Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Электротехника -> Рутледж Д. -> "Энциклопедия практической электроники" -> 99

Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.

Рутледж Д. Энциклопедия практической электроники — M.: ДМК Пресс, 2002. — 528 c.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка): enciklopediya2002.djvu
Предыдущая << 1 .. 93 94 95 96 97 98 < 99 > 100 101 102 103 104 105 .. 193 >> Следующая

T<=>U (10.39)
Pd <=> I . (10.40)
Такую зависимость еще называют двойной. В усилителе мощности на поверхности транзистора закрепляют металлический теплоотвод (радиатор), который осуществляет более эффективный отвод тепла от транзистора и рассеяние в воздухе. Та мощность, которая рассеивается в воздухе, пропорциональна разности T - T0, где T - температура теплоотвода, a T0 - температура окружающей среды, в данном случае воздуха. Следовательно, количество отведенного тепла определяется отношением разности T-T0K рассеиваемой мощности Pd. Это отношение по своему виду
246] 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
напоминает выражение для сопротивления, поэтому называется тепловым сопротивлением Rt:
Rx = (T-T0)/?, (10.41)
Единицей измерения теплового сопротивления является °С/Вт. Помимо тепловых потерь, возникающих за счет разности температур прибора и окружающей среды, тепловая энергия аккумулируется в материалах при их нагревании. Увеличение температуры пропорционально накопленной в материале энергии, которая является интегралом мощности по времени. Интеграл мощности можно трактовать как электрический заряд, следовательно, отношение тепловой энергии к температуре можно рассматривать как аналог емкости. Эту величину называют теплоемкостью C1. Она описывается выражением:
C1T7 = Pd (10.42)
где штрих означает производную по времени. Единицей измерения теплоемкости является Дж/°С.
На рис. 10.15а представлена тепловая модель цепи транзистора с радиатором.
То t2 t
а) б)
Рис. 10.15. Тепловая модель транзистора с радиатором (а) и график изменения температуры радиатора T от времени (б)
Потребляемая мощность изображена в виде источника тока, а тепловые сопротивление и емкость моделируют передачу потока тепла в воздух. Необходимо также учесть влияние дополнительных факторов. Между транзистором и его корпусом возникает большое тепловое сопротивление, а так как размеры полупроводникового кристалла транзистора невелики, обеспечить эффективную теплопередачу очень трудно. Это сопротивление обозначают как Rj( где символ «j» соответствует р-п переходу. Можно записать:
R5 = (Tj-T)ZP, (10.43)
Здесь T3 - температура транзистора. Резистор Rj включен последовательно с другими элементами. Правильность полученной формулы будет очевидна, если проанализировать, как тепло проходит от транзистора к корпусу и радиатору, а затем рассмотреть процесс накопления тепла в материале (нагрев) и рассеяние его от радиатора в окружающую среду. Температура транзистора должна превысить температуру радиатора.
10.7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ [247]
Уравнение для этой цепи по своей форме аналогично уравнению для RC-цепи, которое рассматривалось в главе 2. Можно начать с дифференциального уравнения первого порядка:
f(t) + Tf'(t) = 0 ' (10.44)
где т - постоянная времени. Решение этого уравнения записывается в виде:
f(t) = f0 exp(-t І т) (10.45)
где f0 - начальное значение величины f. Если правая часть уравнения 10.44 равна нулю, уравнение является однородным. Однако в общем случае правая часть равна некоторой величине х, поэтому необходимо решать неоднородное уравнение:
f(t) + Tf'(t) = X (10.46)
При увеличении времени производная стремится к нулю, следовательно, х будет равно f(t). Если обозначить х через I00, чтобы подчеркнуть данное обстоятельство, уравнение можно записать в виде:
f(t) + Tf'(t) = fTO (10.47)
Для его решения необходимо ввести новую переменную g, которая равна разности f(t) и предельного значения I00:
g(t) = fl[t) - fL (10.48)
Производная от g равна производной от f:
gto-fCt) (10.49)
Уравнение с переменной g однородно и по своему виду полностью совпадает с уравнением 10.44, где g заменило f.
g(t) + Tgy(t) = 0 (10.50)
Решение этого уравнения имеет вид:
g(t) = g0exp(-t/T) . (10.51)
или, если перейти обратно к переменной f.
f(t) = С - (fM - f0)exp(-t І т) (10.52)
С помощью полученного выражения можно определить температуру транзистора по параметрам тепловой схемы. Прежде всего необходимо рассчитать температуру радиатора Т. Отметим, что рассеиваемая мощность Pd является суммой двух составляющих: связанной с резистивным членом (T - T0)/Rt и связанной с емкостным членом C1T7. При этом Rj не влияет на температуру радиатора. Тогда:
T(O-T
Pd = —-^ + C1T' (t) (10.53)
R.
248І 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
Умножив это уравнение на Rj и проведя перегруппировку членов, получим: 1(0 + R1CrCt) = PA + T0 (10.54)
По своей форме данное выражение полностью совпадает с неоднородным уравнением 10.46, что позволяет представить его в следующем виде:
T(t) + Tf(I) = T00 (10.55)
где
T = R1C1 (10.56)
а
T00 = PA + T0 (10.57) По аналогии с выражением 10.52 температура радиатора определяется как:
T(t) = T00 - PA exp(-t І т) (10.58) А температура транзистора Tj:
Tj = T(t) + RjPd (10.59)
10.8. Литература для углубленного изучения
Усилители мощности могут преобразовывать различные сигналы, поступающие от малосигнальных усилителей, поэтому для начала рекомендуем прочесть книгу «Radio Frequency Transistors, Principles and Practical Applications» (авторы Норм Дай (Norm Dye) и Хельга Гранберг (Helge Granberg), издательство Butterworth and Heinemann). В ней подробно рассказано о конструкции усилителей и выполнении измерений. Книга «Solid State Radio engineering» (авторы Герберт Крауз (Herbert Krauss), Чарль Бостен (Charles Bostain) и Фредерик Рааб (Frederick Raab), издательство Wiley) также содержит много полезной информации. Главу, посвященную усилителям мощности, написал Фредерик Рааб, стоявший у истоков создания усилителей мощности класса F Он приводит сравнительный список буквенных обозначений классов усилителей, которые использовались ранее и применяются сейчас.
Предыдущая << 1 .. 93 94 95 96 97 98 < 99 > 100 101 102 103 104 105 .. 193 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed