10.1. ラジエーターの目的- 半導体デバイスから熱を除去します。これにより、p-n 接合の温度が低下し、デバイスの動作パラメータへの影響を軽減できます。 プレート、フィン、ピンのラジエーターが使用されます。放熱を改善するには、半導体デバイスをラジエーターに直接取り付けるのが最善です。デバイスをシャーシから電気的に絶縁する必要がある場合、ラジエーターは絶縁体を介してシャーシに取り付けられます。ガスケット。 ラジエーターの熱放出能力は、ラジエーターが作られている材料 (またはその表面) の黒さの程度によって異なります。
黒度が高いほど放熱効果が高くなります。
10.2. ピンラジエーター-半導体デバイスに非常に効果的なヒートシンク。 製作には厚さ4～6mmのジュラルミン板と直径3～5mmのアルミ線が必要です。
加工済みの放熱板の表面に、ピン穴、トランジスタ（またはダイオード）の端子、取り付けネジの位置をセンターポンチでマーキングします。 列のピンの穴の中心間の距離 (ピッチ) および列間の距離は、使用するアルミニウム ワイヤーの直径の 2 ～ 2.5 倍に等しい必要があります。 穴の直径は、ワイヤが可能な限り最小の隙間で穴に入るように選択されます。 裏側には、深さ 1 ～ 1.5 mm の皿穴が開けられます。
マンドレルは長さ 80 ～ 100 mm、直径 B ～ 10 mm の鋼棒で作られ、棒の端にワイヤの直径より 0.1 mm 大きい直径の穴が開けられます。 穴の深さは、将来のラジエターピンの高さと同じである必要があります。
米。 10.1. ラジエターピン用クリンパ
次に、必要な数のピンブランクを切断します。 これを行うには、ワイヤーをマンドレルの穴に挿入し、マンドレルから突き出る端の長さがプレートの厚さより 1 ～ 1.5 mm 大きくなるようにワイヤー カッターで切断します。 マンドレルを穴を上に向けて万力で固定し、ピンブランクを穴に挿入し、その突出端にプレートを下向きに置き、ハンマーで軽く叩いてリベットで留め、皿穴を埋めるようにします。 すべてのピンはこのように取り付けられます。
ピン ヒートシンクは、ベース プレートの穴にピンを取り付ける少し異なる方法を使用して作成することもできます。 鋼製圧着が行われ、直径3、長さ45 mmまでのピンの図が図に示されています。 10.1. 圧着の作動部分は硬化する必要があります。 ラジエーターのベースの穴にピンを挿入し、ベースをアンビルの上に置き、ピンの上に圧着を付けてハンマーで叩きます。 ピンの周囲にはリング溝が形成されており、ピン自体は穴にしっかりと収まります。
両面ラジエーターを作成する必要がある場合は、そのような圧着が 2 つ必要になります。そのうちの 1 つにピンを挿入し、穴を上にしてアンビルに取り付け、ラジエーターのベースにネジを切り、2 番目の圧着を行います。その上に圧着が施されています。 上部のカシメ部分をハンマーで叩くことで、ピンが両面同時に固定されます。 この方法は、アルミニウム合金と銅合金の両方からラジエーターを製造するために使用できます。 最後に、はんだ付けを使用してピンを取り付けることができます。 これを行うには、材料として直径2〜4 mmの銅線または真鍮線を使用します。 ピンの一端は、プレートの厚さより 1 ～ 2 mm 長い長さに錫メッキされます。 プレートの穴の直径は、錫メッキのピンがそれほど苦労せずに穴に収まるようにする必要があります。
液体フラックスがベースの穴 (表 9.2) に注入され、ピンが挿入され、強力なはんだごてで各ピンがはんだ付けされます。 作業の最後に、ラジエーターをアセトンで洗浄します。
米。 10.2. 強力なトランジスタ用のヒートシンク
10.3. 銅板ラジエーター同様のパッケージの P210、KT903 などの強力なトランジスタ用に 1 ～ 2 mm の厚さを作成できます。 これを行うには、銅から直径60 mmの円を切り出し、トランジスタとそのリード線を取り付けるための穴をワークピースの中心にマークします。 次に、その円を半径方向に金属ハサミで20mm切り、円周を12等分します。 トランジスタを取り付けた後、各セクターを 90°回転させて上に曲げます。
10.4. 強力なトランジスタ用のラジエータータイプ KT903、KT908 およびその他の類似のケースは、厚さ 2 mm のアルミニウム シートから作成できます (図 10.2)。 指定されたラジエーターの寸法は、トランジスタで最大 16 W の電力を放散するのに十分な放射表面積を提供します。
米。 10.3. 低電力トランジスタ用ラジエーター: a-scan; b - 全体図
10.5。 低電力トランジスタ用ラジエーター図の図面に従って、厚さ0.5 mmの赤銅または真鍮のシートから作ることができます。 10.3. すべての切断が完了したら、適切な直径のマンドレルを使用してリーマーを丸めてチューブにします。 次に、ワークピースをトランジスタ本体にしっかりと配置し、側面取り付け耳を事前に曲げたスプリングリングで押し付けます。 リングはから作られています 鋼線直径0.5〜1mm。 指輪の代わりに銅線包帯を使用することもできます。 次に、側面の耳を下に曲げ、ワークピースの切断された「羽」を外側に希望の角度に曲げます。これでラジエーターの準備が整います。
10.6。 KT315、KT361シリーズのトランジスタ用ラジエータートランジスタハウジングの幅より 2 ～ 3 mm 幅の銅、アルミニウム、または錫のストリップから作ることができます (図 10.4)。 トランジスタは、エポキシまたは熱伝導率の良いその他の接着剤を使用してラジエーターに接着されます。 トランジスタハウジングとラジエーター間の熱接触を改善するには、接触点のハウジングから塗装コーティングを除去し、それをラジエーターに取り付け、最小限の隙間で接着する必要があります。 通常どおり、ラジエーターの下端が基板に触れるようにして、ラジエーターを備えたトランジスタを基板に取り付けます。 ストリップの幅が 7 mm、ラジエーター (厚さ 0.35 mm の錫メッキ板金製) の高さが 22 mm の場合、損失電力が 500 mW の場合、トランジスタが設置されている場所のラジエーターの温度は接着時の温度は55℃を超えないでください。
10.7。 ラジエーターは「壊れやすい」金属でできており、たとえば、ジュラルミンのシートからプレートのセットの形で作られます（図10.5）。 ガスケットや放熱板を製作する際には、穴の端や板の端にバリがないようにする必要があります。 ガスケットとプレートの接触面は、平らなガラスの上に置き、目の細かいサンドペーパーで慎重に研磨されます。 トランジスタハウジングをデバイス本体から隔離する必要がない場合は、ラジエーターを絶縁ガスケットなしでデバイス本体の壁または内部パーティションに取り付けることができ、より効率的な熱伝達が保証されます。
10.8。 ラジエーターにダイオード タイプ D226 を取り付けるまたはヒートシンクプレート上にあります。 ダイオードはフランジを使用して固定されます。 カソード端子の根元を噛み落とし、底面をきめの細かいサンドペーパーできれいで平らな表面が得られるまで徹底的に洗浄します。 カソード端子を残す必要がある場合は、ラジエーターに端子用の穴を開け、アセトンで底部のワニスを取り除き、ダイオードの側面 (縁) を底部と面一になるように慎重にやすりで削り、熱接触を良くします。ダイオードとラジエーター。
10.9。 熱接触の改善トランジスタとヒートシンクの間にあると、トランジスタの消費電力が大きくなります。
場合によっては、特に鋳造ラジエーターを使用する場合、熱接触点の空洞やその他の表面の欠陥を（改善するために）除去することが困難であり、不可能な場合もあります。 この場合、鉛ガスケットが役に立ちます。 リードプレートは、2 つの滑らかな平棒の間で約 10.5 mm の厚さに慎重に圧延または平らにされ、スペーサーは必要なサイズと形状に切り出されます。 両面を目の細かいサンドペーパーできれいにし、トランジスタの下に取り付け、アセンブリをネジでしっかりと圧縮します。 鉛は熱伝導率が低いため、ガスケットの厚さは 1 mm 以下にしてください。
10.10。 アルミラジエターの黒ずみ。ラジエーターの熱伝達効率を高めるために、通常、その表面はマットで暗い色にされています。 手頃な方法黒化 - 塩化第二鉄の水溶液によるラジエーターの処理。
溶液を調製するには、同量の塩化第二鉄粉末と水が必要です。 ラジエーターはほこりや汚れを取り除き、ガソリンまたはアセトンで徹底的に脱脂し、溶液に浸します。 溶液中に5〜10分間放置します。 ラジエーターの色はダークグレーです。 処理は換気の良い場所または屋外で行う必要があります。
知っていましたか？
10.11.
低電力トランジスタの熱状況は、トランジスタの金属本体上にトーラス (「ステアリング ホイール」) を配置することで軽減できます。これは、直径 0.5 ～ 1.0 mm の銅、真鍮、または青銅のワイヤをねじった螺旋です。
10.12.
良好なラジエーターデバイスの金属本体または内部パーティションの場合があります。
10.13.
平面度 コンタクトパッドラジエーターは、トランジスタのベースに塗料を塗り、それをコンタクトパッドの表面に塗布することによってチェックされます。 接触部分が突出している。 ラジエーターパッドはカラーリングされます。
10.14.
良好な熱接触を確保するために、ヒートシンクに隣接するトランジスタの表面をシリコンなどの不乾性潤滑剤で潤滑することができます。 これにより、接点の熱抵抗が 1.5 ～ 2 倍減少します。
10.15.
冷却条件を改善するには、空気の対流を妨げないようにラジエーターを配置する必要があります。ラジエーターのフィンは垂直で、トランジスタが配置されている側が上下ではなく横にある必要があります。
保護について 電気図電界効果トランジスタを使用した電源の極性が間違っているため、充電器の電源が切れたときに充電器からバッテリーが自動的に切断されるという長い間未解決の問題を抱えていたことを思い出しました。 そして私は、太古の昔からダイオードが遮断素子としても使用されていた別のケースにも同様のアプローチを適用できるかどうかに興味を持ちました。
この記事は典型的な自転車組み立てガイドです。 は、その機能が何百万もの完成したデバイスに長い間実装されてきた回路の開発について話しています。 したがって、この要求はこの資料を完全に実用的なものとして扱っているわけではありません。 むしろ、これは、電子デバイスがどのように誕生するかという単純な物語です。必要性の認識から、あらゆる障害を乗り越えて実用的なプロトタイプが完成するまでです。
これは一体何のためにあるのでしょうか？
低電圧 DC 電源をバックアップする場合、鉛蓄電池をバッファとして組み込む最も簡単な方法は、複雑な頭脳を搭載する前の自動車で行われていたように、主電源と単純に並列することです。 バッテリは最適なモードでは動作しませんが、常に充電されており、電源入力の主電源電圧がオフまたはオンになったときに電源を切り替える必要はありません。 以下では、そのようなインクルージョンの問題のいくつかとそれらを解決する試みについて詳しく説明します。背景
ほんの 20 年前には、そのような問題は議題に上っていませんでした。 この理由は、一般的な主電源 (または充電器) の回路構成にあり、主電源がオフになったときにバッテリーが出力回路に放電するのを妨げていました。 見てみましょう 最も単純なスキーム半波整流によるブロック:主電源巻線の交流電圧を整流する同じダイオードが、主電源電圧がオフになったときにバッテリが変圧器の二次巻線に放電するのを防止することも明らかです。 全波ブリッジ整流回路は、多少分かりにくいですが、まったく同じ特性を持っています。 また、パラメトリック電圧安定化装置を電流アンプ (広く普及している 7812 マイクロ回路やその類似回路など) とともに使用しても、状況は変わりません。
実際、このような安定化回路の簡略化された回路を見ると、出力トランジスタのエミッタ接合が同じ遮断ダイオードの役割を果たし、整流器出力の電圧が失われると閉じて、電圧を維持することが明らかになります。バッテリーの充電はそのままです。
しかし、近年ではすべてが変わりました。 パラメトリック安定化機能を備えた変圧器電源は、効率と電力重量比がはるかに高い、よりコンパクトで安価なスイッチング AC/DC 電圧コンバータに置き換えられました。 しかし、これらの電源には利点がたくさんありますが、欠点が 1 つあります。出力回路は非常に複雑な回路設計になっており、通常、二次回路からの電流逆流に対する保護が提供されていません。 その結果、「BP -> バッファバッテリー -> 負荷」の形式のシステムでこのような電源を使用する場合、主電源電圧がオフになると、バッテリーは電源の出力回路に集中的に放電し始めます。
最も簡単な方法（ダイオード）
最も簡単な解決策は、電源とバッテリーを接続するプラス線にショットキー バリア ダイオードを接続して使用することです。
ただし、このような解決策の主な問題点は、前述の記事ですでに述べられています。 さらに、12 ボルトの鉛蓄電池がバッファ モードで動作するには少なくとも 13.6 ボルトの電圧が必要であるという事実により、このアプローチは受け入れられない可能性があります。 そして、ダイオードの両端にほぼ半分のボルトが降下すると、既存の電源と組み合わせた場合、この電圧はまったく達成できなくなります（まさに私の場合）。
これらすべてにより、次の特性を持つ自動切り替えの代替方法を探す必要があります。
- オン時の順方向電圧降下が低い。
- スイッチがオンになったときに、負荷およびバッファ バッテリによって電源から消費される直流電流に、重大な発熱を伴わずに耐える能力。
- 逆電圧降下が高く、オフ状態の自己消費が低い。
- ノーマリオフ状態。充電済みのバッテリが最初は通電されていないシステムに接続されても、放電が開始されません。
- バッテリーの有無や充電レベルに関係なく、主電源電圧が印加されると自動的にオン状態に移行します。
- 停電時に可能な限り最速で自動的にオフ状態に移行します。
素朴なソリューション (DC リレー)
要件を分析するとき、少しでも「詳しい」人なら誰でも、この目的に電磁リレーを使用するというアイデアを思いつくでしょう。これは、次の方法を使用して物理的に接点を閉じることができます。 磁場、巻線の制御電流によって生成されます。 そしておそらく彼はナプキンに次のような落書きをするでしょう。
この回路では、電源の出力に接続された巻線に電流が流れる場合にのみ、常開リレー接点が閉じます。 しかし、要件のリストをよく見てみると、この回路はポイント 6 に対応していないことがわかります。結局のところ、リレー接点が一度閉じられている場合、主電源電圧の損失によってリレー接点が開くことはありません。巻線 (およびそれに伴う電源の出力回路全体) は、同じ接点を介してバッテリーに接続されたままになります。 正帰還の典型的なケースとしては、制御回路が実行回路と直接接続されており、その結果、システムが双安定トリガーの特性を獲得する場合があります。
したがって、そのような単純なアプローチは問題の解決策ではありません。 さらに、現在の状況を論理的に分析すると、「BP -> バッファーバッテリー」の区間では、理想的な条件下では、バルブに電流を一方向に流す以外の解決策はあり得ないという結論に簡単に達することができます。 実際、外部制御信号を使用しない場合、回路のこの時点で何をしても、スイッチング素子のいずれかがオンになると、バッテリーによって生成された電気とバッテリーによって生成された電気が区別できなくなります。電源。
ラウンドアバウト（ACリレー）
前述のすべての問題を認識した後、「ゴロゴロする」人は通常、電源自体を一方向導電性バルブとして使用するという新しいアイデアを思いつきます。 なぜだめですか？ 結局のところ、電源が可逆デバイスではなく、その出力に供給されるバッテリ電圧が入力で 220 ボルトの交流電圧を生成しない場合 (実際の回路では 100% の場合に発生します)、この差は、スイッチング素子の制御信号として使用されます。
ビンゴ！ すべての要件が満たされており、これに必要なのは、主電源電圧が印加されたときに接点を閉じることができるリレーだけです。 これは、主電源電圧用に設計された特別な AC リレーである可能性があります。 または、独自のミニ電源を備えた通常のリレー（ここでは、単純な整流器を備えた変圧器のない降圧回路で十分です）。
勝利を祝うこともできたが、私はこの決定が気に入らなかった。 まず、何かをネットワークに直接接続する必要がありますが、これはセキュリティの観点からは良くありません。 第二に、このリレーはおそらく最大数十アンペアの大きな電流を切り替える必要があるという事実があり、これにより全体の設計が最初に思われるほど単純でコンパクトではなくなります。 そして第三に、このような便利な電界効果トランジスタはどうでしょうか?
第一の解決策（FET + バッテリー電圧計）
この問題に対するより洗練された解決策を模索するうちに、外部からの「再充電」がなければ、約 13.8 ボルトの電圧でバッファ モードで動作するバッテリは、負荷がない場合でもすぐに元の電圧を失うという事実に気づきました。 。 電源で放電が始まると、最初の 1 分で少なくとも 0.1 ボルトが失われます。これは、単純なコンパレータで確実に固定するには十分以上です。 一般に、その考え方は次のとおりです。転流電界効果トランジスタのゲートはコンパレータによって制御されます。 コンパレータ入力の 1 つは安定した電圧源に接続されています。 2 番目の入力は電源分圧器に接続されています。 さらに、分圧係数は、電源投入時の分圧器の出力電圧が安定化電源の電圧より約 0.1 ～ 0.2 ボルト高くなるように選択されます。 その結果、電源がオンになっているときは、分圧器からの電圧が常に優先されますが、ネットワークの電源がオフになると、バッテリ電圧が低下すると、この降下に比例して電圧も低下します。 しばらくすると、分圧器の出力の電圧が安定化器の電圧よりも低くなり、コンパレータは電界効果トランジスタを使用して回路を遮断します。このようなデバイスの概略図は次のとおりです。
ご覧のとおり、コンパレータの直接入力は安定した電圧源に接続されています。 この電源の電圧は、原則として重要ではありません。主なことは、コンパレータの許容入力電圧内にあることですが、バッテリ電圧の約半分、つまり約6ボルトであると便利です。 コンパレータの反転入力は電源分圧器に接続され、出力はスイッチング トランジスタのゲートに接続されます。 反転入力の電圧が順入力の電圧を超えると、コンパレータの出力が電界効果トランジスタのゲートをグランドに接続し、トランジスタがオンになって回路が完了します。 ネットワークの電源を切った後、しばらくするとバッテリ電圧が低下し、それに伴ってコンパレータの反転入力の電圧も低下し、それが直接入力のレベルを下回ると、コンパレータがトランジスタのゲートを「切り離す」ことになります。接地して回路を遮断します。 その後、電源が再び「活性化」すると、反転入力の電圧は即座に通常レベルまで上昇し、トランジスタが再び開きます。
この回路の実際の実装には、手持ちの LM393 チップを使用しました。 これは非常に安価 (小売価格で 10 セント未満) ですが、同時に経済的であり、非常に優れた特性を備えたデュアル コンパレータです。 最大 36 ボルトの電源電圧に対応し、少なくとも 50 V/mV の伝達係数を持ち、入力はかなり高いインピーダンスを持ちます。 最初に市販された高出力 P チャネル MOSFET である FDD6685 がスイッチング トランジスタとして採用されました。 いくつかの実験の後、次の実用的なスイッチ回路が導出されました。
その中で、安定した電圧の抽象的な電源は、抵抗 R2 とツェナー ダイオード D1 で構成される非常に現実的なパラメトリック スタビライザーに置き換えられ、分圧器はトリミング抵抗 R1 に基づいて作成され、これにより分圧係数を必要に応じて調整できます。価値。 コンパレータの入力は非常に重要なインピーダンスを持っているため、スタビライザのダンピング抵抗の値は 100 kΩ 以上になる可能性があり、これにより漏れ電流を最小限に抑え、デバイスの総消費電力を最小限に抑えることができます。 トリミング抵抗の値はまったく重要ではなく、回路の性能に影響を与えることなく、10 ～ 数百 kΩ の範囲で選択できます。 コンパレータ LM393 の出力回路はオープンコレクタ回路に従って構築されているため、その機能を完了するには数百 kΩ の抵抗を持つ負荷抵抗 R3 も必要です。
デバイスの調整は、トリマー抵抗スライダーの位置を、マイクロ回路の脚 2 の電圧が脚 3 の電圧を約 0.1 ～ 0.2 ボルト超える位置に設定することになります。 セットアップするには、高インピーダンス回路ではマルチメーターを使用しない方が良いですが、抵抗スライダーを低い位置に設定し（図に従って）、電源を接続します（まだバッテリーは接続していません）。そして、超小型回路のピン 1 の電圧を測定しながら、抵抗器の接点を上に動かします。 電圧が急激にゼロに低下するとすぐに、プレチューニングは完了したと見なすことができます。
最小の電圧差でオフにしようと努めるべきではありません。これは必然的に回路の誤動作につながるからです。 実際の状況では、逆に、意図的に感度を下げる必要があります。 実際のところ、負荷がオンになると、電源の非理想的な安定化と接続線の有限の抵抗により、回路の入力電圧は必然的に低下します。 これは、過度に敏感なデバイスがそのようなドローダウンを電源の切断とみなして回路を破壊するという事実につながる可能性があります。 その結果、電源は負荷がない場合にのみ接続され、残りの時間はバッテリーが動作する必要があります。 確かに、バッテリーがわずかに放電すると、電界効果トランジスタの内部ダイオードが開き、電源からの電流がそれを通って回路に流れ始めます。 しかし、これはトランジスタの過熱を引き起こし、バッテリーが長期間の過充電モードで動作することになります。 一般に、最終校正は実際の負荷の下で実行し、マイクロ回路のピン 1 の電圧を監視し、最終的には信頼性のために小さなマージンを残す必要があります。
この方式の重大な欠点は、校正が比較的複雑であることと、正しい動作を保証するためにバッテリ エネルギーの潜在的な損失を許容する必要があることです。
最後の欠点が私を悩ませ、少し考えた結果、バッテリー電圧ではなく、回路内の電流の方向を直接測定するという考えに至りました。
第 2 のソリューション (電界効果トランジスタ + 電流方向計)
電流の方向を測定するには、いくつかの賢いセンサーを使用できます。 たとえば、導体の周囲の磁場ベクトルを記録するホール センサーを使用すると、回路を中断することなく、方向だけでなく電流の強さも決定できます。 しかし、そのようなセンサー（およびそのようなデバイスの経験）が不足しているため、電界効果トランジスタのチャネル上の電圧降下の符号を測定することを試みることにしました。 もちろん、オープン状態では、チャネル抵抗は 100 分の 1 オームで測定されます (これがアイデア全体の目的です)。しかし、それにもかかわらず、それは非常に有限であり、それを試してみることができます。 このソリューションを支持するもう 1 つの議論は、微調整の必要がないことです。 電圧降下の絶対値ではなく、電圧降下の極性のみを測定します。最も悲観的な計算によれば、FDD6685 トランジスタのオープン チャネル抵抗が約 14 mOhm、LM393 コンパレータの「min」列からの差動感度が 50 V/mV である場合、フル電圧スイングは 12 ボルトになります。コンパレータ出力では、トランジスタを流れる電流は 17 mA をわずかに上回ります。 ご覧のとおり、この値は非常に現実的です。 実際には、コンパレータの標準感度が 200 V/mV であり、設置を考慮した実際の条件でのトランジスタのチャネル抵抗が 25 mOhm 未満になる可能性は低いため、この値は約 1 桁小さくなるはずです。ゲートでの制御電圧振幅は 3 ボルトを超えてはなりません。
抽象的な実装は次のようになります。
ここで、コンパレータの入力は、電界効果トランジスタの反対側の正のバスに直接接続されています。 電流が流れると、 異なる方向、コンパレータの入力の電圧は必然的に異なり、その差の符号は電流の方向に対応し、大きさは電流の強さに対応します。
一見すると非常に単純な回路ですが、ここでコンパレータへの電源供給に問題が生じます。 それは、測定すべきものと同じ回路からマイクロ回路に直接電力を供給できないという事実にあります。 データシートによると、LM393 入力の最大電圧は、電源電圧から 2 ボルトを引いた値を超えてはなりません。 このしきい値を超えると、コンパレータは直接入力と反転入力の電圧の差を認識しなくなります。
この問題には 2 つの解決策が考えられます。 1 つ目は、明らかですが、コンパレータの電源電圧を上げることです。 少し考えてみると、2 番目に思い浮かぶのは、2 つの分圧器を使用して制御電圧を均等に下げることです。 次のようになります。
このスキームはそのシンプルさと簡潔さで魅力的ですが、残念ながら現実の世界では実現可能ではありません。 実際のところ、コンパレータ入力間の電圧差はわずか数ミリボルトです。 同時に、抵抗器の抵抗値のばらつきは、最高精度クラスであっても 0.1% です。 最小許容分圧比が 2 ～ 8 で、分圧器のインピーダンスが 10 kOhm である場合、測定誤差は 3 mV に達します。これは、17 mA の電流でのトランジスタの電圧降下よりも数倍大きくなります。 同じ理由で、分圧器の 1 つでの「チューナー」の使用は削除されます。高精度のマルチターン抵抗を使用する場合でも、0.01% を超える精度で抵抗を選択することはできないからです (さらに、忘れないでください)。時間と温度のドリフトについて）。 さらに、上ですでに書いたように、理論的には、この回路はほぼ「デジタル」の性質があるため、キャリブレーションはまったく必要ありません。
これまで述べてきたことを踏まえると、実際に残された唯一の選択肢は、電源電圧を上げることです。 原理的には、わずかな部品を使用して必要な電圧の昇圧コンバータを構築できる特殊なマイクロ回路が膨大にあることを考慮すると、これはそれほど問題ではありません。 ただし、デバイスの複雑さとその消費量はほぼ 2 倍になるため、これは避けたいと考えています。
低電力ブーストコンバータを構築するにはいくつかの方法があります。 たとえば、ほとんどの統合コンバータは、チップ上に直接配置された「電源」スイッチと直列に接続された小さなインダクタの自己誘導電圧を使用します。 このアプローチは、たとえば、数十ミリアンペアの電流で LED に電力を供給するなど、比較的強力な変換に正当化されます。 私たちの場合、約 1 ミリアンペアの電流を供給するだけでよいため、これは明らかに冗長です。 制御スイッチ、2 つのコンデンサ、2 つのダイオードを使用した DC 電圧倍増回路の方がはるかに適しています。 その動作原理は次の図から理解できます。
トランジスタがオフになった最初の瞬間には、興味深いことは何も起こりません。 電源バスからの電流はダイオード D1 および D2 を通って出力に流れ、その結果コンデンサ C2 の電圧は入力に供給される電圧よりわずかに低くなります。 ただし、トランジスタが開くと、コンデンサ C1 は、ダイオード D1 とトランジスタを介して、ほぼ電源電圧 (D1 とトランジスタ間の直接降下を差し引いた) まで充電されます。 ここで、再度トランジスタを閉じると、充電されたコンデンサ C1 が抵抗 R1 および電源と直列に接続されていることがわかります。 その結果、その電圧は電源の電圧まで加算され、抵抗器 R1 とダイオード D2 で損失が発生したため、C2 は Uin のほぼ 2 倍に充電されます。 この後、サイクル全体をやり直すことができます。 その結果、トランジスタが定期的に切り替わり、C2からのエネルギー抽出がそれほど大きくない場合、12ボルトからわずか5つの部品（キーを除く）のコストで約20ボルトが得られ、その中には巻線が1つもありませんまたは次元要素。
このようなダブラーを実装するには、すでにリストされている要素に加えて、発振ジェネレーターとキー自体が必要です。 細かいことがたくさんあるように思えるかもしれませんが、実際にはそんなことはありません。必要なものはほとんどすべてすでに揃っているからです。 LM393 には 2 つのコンパレータが含まれていることを忘れていないでしょうか? そして、これまでのところそのうちの 1 つしか使用していないという事実はどうでしょうか? 結局のところ、コンパレータはアンプでもあります。つまり、コンパレータを肯定的に捉えると、 フィードバックによる 交流電流、発電機になります。 同時に出力トランジスタが定期的に開閉し、ダブラーキーの役割を完璧に果たします。 計画を実行しようとすると、次のようになります。
最初は、動作中に実際に生成される電圧で発電機に電力を供給するという考えは、非常に突飛なものに思えるかもしれません。 ただし、よく見てみると、発電機は最初にダイオード D1 と D2 を通じて電力を受け取っていることがわかります。これは発電機を起動するには十分な電力です。 発電が行われた後、ダブラーが動作し始め、供給電圧は約 20 ボルトまでスムーズに上昇します。 このプロセスには 1 秒もかかりません。その後、ジェネレータとそれに伴う最初のコンパレータが、回路の動作電圧を大幅に超える電力を受け取ります。 これにより、電界効果トランジスタのソースとドレインの電圧差を直接測定し、目標を達成する機会が得られます。
これがスイッチの最終的な図です。
それについては説明する必要はありません。すべては上記で説明されています。 ご覧のとおり、この装置には単一の調整要素が含まれておらず、正しく組み立てられていれば、すぐに動作し始めます。 すでによく知られている能動素子に加えて、追加されたダイオードは 2 つだけです。このダイオードには、最大逆電圧が少なくとも 25 ボルト、最大順電流が 10 mA の低電力ダイオードを使用できます (たとえば、広く使用されている古いマザーボードからはんだを除去できる 1N4148 を使用しました)。
この回路はブレッドボード上でテストされ、完全に機能することが証明されました。 得られたパラメータは期待に完全に一致します。両方向の瞬時スイッチング、負荷接続時の応答不良なし、バッテリからの消費電流はわずか 2.1 mA です。
プリント基板レイアウト オプションの 1 つも含まれています。 300 dpi、パーツの側面から表示 (したがって、鏡像で印刷する必要があります)。 電界効果トランジスタは導体側に実装されています。
組み立てられたデバイス、完全に設置準備完了:
昔ながらの方法で配線したため、少し曲がってしまいましたが、それでもデバイスは、最大 15 アンペアの電流が流れる回路で数日間、過熱の兆候もなく定期的にその機能を実行しています。
ラジエーターについて
パワーアンプのヒートシンク（ラジエーター）は、その動作特性において重要な役割を果たし、まずアンプの信頼性を決定し、通常、独自の特性を持っています。 主なものは次のとおりです。
-熱抵抗
- 冷却エリア。
詳しい物理学には立ち入りませんが、ラジエーターの熱抵抗は、加熱点がその熱を冷却面であるリブに伝達する速度です。 このパラメータが考慮されることはほとんどないため、自家製アンプは失敗することがよくあります。 図18にパワートランジスタのフランジからヒートシンクの加熱過程を模式的に示します。
図 18 ヒートシンクの耐荷重ベース内部の熱分布。
支持台の厚みが3mmの場合、材質の厚みが薄いため、フランジからの熱はすぐに裏側に伝わり、広がりが遅くなります。 その結果、かなりの局所加熱が発生し、冷却面 (フィン) は冷たいままになります。 支持ベースの厚さが 8 mm であると、水平面内のラジエーターの部分を暖める必要があるため、フランジからの熱はラジエーターの背面にはるかにゆっくりと到達します。 このようにして、加熱はより均一に発生し、冷却面はより均一に温まり始めます。
もちろん、たくさんの式を掘り出してここに投稿することもできますが、これはあまりにも「重い」数学なので、ここでは計算のおおよその結果についてのみ説明します。
ABアンプの支持ベースの厚さは次のとおりです。 10Wごとに1mmアンプ出力電力、ただし 2 mm 以上。 電力が 100 W を超える場合、支持ベースの厚さは 100 W を超える 50 W ごとに少なくとも 9 mm + 1 mm でなければなりません。 マルチレベル電源（G、H）のパワーアンプの場合も同様に支持台の厚みを計算しますが、アンプパワーをパワーレベル数で割った値を初期パワーとします。
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力 |
厚さ |
計算方法 |
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クラス |
最小 | ||
| 40W/10=4mm | |||
| 40W/10=6mm | |||
| 150 W - 100 W = 50 W が 100 W 制限を超えているため、9 mm + 1 mm = 10 mm | |||
| 300 W - 100 W = 200 W が 100 W 制限を超えているため、9 mm + (200 / 50) = 9 mm + 4 mm = 13 mm | |||
| 600 W - 100 W = 500 W が 100 W 制限を超えているため、9 mm + (500 / 50) = 9 mm + 10 mm = 19 mm | |||
| 900 W - 100 W = 800 W が 100 W の制限を超えているため、9 mm + (800 / 50) = 9 mm + 16 mm = 25 mm | |||
|
クラス |
500 / 2 = 250 W - 1 レベルで放出される最大電力、250 - 100 = 150 - ベースの差 100 W、150 / 50 = 3 - ベースへの追加の厚さ 9 mm、9 +3 = 12 mm の厚さラジエーターの支持基盤。 | ||
| 1000 / 2 = 500、500 - 100 = 400、400 / 50 = 8、9 + 8 = 17 mm | |||
| 2000 / = 1000、1000-100 = 900、900 / 50 = 18、9 + 18 = 27 mm | |||
100 Wを超える電力の計算が段階的に行われるのは、このようなアンプがすでに並列接続された複数のトランジスタを使用しており、ラジエーターの支持ベースのさまざまな場所で熱を均等に放散するためです。 クラス G および H の場合、電力は 2 で除算されます。これは、供給電圧の変化 (第 2 レベルの接続) によって放出電力が減少し、信号レベルが特定の値に達した場合にのみ消費されるためです。
冷却面積は、ラジエーターの主な寸法を測定することによって純粋に数学的に計算されます - 図 19
図20 ヒートシンクの冷却面積の計算
この式では次のようになります。
a - 両側で冷却媒体（この場合は空気）と接触するため、耐荷重ベースの厚さは 2 倍になります。
b と d - 本質的にフィンの高さ。両方が冷却媒体と接触するため、両方の側が使用されます。
c - リブの頂点の幅は無視できます。
dはラジエターフィン間の距離です。
e - ラジエーターの背面の長さ。
n はラジエーターのフィンの数です。
hはラジエーターの高さです。
固定突起や追加の引き潮もカウントできますが、原則として、それらの面積は主要なものに比べて無視できるため、無視できます。 この式では、リブの端の面積も考慮されていません。
|
力 |
ラジエーターエリア |
ラジエーターエリア |
|
| クラスAB | |||
| クラスG | |||
| クラスH | |||
10 x 10 cm、厚さ0.5 cmのアルミニウムシートの合計冷却面積は10 x 10 = 100平方センチメートル、2面、つまり100 x 2 = 200平方センチメートルであるため、巨大な冷却領域を恐れる必要はありません。 . cm に、面積 0.5 x 10 = 5 の 4 つの端辺を加えると、さらに 20 平方 cm が追加され、結果として 200 + 20 = 220 cm が得られ、図 27 に示すラジエーター (寸法 17 x 5.5 x 11.5 cm) は次のようになります。冷却面積は3900平方センチメートルなので、さらに、計算には、最も難しい曲を再生するときにラジエーターを最大80度まで加熱することが含まれます。
質問にはすぐに答えるべきです なぜ授業なのか Gそして Hラジエーターの面積がほぼ 2 倍小さくなり、その理由は G未満 H?
より理解できる答えを得るには、一連の図 7 ～ 13 に戻ってもう一度読み直してみる価値があります。最大電力は、出力信号が電源電圧の半分に等しい振幅値を通過する瞬間にのみ消費され、それ以外の場合には消費されます。瞬間的に増加または減少します。 2 つのレベルで電力を供給すると、消費電力は最初の「フロア」の電力供給の半分に達するまで増加し、その後減少し、最初の「フロア」の電力供給とほぼ等しい値に達すると、再び増加し始めます。 2 番目の電源フロア (クラス H) が段階的にオンになるため、最大値は最初の「フロア」の 2 倍になります。 ただし、2 番目の「フロア」がオンになった後は、出力信号が増加するにつれて電力は減少します。 したがって、正弦波信号の半サイクルで、最終トランジスタは最大電力を 2 倍消費しますが、AB 級と比較した値をわずか数パーセント上回るだけです。 クラスGの場合、加熱プロセスはHとは多少異なります。電源の2番目の「フロア」の接続が段階的に行われず、スムーズに行われ、端子トランジスタの消費電力が均等ではありませんが分散されるためです-3番目の「 「床」には最初の床よりも重い負荷がかかります。 出力信号の振幅が 2 階のターンオン値に達するまで、終端トランジスタは通常モードで動作し、2 階がオンになると電力を消費しますが、大幅には消費しません。 2 階のトランジスタがオンになったとき、1 階と 2 階の間の予想される差は 15 ～ 18 V です。 最高のパワー消費するのはそれらであり、これはそれらがオンになった瞬間に起こり、出力信号の振幅が増加するにつれて、消費電力は減少します。 言い換えれば、アンプの冷却面積Gは、ラジエーターのさまざまな場所で熱放出が発生するという事実により、Hよりも小さくなります。1階が動作している間、一部のトランジスタは2階が動作するとすぐに加熱します。オンにすると冷却が始まり、別の場所にある他のトランジスタがラジエーターを加熱します。
適切な冷却領域を備えたラジエーターがない場合は、コンピューター機器のファンをラジエーターに取り付けて強制冷却を使用できます (図 21)。
図21 外観コンピュータファン
扇子を購入するときは、ステッカーの文字に注意してください。 ファンにはメーカーに加えて、ファンの性能を決定する電圧と消費電流も表示されます。 図 22 では、左側は静音の低速モーター (電流 0.08A) で、ほとんど聞こえませんが、かなり弱い冷却流も生成します。右側はうなり音を立てる送風機 (消費電流 0.3A) です。 。 パワーアンプには高性能ファンを使用することをお勧めします。回転速度を下げる（電源電圧を下げる）と常にパフォーマンスを低下させることができますが、常にパフォーマンスを上げることができるわけではなく、より正確に言えば、非常にまれであるためです。 ファン制御にはいくつかのオプションがあります。
図 22 左側は低パフォーマンスのサイレント、右側は高性能のハミングです。
ファンを選択するときは、性能に加えて、寸法も決定する必要があります。市場にはすでに非常に多くのサイズがあり、一部のメーカーではすべり軸受を使用しているため、MTBF は人によって異なります（インペラシャフトは回転します）。パウダーブロンズライナー）、ボールベアリングを使用しているものもあります。もちろん、これははるかに長く動作し、ほこりが詰まりにくいです。
エアフローにはいくつかのオプションがある場合があります。たとえば、最も人気のある 2 つのオプションを見てみましょう。
最初のオプションは、基本的にコンピューター技術で広く使用されており、ファンがフィンの側面に取り付けられ、空気の流れが冷却フィンのちょうど間に向けられる場合です (図 23)。
図23 放熱フィン側へのファンの取り付け
コンピューター機器ではあまり人気がありませんが、産業機器では非常に人気のあるパイプ方式です。 このオプションでは、2 つのラジエーターのフィンが互いに向き合った状態で回転し、ラジエーターの端にあるファンによって空気の流れがフィン間に向けられます (図 24)。
図 24 2 つの同一のラジエーターから風洞を組み立てる。
トランジスタが 1 つのラジエーターに配置されている場合、1 つのファンがかなり長いラジエーターを「吹き抜ける」ことができるため、このオプションはオーディオ機器にとってはある程度望ましいです。 n-p-n 構造一方、p-n-pでは、電気絶縁ガスケットなしで行うことができ、トランジスタ本体とラジエーターの間の熱抵抗が減少します。 もちろん、ラジエーターはハウジングから絶縁する必要があり、この方法は出力段としてエミッターフォロアを使用するアンプ (LANZAR、HOLTON) には受け入れられます。
ちなみに、コンピューターに使用されているプロセッサーのラジエーターは強制冷却用に設計されており、かなり広い冷却領域があるという事実にもかかわらず、ファンなしで使用することはお勧めできません。 実際には、ラジエターフィン間の距離が非常に狭く、自然な空気の循環が難しく、その結果、熱伝達がほぼ2.5〜3倍低下します。 消費電流 0.13A のファンを使用すると、P-IV プロセッサーの 1 つのラジエーターは、それぞれ 140 W の出力電力でインストールされた 2 つの STONECOLD アンプからの熱に対処できます。
上記をすべて要約すると、次の結論を導き出すことができます。
- ラジエーターを選択するときは、冷却領域だけでなく、支持ベースの厚さにも注意を払う必要があります。
- 2 レベル電源を備えたパワーアンプは、同じ出力電力での発熱がクラス AB アンプよりもほぼ 2 倍少ないです。
-冷却領域が不十分な場合は、性能を調整できる強制冷却（ファン）を使用すると強力です。
ラジエーターのトランジスタについて
たとえトランジスタが正しく選択され、ラジエーター面積が正しく計算されたとしても、ラジエーターにトランジスタを正しく取り付けるというもう1つの問題が残ります。
まず第一に、トランジスタまたはマイクロ回路が取り付けられているラジエーターの表面に注意を払う必要があります。そこに余分な穴があってはならず、表面は滑らかで、塗料で覆われていない必要があります。 ラジエーターの表面が塗装で覆われている場合は、それを除去する必要があります サンドペーパー、塗料が除去されるにつれて、紙の粒子は減少するはずであり、塗料の痕跡が残っていない場合は、目の細かいサンドペーパーで表面をしばらく研磨する必要があります。
カッティングマシン（グラインダー）の専用アタッチメントをサンドペーパーホルダーとして使用したり、グラインダーを使用すると大変便利です。 可能なオプションノズルは写真に表示されています。
図 25 このディスクは古い塗装を除去し、表面を平らにするのに適しています
ラジエーターの「不要なフィン」を取り除いた箇所を「粗く」研磨します。
ラジエーター加工中 必然的に適切なサイズの万力に固定します.
図 26 このアタッチメントは「仕上げ」の研削には適していますが、切断機の使用はお勧めできません。アルミニウムがサンドペーパーに「くっつき」、機械を手で持つのが非常に困難です。怪我をする可能性があります。 ノズル自体の形状も手になじみやすく、手作業で研磨するのも不便はなく、ノズルにネジをねじ込んで絶縁テープを巻くと作業が楽しくなります。
ラジエーター フィンの一部のみを除去する必要がある場合は、支持ベースに切断ホイールを作成し、小径の切断ホイールを使用してベースのフィンに切断を加え、「余分な」破片を破壊します。オフ。 この後、大きなやすりまたは砥石車（切断砥石とは異なり、はるかに厚い）を使用してラジエーターを万力に固定し、リブの破断点を支持ベースの表面と同じ高さにします。 次に、研削工具を準備します。 これを作るには、表面が平らな木製の梁が使用されます。 ビームの幅は取り外したリブの幅よりわずかに小さく、高さは取り外したリブの高さの約 2 倍にする必要があります。これにより、手に持ちやすくなります)。 次に、ゴムのストリップをビームの「作業」側の両方に接着します（薬局でゴム包帯を購入したり、加硫ブースでインナーチューブの一部を購入したりできます）。 ゴムは伸ばさないでください。使用される接着剤はゴム用であるか、ポリウレタンベースのものです。 次に、ビームの片側に粗い研磨用の目の粗いサンドペーパーを貼り付け、もう一方の面には「仕上げ」用の目の細かいサンドペーパーを貼り付けます。 これにより、あまり力を入れずにラジエーターの表面を素早く研削できる両面研削装置が作成されます。 カーディーラーで販売されている紙ベースのサンドペーパーを使用する場合は、もう少し量が必要になります。ホームセンターで販売されているものよりも集中的に（はしごベースで）研磨されますが、カーショップにははるかに豊富な品揃えがあります。粒子サイズ - かなり粗い粒子から粉砕「ゼロ」までの範囲。
図 27 「昔の」電話交換機のラジエーターは 2 台の UM7293 アンプを設置するために準備されています
ラジエーターの長さは 170 mm、冷却面積は 4650 平方センチメートルです。合計電力 150 W (2 x 75) の計算値は 3900 平方センチメートルです。
多くの場合、絶縁ガスケットを介してトランジスタをラジエーターに取り付ける必要があります。 マイカの切断には問題はありませんが、絶縁ファスナーに関しては誤解が生じることがよくあります。 トランジスタ TO-126、TO-247、TO-3PBL (TO-264) のハウジングは、絶縁固定が必要ないように構造的に設計されています。ハウジングの内側や取り付け穴で、フランジと電気的に接触することはありません。起こる。 しかし、TO-220、TO-204AA ハウジングは絶縁ファスナーなしでは対応できません。
通常のネジとワッシャーを使用して、このような留め具を自分で作成することで、この状況から抜け出すことができます (図 28-a)。 ネジの頭の近くに糸が巻かれています（できれば綿ですが、今日それを見つけるのは非常に困難です）。 巻きの長さは 3.5 mm を超えてはならず、直径の増加は 3.7 mm を超えてはなりません (図 28-b)。 次に、糸にスーパーグルー、できればセカンドまたはスーパーモーメントを含浸させます。 接着剤が隣の糸につかないように、糸を注意深く濡らしてください。
接着剤が乾燥している間に、「導体」を作成する必要があります。これは、トランジスタフランジの内側にある絶縁ライナーの高さを正規化できるようにするデバイスです。 これを行うには、プラスチック、アルミニウム、またはテキストライトの部品に穴を開ける必要があります（ワークピースの厚さは少なくとも3 mmで、最大値は重要ではありませんが、5 mmを超えても意味がありません）。できれば ボール盤(したがって、ワークピースの平面に対する角度は正確に 90° になりますが、これは重要ではありません)、直径は 2.5 mm です。 次に、直径 4.2 mm の凹部を 1.2 ～ 1.3 mm の深さまで開けます。深さを大きくしすぎないように、手動で凹部をドリルで開けることをお勧めします。 次に、M3 ネジを 2.5 mm の穴に切り込みます (図 28-c)。
図28
次に、ネジにワッシャーを置き、接着されたネジ山が凹部内で止まるまで「ジグ」にねじ込みます。ワッシャーをワークピースの平面に配置し、ヘッドを使用してスーパーグルーをネジ間の接触点に塗布します。ねじとワッシャーをコンタクトの全周に沿って取り付けます (図 29-a)。 接着剤が乾いたらすぐに、得られた溝にねじ山を巻き付け、ねじ山がねじ頭の直径に揃うまで時々スーパーグルーで湿らせます。理想的には、ワッシャー近くのねじ山はわずかに大きくなければなりません。 得られるプラスチック ライナーは円錐台の形状になります (図 29-b)。 接着剤が乾いたらすぐに、これには約 10 分かかります (接着剤は巻線内でよりゆっくりと乾きます)。ネジを緩めて (図 29-c)、トランジスタをラジエーターに取り付けることができます (図 30)。トランジスタのフランジとラジエーターの取り付け位置を熱伝導性ペースト (KPT-8 など) で処理します。 ちなみに、IBMプロセッサをオーバークロックするためのいくつかのサイトが、さまざまなサーマルペーストの熱伝導率に関するテストを実施しました。KPT-8は常にどこでも2位に表示されており、コストが勝者よりも数倍低いという事実を考慮すると、KPT-8が判明しました。価格と品質の比率でリーダーになること。
図29
図 30 自作の絶縁ネジを使用して TO-220 トランジスタを固定します。
TIA TO-247 トランジスタのハウジングは、そこにある穴を使用してラジエーターに取り付けることができ、絶縁ファスナーは必要ありませんが、高出力アンプを組み立てる場合、厚い耐荷重ベースに穴を開けたりねじ込んだりするのは非常に面倒です。 - 4対の端がある場合、8つの穴を準備する必要がありますが、それは400〜500ワットのアンプのみです。 また、シルミンやジュラルミン、さらにはアルミなどはドリル加工でも刃先に固着してドリル折損につながりますが、ネジ切りの際にタップが何本折れるかは言わない方が良いでしょう。
したがって、場合によっては、同じ構造のすべてのトランジスタを一度に押す追加のストリップを使用し、締結具として太いネジを使用する方が簡単で、必要なネジの数も大幅に少なくなります。締結オプションの 1 つを図 31 に示します。写真からわかるように、6 つのトランジスタはわずか 3 本のネジで押されており、それぞれを個別のネジで押すとさらに大きな力がかかります。 修理の場合（もちろんそれは禁じられていますが）、ネジを外すのがはるかに簡単になります。
図 31 ストリップを使用してトランジスタをラジエーターに取り付ける。
クランプ力の意味は、金属用のタッピンねじ（板金の固定に使用され、すべてのホームセンターで販売されています。すぐにワッシャーからゴムを取り外す方が良いです。いずれにせよ破損します）を締めるとき、ストリップを締めるときです。 M4 ネジで作られたスペーサーを使用して、片側を M3 ネジに当てます。 この構造の全体の高さは、文字通り0.3...0.8 mm、トランジスタハウジングの厚さよりもわずかに大きいことがわかり、これによりバーがわずかに歪んで、その2番目の端でトランジスタを中央に押し付けます。ハウジングの。
したがって、ストリップを選択するときは、以下に基づいて幅を計算する必要があります。
- 端から穴の中央まで M3 ネジで 3 ～ 4 mm
- M3 ネジを使用した穴の中央から 6 ～ 7 mm のタッピングネジを使用した穴の中央まで
- ネジ穴の中央からトランジスタの端まで 1 ～ 2 mm
- トランジスタの端からボディの中央まで±2 mm。
トランジスタはこの方法でほぼすべてのパッケージに実装できるため、ストリップの幅 (mm) は意図的に示されていません。
このバーはグラスファイバーで作ることができ、その細片は通常アマチュア無線家の間で転がっています。 テキストライトの厚さは 1.5 mm で、TO-220 エンクロージャを固定するには、テキストライトを 3 つに折り、TO-247 エンクロージャを取り付ける場合は 4 つに、TO-3PBL エンクロージャを取り付ける場合は 5 つに折りたたむ必要があります。 Textolite が箔でコーティングされている場合は、機械的またはエッチングによって箔を除去します。 次に、最も粗いサンドペーパーで研磨し、できればジェルジンスク製のエポキシ接着剤で接着します。 鉋を研磨して接着剤でコーティングした後、余分な接着剤がどこかに垂れることを考慮して、ストリップを折り畳んでプレスの下に置くか、万力で固定します。 より良い場所落下を防ぐために、そこにビニール袋を入れてから捨ててください。
接着剤は室温で少なくとも 1 日は重合する必要があります。ドリルビットを増やして重合を加速する価値はありません。接着剤は脆くなりますが、逆に加熱すると、接着剤の物理的特性を変えることなく接着剤の硬化時間を短縮できます。接着剤。 乾燥キャビネットがない場合は、通常のヘアドライヤーで温めることができます。
追加のテキストライトのストリップを垂直に 2 つに折り曲げて、厚板の片面にさらなる剛性を与えることをお勧めします。
エポキシ接着剤が乾燥した後、ストリップとトランジスタ本体の機械的接触の代わりに、3つまたは4つに折った横向きの紙のストリップを貼り付ける必要があります（結果のストリップの幅は5〜8 mmで、状況に応じて異なります）。トランジスタボディ上）、あらかじめワークピース全体をポリウレタン接着剤（TOP-TOP、MOMENT-CRYSTAL）でコーティングしておきます。 この紙層は、ケースをラジエーターに押し付ける労力を軽減することなく、均一に押し付けるために必要な弾力性を提供します (図 32)。
クランプバーの材質としてはグラスファイバーだけでなく、コーナー材やジュラルミン材など十分強度のある材質も使用可能です。
図32
ちょっとした技術的なアドバイス - セルフタッピングネジはドリルの形状をしており、鉄板を固定するときにラジエーターに穴を開けるときに穴あけする必要がないという事実にもかかわらず、セルフタッピングネジがねじ込まれている場所では、ドリルを使用した方が良いです。アルミニウムの厚さはこれらのセルフタッピンねじが設計されている材料よりもはるかに厚く、アルミニウムは刃先に非常に強く貼り付くため、直径 3 mm の穴を開けることができます (ねじ込むときに頭をひねるだけで済みます)セルフタッピングネジを使用して、穴を開けずにアルミニウムまたはシルミンに取り付けます）。
取り付けストリップの使用は、「異なる口径」のトランジスタをラジエーターに取り付けるときに、薄いケースとの接触点でストリップを少し厚くすることで行うこともできます。また、トランジスタは薄く、通常は発熱が低いという事実を考慮すると、厚み不足は発泡ゴム両面テープを何層か重ねて貼ることで補えます。
もう一つ未解決の問題があります - 電源の電力ですが、それについては
これで自作パワーアンプの故障が減ることを祈ります…。
このページは、加熱工学、オーディオ工学、コンピュータ プロセッサのオーバークロックと冷却方法に関する膨大な数のサイトの資料、パワー アンプの工場出荷時のバージョンの測定と比較、はんだごてとハンダ付けアイロンの訪問者からのメッセージと通信に基づいて作成されました。 A LITTLE AUDIO EQUIPMENT フォーラムが使用されました。
= ([ホットスポットの温度、grC] - [低温点の温度、grC]) / [許容損失、W]
これは、熱点から冷点までの熱出力 X W があり、熱抵抗が Y grC / W である場合、温度差は X * Y grC になることを意味します。
パワー素子の冷却計算式
電子パワー素子の熱除去を計算する場合、同じことを次のように定式化できます。
[パワー素子の結晶温度、grC] = [周囲温度、grC] + [許容損失、W] *
どこ [ 総熱抵抗、grC / W] = + [ケースとラジエーター間の熱抵抗、grC / W] + (ラジエーター付きの場合)、
または [ 総熱抵抗、grC / W] = [クリスタルとケース間の熱抵抗、grC / W] + [ハウジングと環境間の熱抵抗、grC / W】（ラジエター無しの場合）。
計算の結果、参考書に指定されている最大許容値を下回るような結晶温度を取得する必要があります。
計算用のデータはどこで入手できますか?
ダイとケース間の熱抵抗パワー要素については、通常、参考書に記載されています。 そして、次のように指定されます。
参考書に測定単位 K/W または K/W が含まれているという事実に混乱しないでください。 これは、この値がワットあたりのケルビンで与えられ、W あたりの grZ で与えられるとまったく同じになることを意味します。つまり、X K/W = X grZ/W となります。
通常、参考書では、技術的な変動を考慮して、この値の可能な最大値が示されています。 最悪の場合を想定して計算を実行する必要があるため、これが必要になります。 たとえば、水晶と SPW11N80C3 パワー電界効果トランジスタのボディ間の最大可能熱抵抗は 0.8 GHz/W です。
ケースとヒートシンク間の熱抵抗住宅の種類によって異なります。 一般的な最大値を表に示します。
| TO-3 | 1.56 |
| TO-3P | 1.00 |
| TO-218 | 1.00 |
| TO-218FP | 3.20 |
| TO-220 | 4.10 |
| TO-225 | 10.00 |
| TO-247 | 1.00 |
| DPパック | 8.33 |
絶縁ガスケット。私たちの経験では、絶縁ガスケットを正しく選択して取り付けると、熱抵抗が 2 倍になります。
ケース/ヒートシンクと環境間の熱抵抗。 この熱抵抗は、ほとんどのデバイスで許容できる精度で非常に簡単に計算できます。
[熱抵抗、grC / W] = [120、(grC * 平方センチメートル) / W] / [ラジエーターまたは要素本体の金属部分の面積、平方メートル。 cm].
この計算は、自然 (対流) または人工の空気の流れのための特別な条件を作成することなく、エレメントとラジエーターが設置されている条件に適しています。 係数自体は私たちの実際の経験から選択されました。
ほとんどのラジエーターの仕様には、ラジエーターと環境間の熱抵抗が含まれています。 したがって、計算ではこの値を使用する必要があります。 この値は、ラジエーターに関する表形式のデータが見つからない場合にのみ計算する必要があります。 私たちは開発サンプルを組み立てる際に中古ラジエーターを使用することが多いため、この計算式は非常に役に立ちます。
プリント基板の接点を通じて熱が放散される場合、接触面積も計算に使用できます。
電子素子（通常、比較的低電力のダイオードやツェナーダイオード）の端子を通じて熱が放散される場合、端子面積は端子の直径と長さに基づいて計算されます。
[ターミナルエリア、平方メートル cm。] = 円周率 * ([ 右リードの長さ、cm。] * [右端子の直径、cm。] + [左リードの長さ、cm。] * [左端子の直径、cm。])
放熱器なしのツェナーダイオードからの熱除去の計算例
ツェナー ダイオードに直径 1 mm、長さ 1 cm の 2 つの端子があり、0.5 W が消費されるとします。 それから：
ターミナル面積は約0.6平方メートルとなる。 cm。
ケース（端子）と環境間の熱抵抗は、120 / 0.6 = 200 となります。
この場合、クリスタルとケース (端子) の間の熱抵抗は 200 よりはるかに小さいため、無視できます。
デバイスが動作する最高温度が 40 grC であると仮定します。 この場合、結晶温度 = 40 + 200 * 0.5 = 140 grC となり、これはほとんどのツェナー ダイオードで許容可能です。
ヒートシンク～ラジエーターのオンライン計算
プレートラジエーターの場合は、プレートの両側の面積を計算する必要があることに注意してください。 放熱に使用される PCB トレースの場合、もう一方の面は環境と接触していないため、片面のみを採取する必要があります。 針ラジエーターの場合、1 本の針の面積を概算し、この面積に針の数を掛ける必要があります。
ラジエーターなしでの熱除去のオンライン計算
1 つのラジエーターに複数の要素が搭載されています。
1 つのヒートシンクに複数の要素が取り付けられている場合、計算は次のようになります。 まず、次の式を使用してラジエーターの温度を計算します。
[ラジエター温度、grC] = [周囲温度、grC] + [ラジエーターと環境の間の熱抵抗、grC / W] * [総電力、W]
[結晶温度、grC] = [ラジエター温度、grC] + ([結晶と素子本体間の熱抵抗 grC / W] + [素体と放熱器間の熱抵抗 grC / W]) * [要素によって消費される電力、W]
多くの場合、パワートランジスタを使用して強力なデバイスを設計する場合、または回路内で強力な整流器を使用する場合、単位、場合によっては数十ワットに達する大量の熱電力を放散する必要がある状況に直面します。
たとえば、Fairchild Semiconductor の IGBT トランジスタ FGA25N120ANTD は、正しく取り付けられていれば、理論上、ハウジング温度 25 °C でハウジングを介して約 300 ワットの熱電力を供給できます。 また、ケースの温度が 100 °C の場合、トランジスタは 120 ワットを供給できますが、これも非常に大きな値です。 しかし、トランジスタ本体がこの熱を伝達できるようにするには、原則として、早期に焼き切れないよう適切な動作条件を提供する必要があります。
すべての電源スイッチは、外部ヒートシンク (ラジエーター) に簡単に取り付けることができるケースで製造されています。 ほとんどの場合、端子ハウジング内のキーまたはその他のデバイスの金属表面は、このデバイスの端子の 1 つ、たとえばトランジスタのコレクタまたはドレインに電気的に接続されます。
したがって、ラジエーターの役割は正確に、トランジスタ、主にその動作接合部を最大許容温度を超えない温度に保つことです。
アンドレイ・ポヴニー