотдачи при естественной конвекции описываются:

)                                                 (1)           

         Коэффициент теплоотдачи зависит от теплофизических свойств  воздуха, его режима движения и геометрии омываемой поверхности. Для вертикальной пластины справедливо:

 

         Индексы ж и с :теплофизические свойства определяются по температуре жидкости Т и t. Индекс h означает, что в качестве характерного размера выступает высота пластины. Оптимальная величина зазора S при котором отдаваемая мощность воздуха максимальна. Определяется из условия:

         Здесь при расчете  Grsc  в качестве характерного размера выступает S (величина зазора), а теплофизические свойства воздуха определяются по средней температуре радиатора t.

         5. Тип проектируемого радиатора.

         Радиатор пластинчатого типа.

         

         В качестве материала используем алюминий  λр= Вт/(м оС).

         При L , число  

         6. Соотношение для расчета средней температуры радиатора.

         

         При числе пластин  N каждое из них рассеивает мощность:

         Поверхностная плотность рассеиваемой мощности на ребре:

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

         Оставшаяся часть мощности пройдет через сечение ребра, толщиной dx. Она составит:

         Для этой мощности закон теплопроводности в сечении х будет:

         Проинтегрируем в соответствующих пределах:

         Температура в сечении х:

         При х=b температура на конце радиатора :

         Средняя температура радиатора :

         или:

 

Температура в основании ребра равна температуре корпуса транзистора.

         7. Теплофизические свойства воздуха.

         Зависимость плотности от температуры:

Т, оС

0

20

40

60

80

100

ρ, кг/м3

1,293

1,205

1,128

1,060

1,000

0,946

         Зависимость теплопроводности от температуры:

Т, оС

0

20

40

60

80

100

λ, Вт/(м oС)

2,44 10-2

2,59 10-2

2,76 10-2

2,9 10-2

3,05 10-2

3,21 10-2

         Зависимость удельной теплоемкости от температуры:

Т, oС

0

20

40

60

80

100

с, Дж/(кг. oС)

1005

1006

1007

1007

1008

1009

         Зависимость динамической вязкости от температуры:

Т, С

0

20

40

60

80

100

μ, Па с

17,2 10-6

18,1 10-6

19,1 10-6

20,1 10-6

21,1 10-6

21,9 10-6

  Зависимость коэффициента объемного расширения от температуры:

Т, С

0

20

40

60

80

100

β, 1/ С

3,663 10-3

3,413 10-3

3,195 10-3

3,003 10-3

2,833 10-3

2,681 10-3

         8. Расчет геометрических размеров радиатора.

         С целью придания радиатору компактной формы пишем его размеры в куб с ребром равным h, принимаем b=h  и  L=h. Число ребер в радиаторе составит:

         Площадь радиатора будет:

         Здесь δ в начале задается произвольно. При заданной высоте h величина межреберных зазоров определяется:

         При расчете S учтем, что ребро разогрето неравномерно, теплофизические свойства воздуха принимаются при средней температуре радиатора, которые на Т oС ниже температуры корпуса транзистора Тк.

Т                                                        (28)

Расчет коэффициента теплоотдачи производится из формулы :

            

         Prс  рассчитывается при средней температуре  радиатора t. Далее рассчитывается рассеиваемая мощность:

         Задаваясь последовательно различными значениями высоты h стоится зависимость рассеиваемой мощности Q от h.Затем по мощности рассеиваемой транзистором из графика определяем требуемую высоту пластин h, число пластин N, зазор между ними S. Затем принимая во внимание что средняя температура ребра на Т oС ниже Тк подбираем соответствующую ей толщину ребра.

         По найденному σ1 уточняем ширину радиатора L:

           9. Последовательность расчета.

         1) Присваиваем выражения для зависимостей теплофизических свойств воздуха от температуры.

8

         2) Присваиваем температуру корпуса Tk и температуру окружающей среды T.

                          

         3) Присваиваем значения констант.

                     

         4) Задаемся разностью температур между температурой корпуса и средней температурой радиатора.

         5) Присваиваем среднюю температуру радиатора t.

         6) Задаемся высотой радиатора  h и толщиной пластины σ.

               

  7) Присваиваем выражение для ширины межреберных зазоров S.

                                      ( 34)

         8) Присваиваем выражение для количества ребер N.

                                                      (35)

         9) Присваиваем выражение для площади радиатора  F.

                                                  (36)

         10) Присваиваем выражение для коэффициента теплоотдачи α.

(37)

         11) Присваиваем выражение для рассеиваемой мощности Q.

                                               (38)

12) Присваиваем выражения для уточненной толщины ребра δ1.
                                                        (39)

 

 13) Присваиваем выражение для ширины радиатора L.

                                         (40)

         14) Определяем значения.

Q=12,825

F=8

N=5,876

α=15,432

S=

         15) График зависимости рассеиваемой мощности Q от высоты пластины радиатора h.

         График зависимости рассеиваемой мощности Q от высоты пластины радиатора h.

10. Выводы.

         По результатам расчета радиатора- транзистора «КТ846А» рассеивающего мощность 12,825 Вт при температуре окружающей среды 25 оС и температуре корпуса радиатора 125 оС параметры радиатора следующие:

         Площадь радиатора F=8м2.

         Высота пластины радиатора  м.

         Толщина пластины радиатора  м.

         Ширина радиатора   м.

         Число пластин в радиаторе  N =6

         Ширина межреберных зазоров  S= м

         Коэффициент теплоотдачи α=15,4Вт/(м2 оС).            


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79386. ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ И ЕГО ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ 36 KB
  Световое излучение – поток лучистой энергии: ультрафиолетовые, инфракрасные видимые лучи. Вызывает ожоги, поражение органов зрения, возгорание горючих веществ. Время действия – 20 секунд. Защита: непрозрачные материалы, убежища, различные преграды.
79387. ХИМИЧЕСКОЕ И БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКОЕ (БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ) 41 KB
  Поражают нервную систему через органы дыхания и кожу, желудочно-кишечный тракт. Стойкость: летом – сутки; зимой – несколько недель и даже месяцев Признаки: слюнотечение, сужение зрачков (миоз), затруднение дыхания, тошнота, рвота, судороги, паралич.
79388. Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа. Молярная газовая постоянная 54.89 KB
  Уравнение состояния идеального газа. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа с помощью формулы Больцмана может быть выражена через температуру: Подставляя это выражение в основное уравнение молекулярно-кинетической теории...
79389. История атомистических учений. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул 22.61 KB
  Наблюдения и опыты подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Среди трудов крупных философов-физиков занимавшихся учением о молекулярном строении вещества особую роль сыграли труды великого русского учёного М. Строение вещества дискретно прерывисто.
79390. Тепловое движение. Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии частиц 41.99 KB
  Опытные данные лежащие в основе молекулярно-кинетической теории служат наглядным доказательством молекулярного движения и зависимости этого движения от температуры. Опыт явился одним из первых практических доказательств состоятельности молекулярно-кинетической теории строения вещества.
79391. Объяснение агрегатных состояний вещества на основе атомно-молекулярных представлений 114.02 KB
  Ещё в четвёртом веке до н.э. было известно, что свойства вещества определяются свойствами его атомов молекул. Прошло двадцать четыре века но информация о структуре вещества полученная за это время не сказалась на основных положениях физики определяющих агрегатное состояние вещества.
79392. Модель строения жидкости. Насыщенные и ненасыщенные пары. Влажность воздуха 97.31 KB
  Основным свойством жидкости отличающим её от других агрегатных состояний является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений даже сколь угодно малых практически сохраняя при этом объём.
79393. Поверхностное натяжение. Смачивание и несмачивание. Капиллярность 167.81 KB
  Наиболее характерным свойством жидкости отличающим ее от газа является то что на границе с газом жидкость образует свободную поверхность наличие которой приводит к возникновению явлений особого рода называемых поверхностными.
79394. Модель строения твёрдых тел. Механические свойства твёрдых тел. Упругость, пластичность, хрупкость. Диаграмма растяжения 26.38 KB
  Причиной этих свойств во многом являются силы связи между молекулами материала. Под твердостью понимают сопротивление материала которое он создает при вдавливании или царапании его поверхности другим телом. Оценка твердости материала проводится с помощью простого испытания на твердость методом царапания.