2398 Prosty miernik radiatorow.pdf

Projekty AVT

Prosty

miernik

radiatorów 2398

W poprzednim wydaniu EdW zamie−

szczono obszerny artykuł na temat radiato−

rów. Podane tam wiadomości okażą się bar−

dzo pomocne przy dobieraniu rodzaju i wiel−

kości radiatora do typowych potrzeb. Do−

świadczenie uczy jednak, że nie zawsze moż−

na wszystko obliczyć na papierze. W wielu

wypadkach są stosowane nietypowe profile,

często nieznane są dodatkowe parametry nie−

zbędne do obliczeń, na przykład wpływ obu−

dowy i braku dobrej wentylacji, i w rezulta−

cie dobór radiatora jest utrudniony. W skraj−

nych przypadkach wielkość radiatora dobie−

rana jest “superprecyzyjną metodą na oko”.

Przyrząd opisany w tym artykule okaże

się znakomitą pomocą przy praktycznym do−

borze radiatora. Z jego pomocą można

sprawdzić, czy dany radiator okaże się wy−

starczający do danego zastosowania. Można

też sprawdzić, jaką moc maksymalną może

rozproszyć dany radiator. I co najważniejsze,

wszystko to można wykonać w warunkach

normalnej pracy, zamykając radiator w prze−

widzianej dla niego obudowie. Uzyskane

w ten sposób wyniki będą jak najbardziej

wiarygodne, co jest ważne zwłaszcza w przy−

padkach, gdy z konieczności radiator powi−

nien być jak najmniejszy.

Układ może wydać się skomplikowany.

W rzeczywistości zarówno zasada działania,

budowa jak i obsługa są bardzo proste i niko−

mu nie powinny sprawić trudności. Wykona−

nia tego pożytecznego przyrządu mogą pod−

jąć się nawet niezbyt zaawansowani elektro−

nicy. A obsługa przyrządu polega na:

− przykręceniu badanego radiatora do

tranzystora pomiarowego,

− umieszczeniu ich w przewidzianej obu−

dowie,

− odczytaniu mocy, jaką rozprasza dany

radiator przy temperaturze złącza +150°C.

A oto bliższe szczegóły. Nietrudno dojść

do wniosku, że znajomość dokładnej tempe−

ratury złącza nie jest wcale niezbędna. Waż−

ne jest tylko, by w czasie pracy ta temperatu−

ra nie przekroczyła katalogowych +150°C.

Także dokładna znajomość rezystancji ter−

micznej Rthra czy Rthja nie jest konieczna.

Najważniejsza jest ostateczna informacja, ile

mocy może rozproszyć dany radiator . Jak

wiadomo moc strat tranzystora to iloczyn na−

pięcia kolektor−emiter U CE i prądu kolektora

Ic (przy pominięciu prądu i napięcia bazy)

P= U CE * Ic

W opisywanym układzie prąd kolektora

ma niezmienną wartość (I C = 2A), więc moc

jest wprost proporcjonalna do napięcia U CE .

Zmieniając napięcie U CE zmieniamy moc

strat tego tranzystora. Ręczna regulacja tego

napięcia (i mocy) byłaby ryzykowna, ponie−

waż łatwo byłoby przegrzać i uszkodzić tran−

zystor pomiarowy. W urządzeniu wprowa−

dzono obwody regulacji, które wykluczają

taką możliwość i jednocześnie pozwalają

w niesamowicie prosty sposób określić moż−

liwości radiatora.

W pierwszej chwili po włączeniu urządze−

nia na tranzystor pomiarowy podane jest du−

że napięcie U CE . W tranzystorze wydziela się

duża moc strat i temperatura złącza rośnie.

Obwody regulacji dbają o to, by temperatura

struktury nie przekroczyła +150 o C. Wyko−

rzystuje się tu zależność napięcia przewodze−

nia złącza baza−emiter tranzystora pomiaro−

wego od temperatury. Jak wiadomo, przy sta−

łym prądzie przewodzenia napięcie na złączu

p−n zmniejsza się o około 2,2mV na każdy

Opis układu

Uproszczony schemat objaśniający zasa−

dę pracy urządzenia jest pokazany na rysun−

ku 1 . W czasie pomiarów

− prąd kolektora (i bazy)

tranzystora pomiarowego

jest niezmienny,

− obwody regulacji

zmieniają napięcie na tym

tranzystorze, by utrzymać

temperaturę złącza równą

+150°C, w ostatecznym re−

zultacie

− aktualna moc strat

w tranzystorze zależy od

parametrów radiatora.

Rys. 1 Zasada działania

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

stopień przyrostu temperatury. Układ kontro−

li temperatury sprawdza więc napięcie U BE

tranzystora pomiarowego. Gdy napięcie to

spadnie do wartości charakterystycznej dla

temperatury +150 o C, układ ten powoduje ob−

niżenie napięcia U CE . W rezultacie zmniejsza

się moc tracona w tranzystorze. Po pewnym

czasie ustali się równowaga − obwody regula−

cji tak dobiorą napięcie U CE , by temperatura

złącza tranzystora pomiarowego wynosiła

właśnie +150 o C. Dla różnych radiatorów róż−

na będzie moc potrzebna do podgrzania ze−

społu tranzystor−radiator do tej temperatury.

Mały radiator z kawałka blachy słabo oddaje

ciepło do otoczenia. Temperatura tranzystora

pomiarowego wzrasta szybko − układ regula−

cji obniży napięcie U CE do jakiejś niewielkiej

wartości. Potężny radiator skutecznie rozpra−

sza ciepło − napięcie U CE ustabilizuje się na

znacznie wyższym poziomie. Ponieważ prąd

jest ustalony (2A), wystarczy zmierzyć na−

pięcie U CE , pomnożyć przez 2A i uzyska się

aktualną moc strat w watach! I jest to moc

strat, jaką może rozproszyć dany radiator

w konkretnych warunkach pracy bez ryzyka

przegrzania struktury.

Warto zauważyć, że proces regulacji za−

chodzi na bieżąco. Przykładowo radiator

umieszczony w wolnym powietrzu może

stracić 22 waty mocy. Po umieszczeniu

w kiepsko wentylowanej obudowie tempera−

tura złacza chciałaby rosnąć, ale obwód regu−

lacji nie dopuści do tego. Obniżając napięcie

zmniejszy moc strat, by utrzymać temperatu−

rę złącza równą +150 o C. Tym samym dołą−

czony woltomierz pokaże, iż w tej obudowie

radiator może stracić tylko na przykład

12W mocy. Jeśli w czasie pracy radiator zo−

stałby odkręcony od tranzystora pomiarowe−

go, układ regulacyjny szybko obniży napię−

cie (utrzymując stałą temperaturę +150°C),

a dołączony miernik pozwoli określić dopu−

szczalną moc strat samego tranzystora, bez

radiatora.

Jak wynika z tego opisu, obsługa przyrzą−

du jest banalnie prosta − na dołączonym wol−

tomierzu napięcie będzie zmieniać się na bie−

żąco. Będzie ono bezpośrednio wskazywać

możliwości dołączonego radiatora.

Rysunek 1 pokazuje jedynie ogólną zasa−

dę działania, natomiast rysunek 2 przedsta−

wia schemat blokowy opisywanego urządze−

nia. Tranzystorem pomiarowym jest T3.

Tranzystor T2 pracuje jako regulator napięcia

na tranzystorze pomiarowym. Rezystor R6

(0,1) jest czujnikiem prądu i wraz ze współ−

pracującym wzmacniaczem U1A zapewnia

przepływ przez tranzystor T3 prądu o nie−

zmiennej wartości 2A. Wartość tego prądu

można ustalić za pomocą PR2. Wzmacniacz

U1B kontroluje temperaturę tranzystora T3

przez pomiar napięcia na jego bazie. Ze

wzrostem temperatury napięcie na bazie

zmniejsza się. Potencjometr PR1 pozwala

ustawić potrzebną temperaturę (+150 o C).

Wzrost do tej wartości powoduje zmniejsze−

nie napięcia na wyjściu wzmacniacza U1B,

a w konsekwencji zmniejszenie napięcia po−

dawanego na kolektor tranzystora T3 i mocy

wydzielanej w T3. Dołączony woltomierz

pozwala odczytać aktualne napięcie na tran−

zystorze pomiarowym, które po pomnożeniu

przez 2A daje aktualną moc strat T3.

ści prądu. Drugi obwód regulacji z układem

U1B mierzy napięcie na bazie tranzystora.

Jak widać na rysunku 3, w rzeczywistości

mierzy on sumę napięć na rezystorze R6 i na

złączu baza−emiter T3. Ponieważ podczas

normalnej pracy napięcie na R6 jest utrzymy−

wane na stałym poziomie przez opisany ob−

wód regulacji, więc napięcie na bazie zależy

praktycznie tylko od temperatury. Jeśli pod

wpływem wzrostu temperatury napięcie na

bazie T3 obniży się do poziomu ustawionego

za pomocą potencjometru PR1, napięcie na

wyjściu wzmacniacza operacyjnego U1B za−

cznie się zmniejszać, zmniejszając tym sa−

mym napięcie na bazie T2 a co ważniejsze −

napięcie na tranzystorze pomiarowym T3.

Kondensator C8 dodano ze względu na sta−

bilność. Obwód z tranzystorami D6, T4...T6

został dodany głównie ze względu na właści−

wości wzmacniacza operacyjnego. Z uwagi

na małe napięcie na R6 trzeba było zastoso−

wać wzmacniacz operacyjny mogący praco−

wać przy napięciach wejściowych bliskich

ujemnemu napięciu zasilania. Wybór padł na

popularną kostkę LM358. Niestety, układ ten

ma nie tylko wejście, ale i wyjście przystoso−

wane do pracy przy niskich napięciach. Na−

pięcie wyjściowe nie może być natomiast bli−

skie dodatniego napięcia zasilania. Tymcza−

sem, aby zakres regulacji napięcia na tranzy−

storze T3 był jak najszerszy, napięcie na ba−

zie tranzystora regulacyjnego T2 powinno

wzrastać jak najbliżej dodatniego napięcia

zasilania. Bezpośrednie połączenie wyjścia

U1B z bazą darlingtona T2 nie pozwoliłoby

wykorzystać w pełni dostępnego napięcia

+Uzas, a zakres pomiaru mocy zostałby zau−

ważalnie ograniczony. Aby poszerzyć ten za−

kres w górę, dodano prościutki układ przesu−

wania poziomu napięcia z elementami T4,

D6. A przy okazji dioda LED D6 pełni rolę

wskaźnika − jej świecenie pokazuje, że tem−

peratura wynosi +150 o C i obwód regulacji

zmniejszył napięcie na T3. Brak świecenia

diody D6 wskazuje, że dołączony radiator

jest bardzo duży i maksymalna moc strat nie

powoduje jeszcze wzrostu temperatury złą−

cza do +150 o C. Aby określić właściwości ta−

kiego dużego radiatora należy zwiększyć na−

pięcie +Uzas aż dioda D6 zapali się, wskazu−

jąc dojście do temperatury granicznej.

Aby obwód przesuwania napięcia z T4,

D6 mógł pracować ekonomicznie, konieczne

stało się zastosowanie źródła prądowego

z T5, T6. Prąd kolektora tranzystora T5 jest

praktycznie taki sam, jak prąd płynący przez

rezystor R9 i kontrolkę zasilania D7. Dzięki

obecności źródła prądowego z niewielkim re−

zystorem R7, napięcie na bazie darlingtona

T2 może być bliskie dodatniego napięcia za−

silania (0,1...0,2V).

W układzie i na płytce drukowanej prze−

widziano zasilacz zawierający mostek pro−

stowniczy (D1−D4) i kondensatory filtrujące

(C1−C5). Będą one potrzebne tylko wtedy,

Rys. 2 Schemat blokowy

Należy zauważyć, że układ jest cały czas

zasilany jakimś sporym napięciem zasilają−

cym +Uzas, a przez oba tranzystory T2, T3

cały czas płynie prąd 2A. W czasie pomiarów

w obu tranzystorach T2, T3 cały czas wy−

dziela się duża moc strat równa (+Uzas *

2A). Przy małych napięciach na T3 (mały ra−

diatorek lub brak radiatora) prawie cała ta

moc wydzieli się na tranzystorze regulacyj−

nym T2. Z tego względu T2 musi być wypo−

sażony w solidny radiator, przynajmniej taki

jak model pokazany na fotografiach.

Pełny schemat ideowy układu pokazany

jest na rysunku 3 . Dioda D5, a właściwie

układ scalony LM285 1,2V wytwarza napię−

cie wzorcowe dla obwodów regulacji tempe−

ratury i prądu. Zamiast precyzyjnego układu

scalonego w roli D5 można użyć czerwonej

(lub lepiej podczerwonej) diody LED, licząc

się z pewnym zmniejszeniem dokładności.

Wzmacniacz operacyjny U1A porównuje na−

pięcie na rezystorze pomiarowym R6 z na−

pięciem z potencjometru montażowego PR2.

W czasie normalnej pracy powinno ono wy−

nosić około 0,2V (0,1 * 2A). Takie samo na−

pięcie trzeba też ustawić na suwaku PR2. Je−

śli prąd maleje, wzmacniacz U1A zwiększa

swe napięcie wyjściowe i zwiększając napię−

cie na bazach T1, T3 powoduje przywrócenie

potrzebnej wartości prądu. Tranzystor T1 zo−

stał dodany ze względu na niewielką wydaj−

ność wyjścia wzmacniacza operacyjnego,

bowiem w roli tranzystora T3 pracuje “zwy−

kły tranzystor” (BD249) a nie darlington.

Rezystory R3, R4 wyznaczają wzmocnie−

nie U1A. R5 ogranicza moc strat tranzystora

T1 i maksymalny prąd bazy T3.

Opisany obwód zawierający R6, U1A, T1

dba jedynie o zachowanie jednakowej warto−

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

gdy użytkownik zechce zasilać układ napię−

ciem zmiennym z transformatora, na przy−

kład z transformatora bezpieczeństwa

24V lub innego o napięciu zmiennym

12...28V i wydajności minimum 2,8A.

W większości wypadków układ będzie zasi−

lany napięciem stałym z posiadanego zasila−

cza (niekoniecznie stabilizowanego) o wy−

dajności minimum 2A i napięciu 16...40V.

A teraz fragment tylko dla dociekliwych .

W układzie występują dwie pętle regulacji:

jedna ma utrzymywać stałą wartość prądu,

a druga reguluje napięcie na T3, by utrzymać

w nim temperaturę złącza równą +150 o C. Na

pierwszy rzut oka wydaje się, że obie pętle

pracują zupełnie niezależnie. W zasadzie tak

jest, ale w pewnych przypadkach można się

natknąć na przykrą niespodziankę. Jeśli mia−

nowicie dioda D6 zostałaby zwarta lub zastą−

piona diodą o niższym napięciu przewodze−

nia, pętla regulacji napięcia uniemożliwiłaby

pracę pętli regulacji prądu. Przy braku radia−

tora na T3 możliwe byłoby wtedy tak głębo−

kie obniżenie napięcia na bazie darlingtona

T2, że spowodowałoby jego całkowite zatka−

nie. Nie mógłby płynąć odpowiedni prąd

(2A). Czyli napięcie na bazie T3 dodatkowo

obniżyłoby się. A wzmacniacz U1B zinter−

pretowałby to obniżenie napięcia jako...

gwałtowny wzrost temperatury złącza i tym

bardziej starał się utrzymać T3 w stanie za−

tkania. Wzmacniacz U1A bezskutecznie

zwiększałby napięcie na bazach T1 i T3.

Zwiększanie prądu bazy T3, ograniczonego

przez R5, nie rozwiązałoby problemu.

Możliwość takiej “wpadki” wynika z za−

stosowanego prostego rozwiązania układo−

wego − pomiaru sumy spadków napięć na

złączu B−E tranzystora T3 i na R6. Trzeba tu

jednak wyraźnie podkreślić, że przy zastoso−

waniu w obwodzie przesuwania poziomu na−

pięcia żółtej lub zielonej diody D6, a także

kondensatora C8, ryzyko takiego zatrzaśnię−

cia nie występuje. Jedynie wymiana diody

D6 na inną, o mniejszym napięciu przewo−

dzenia, może w skrajnych warunkach (tran−

zystor pomiarowy bez radiatora) doprowa−

dzić do opisanej sytuacji. To jedna uwaga dla

dociekliwych.

Wnikliwi Czytelnicy zauważą ponadto, iż

informacja z rysunku 1 o niezmienności prą−

du I B (I B = const) nie jest do końca prawdzi−

wa. Wprawdzie obwód regulacji z kostką

U1A zapewnia stały prąd emitera, jednak jak

wiadomo wzmocnienie tranzystora może się

zmieniać, i trochę zmienia wraz z temperatu−

rą. Wobec tego prąd bazy tranzystora T3 też

będzie się zmieniać wraz z temperaturą. Tym

samym do wspomnianych zmian napięcia

bazy (−2,2mV/ o C) dodadzą się lub odejmą

zmiany napięcia związane ze zmianami prą−

du bazy. Na szczęście w tym układzie nie ma

to żadnego praktycznego znaczenia, ponie−

waż istotna jest jedynie informacja o napię−

ciu na bazie przy temperaturze +150 o C. Jeśli

natomiast ktoś chciałby mierzyć dodatkowo

napięcie U BE tranzystora T3, by tym sposo−

bem na bieżąco mierzyć temperaturę, mu−

siałby uwzględnić wspomniane zmiany wy−

wołane zależnością wzmocnienia prądowe−

go tranzystora i prądu bazy od temperatury.

Na marginesie można nadmienić, że w lite−

raturze można znaleźć wzmianki o takim

sposobie pomiaru temperatury złącza w cza−

sie pracy. Ze względu na zmiany wzmocnie−

nia tranzystora z temperaturą, prosty sposób

zastosowany w prezentowanym układzie

może się okazać za mało dokładny. Wtedy

trzeba rozbudować układ, dodać obwody

przełączające i okresowo przez krótki czas

(np. 10ms co 500ms) odłączać normalny ob−

wód sterujący, a dołączać oddzielny obwód

pomiarowy, gdzie zastosowane będzie

źródło prądowe, gwarantujące stały prąd złą−

cza B−E w czasie pomiaru. Układ będzie bar−

dziej złożony choćby ze względu na ko−

nieczność dodania nie tylko przełączników

i oddzielnego obwodu pomiarowego, ale

także bloku pamięci (np. analogowej) do za−

pamiętywania wyniku przeprowadzanych

okresowo pomiarów. Takie bardziej skom−

plikowane urządzenie pozwoliłoby określić

nie tylko maksymalną moc strat danego ra−

diatora, ale także określić temperaturę złącza

przy danej mocy strat, mniejszej od maksy−

malnej.

Montaż i uruchomienie

Układ można zmontować na płytce dru−

kowanej pokazanej na rysunku 4 . W więk−

szości przypadków elementy zasilacza (D1−

D4, C1−C5) nie będą montowane, a zazna−

czoną część płytki można obciąć. Kondensa−

tory C6 i C7 są wtedy niezbędne i to one bę−

dą filtrować obwód zasilania. Kto chce

zmontować zasilacz, może w ostateczności

zastosować diody o prądzie 1A, np. popular−

ne 1N400X. Co prawda będą pracować przy

maksymalnym dopuszczalnym prądzie, ale

ponieważ przyrząd będzie wykorzystywany

jedynie okresowo, można dopuścić taką sytu−

ację. W praktyce nie trzeba montować wszy−

stkich kondensatorów C1−C5. W zasadzie

wystarczy pojemność około 4700µ F, co moż−

na osiągnąć stosując jeden kondensator

4700uF lub pięć kondensatorów 1000

Rys. 3 Schemat ideowy

Elektronika dla Wszystkich

F. Ich

napięcie pracy niekoniecznie musi wynosić

40V, jak podano w wykazie elementów.

Projekty AVT

Można zastosować kondensatory na napię−

cie 25V, dbając później, by wyprostowane

napięcie nie było większe. Zastosowanie

kondensatorów o napięciu 40V (i napięcia

+Uzas równego 40V) pozwoli natomiast

badać potężne radiatory przy mocach traco−

nych do 75W.

Montaż elementów na płytce jest kla−

syczny i nie powinien sprawić trudności.

Tranzystory T2 i T3 powinny być dołączo−

ne za pomocą przewodów. Przewody do T2

powinny być możliwie krótkie, natomiast

do T3 powinny być zdecydowanie dłuższe,

by bez kłopotów można było umieścić tran−

zystor z badanym radiatorem w przewidzia−

nej obudowie. Chodzi tu o obudowę, w której

będzie pracował badany radiator, a nie obu−

dowę dla opisywanego właśnie miernika ra−

diatorów. Jak pokazują fotografie, do prezen−

towanego urządzenia nie przewidziano obu−

dowy. Po pierwsze miernik radiatorów bę−

dzie wykorzystywany jedynie co jakiś czas,

więc można potraktować go jako warsztato−

wą przystawkę. Po drugie, co znacznie waż−

niejsze, tranzystor regulacyjny T2 musi być

wyposażony w duży radiator. Umieszczenie

tego radiatora w obudowie znacznie pogor−

szy jego możliwości, dlatego pozostawienie

go na wolnym powietrzu jest jak najbardziej

pożądane.

Układ zmontowany ze sprawnych elemen−

tów nie powinien sprawiać żadnych kłopo−

tów. Ponieważ układ pracuje przy sporym

prądzie 2A, przed pierwszym włączeniem go−

towego urządzenia warto wstępnie ustawić

napięcia na suwakach potencjometrów. Przy

odłączonym tranzystorze T2 należy zasilić

układ niewysokim napięciem stałym

(12...16V) i ustawić na suwaku potencjome−

tru PR2 napięcie równe 0,2V, a na suwaku

PR1 napięcie maksymalne, czyli około 1,25V.

Następnie należy dołączyć T2 i wyposa−

żyć go w solidny radiator.

Pierwsze “gorące” uruchomienie kom−

pletnego układu warto przeprowadzić przy

wykorzystaniu zasilacza 12...16V o wydaj−

ności co najmniej 2A. Do tranzystora pomia−

rowego T3 należy przykręcić niewielki ka−

wałek blachy aluminiowej lub miedzianej

(mosiężnej) o wymiarach 4x4cm, koniecznie

stosując pastę silikonową , a następnie dołą−

czyć woltomierz między jego emiter i kolek−

tor. Po włączeniu zasilania powinna zaświe−

cić się dioda D6, sygnalizująca osiągnięcie

temperatury +150 o C. Woltomierz dołączony

do tranzystora T1 powinien wskazać niewiel−

kie napięcie rzędu 0,8...2V. Oczywiście tran−

zystor nie będzie tak gorący, a wskazanie wy−

nika z ustawienia PR1 na maksymalne napię−

cie. Jednak przez tranzystory powinien pły−

nąć przepisany prąd. Jego wartość będzie

zbliżona do 2A, bo wcześniej ustawiono

0,2V na suwaku PR2, ale warto dokładniej

ustawić prąd. Najlepiej włączyć ampero−

mierz między kolektorem T3 a emiterem T2

Rys. 4 Schemat montażowy

i wtedy skorygować ustawienie PR2, by uzy−

skać prąd równy dokładnie 2,0A.

Następnie należy powoli zmniejszać napię−

cie na suwaku PR1. W pewnej chwili napięcie

na woltomierzu dołączonym do T3 zacznie ro−

snąć. Tranzystor T3 i radiator będą coraz bar−

dziej gorące. Jak wspomniano wcześniej, po−

tencjometr PR1 w istocie służy do regulacji

temperatury złącza. I właśnie zmniejszając

stopniowo napięcie na suwaku PR1 należy

ustawić temperaturę złącza równą +150 o C.

Dokładne określenie tej temperatury nie jest

łatwe, ale całkowicie wystarczy sposób z kro−

plą wody. Po prostu na radiatorze, w miejscu

przykręcenia tranzystora należy umieścić kro−

pelkę wody. Przy powolnym obniżaniu napię−

cia z PR1 nastąpi moment, gdy kropelka za−

cznie się gotować i szybko wyparuje. Należy

nanieść następną kropelkę i obserwować, jak

szybko wyparuje. Jeśli dopiero po chwili, to

znaczy, że temperatura niewiele przekracza

100 o C. Należy wiec jeszcze trochę obniżyć

napięcie z PR1, by mała kropelka umieszczo−

na w miejscu styku radiatora z tranzystorem

natychmiast wyparowała (z lekkim sykiem).

Będzie to oznaczało, że temperatura w tym

miejscu wynosi około +120 o ...130 o C. Uwzglę−

dniając rezystancję termiczną Rthjc i Rthcr

można uznać, że temperatura złącza wyniesie

mniej więcej +140 o ...150 o C. Taka uproszczo−

na procedura regulacji z kropelką wody jest

całkowicie wystarczająca i nie trzeba szukać

żadnych innych sposobów ustawienia tempe−

ratury złącza. Warunkiem jest jednak użycie

podczas regulacji niewielkiego blaszanego ra−

diatora o wymiarach około 4x4cm. Nie zaleca

się przeprowadzać regulacji temperatury bez

radiatora, bo w przypadku istotnego błędu

może się to skończyć uszkodzeniem tranzy−

stora T3.

Po wyregulowaniu, najpierw prądu kolek−

tora T3, potem temperatury, urządzenie jest

gotowe do pracy.

W układzie modelowym użyto tranzysto−

rów T2, T3 w obudowie SOT−93. Rezystancja

termiczna Rthjc takich tranzystorów wynosi

0,8...1K/W. Nie zaleca się zamiany T2 na

tranzystor w popularnej, mniejszej w obudo−

wie TO−220. Tranzystor T2 ma odpowiedzial−

ne zadanie i w skrajnych warunkach musi od−

prowadzić duże ilości ciepła (kilkadziesiąt

watów). Dlatego użycie w roli T2 tranzystora

(darlingtona) w obudowie SOT−93 z potęż−

nym radiatorem jest wręcz konieczne.

Natomiast w roli tranzystora pomiarowe−

go T3 może być zastosowany tranzystor mo−

cy (ale nie darlington) w obudowie TO−220.

Może to nawet być korzystne. Przecież takie

tranzystory są najczęściej stosowane w prak−

tyce, a więc pomiary mogą być jeszcze bliż−

sze rzeczywistości. Nie znaczy to, że w roli

T3 warto zastosować jakikolwiek tranzystor

w obudowie TO−220. Trzeba wziąć pod

uwagę duży rozrzut wartości Rthjc takich

tranzystorów w zakresie 1,2...4K/W. Użycie

tranzystora mającego Rthjc = 4K/W mijało−

by się z celem i praktycznie uniemożliwia−

łoby pomiar radiatorów przy mocach traco−

nych powyżej 20W. Dlatego zastosowanie

tranzystora T3 o małej rezystancji Rthjc, wy−

noszącej 0,8...1K/W, także i w tym wypadku

ma głębokie uzasadnienie. I jeszcze sprawa,

miejmy nadzieję, oczywista − nie można tak

po prostu wymieniać tranzystorów pomiaro−

wych w zależności od przewidywanego za−

stosowania. Trzeba liczyć się z rozrzutem

parametrów, wskutek czego napięcie bazy

odpowiadające w jednym tranzystorze tem−

peraturze +150 o C, w innym będzie odpowia−

dać znacząco innej temperaturze. Każda wy−

miana tranzystora T3 wymaga ponownej re−

gulacji PR1, czyli ustawienia temperatury

w granicach +150 o C opisaną “metodą kro−

pelkową”.

Pomiary

Jak wynika z wcześniejszego opisu po−

miar polega na

− dołączeniu badanego radiatora

− umieszczeniu w przewidzianym miejscu

pracy (obudowie)

− włączeniu zasilania +Uzas (zalecane

16...24V)

−odczekaniu aż zapali się diada D6 i wska−

zania woltomierza się ustalą

− odczytania napięcia i pomnożenia przez 2A.

Elektronika dla Wszystkich

Projekty AVT

Tak określona moc jest maksymalną mocą

strat P, jaką może rozproszyć zestaw tranzy−

stor−radiator w danych warunkach. Taka in−

formacja najczęściej w zupełności wystarczy.

Dla bezpieczeństwa warto przyjąć, że w rze−

czywistości radiator ten powinien być obcią−

żony mniejszą mocą, wynoszącą 50...70%

tak obliczonej. Taka rezerwa uwzględni za−

równo inną rezystancję Rthjc odmiennego ty−

pu tranzystora, jak i pogorszenie warunków

chłodzenia. A jak wspomniano w artykule

sprzed miesiąca, dla zwiększenia niezawod−

ności warto pracować przy jeszcze mniejszej

mocy, by temperatura złącza była jeszcze

niższa.

Po wykonaniu opisanego przyrządu warto

sprawdzić w ten sposób posiadane radiatory,

w tym także radiatory z wentylatorkiem, sto−

sowane do chłodzenia procesorów kompute−

rowych. Jak się okaże, te niewielkie zestawy

mają zadziwiająco dobre możliwości odpro−

wadzania ciepła. Warto też samemu spraw−

dzić, ile naprawdę warte są najprostsze radia−

tory z blachy. Okaże się, że w wielu wypad−

kach do chłodzenia całkowicie wystarczy

niewielki kawałek blachy aluminiowej o gru−

bości 1,5...2mm.

Kto chciałby dokładniej określić parame−

try badanego radiatora, może obliczyć jego

rezystancje Rthra w danych warunkach. Zna−

jąc różnicę temperatur Tj − Tamb można obli−

czyć całkowitą rezystancję termiczną Rthja

Rthja = (Tj − Tamb) / P

gdzie Tj = 150 o C, Tamb − aktualna tempe−

ratura otoczenia, P − moc określona za pomo−

cą opisywanego przyrządu.

Znając Rthjc tranzystora pomiarowego

i przyjmując Rthcr można obliczyć Rthra ba−

danego radiatora

Rthra = Rthja − (Rthjc + Rthcr)

Przy montażu tranzystora pomiarowego

BD249 z użyciem smaru silikonowego moż−

na przyjąć, że

Rthjc+Rthcr = 1...1,1K/W

Mając wartość Rthra bez trudu można obli−

czyć, jaką moc rozproszy ten radiator z tranzy−

storem o innej wartości Rthjc i przy założo−

nej innej, wyższej temperaturze otoczenia.

Uwaga! Do badania małych i średnich ra−

diatorów całkowicie wystarczy napięcie zasi−

lające (stałe) w granicach 16...20V. Jeśli jed−

nak po dołączeniu większego radiatora i włą−

czeniu zasilania dioda D5 nie zaświeci się

nawet po dłuższym czasie a napięcie na wol−

tomierzu nie spada, to znaczy, że badany du−

ży radiator może stracić więcej mocy, niż ak−

tualnie doń doprowadzono. Aby sprawdzić

moc maksymalną takiego dużego radiatora,

należy po prostu zwiększyć napięcie +Uzas.

Maksymalne napięcie zasilające +Uzas jest

ograniczone głównie napięciem pracy kon−

densatorów elektrolitycznych, w tym C7. Nie

powinno być wyższe niż 40V. Układ scalony

U1 typu LM358 według katalogu ma maksy−

malne napięcie zasilania 36V, ale nie powin−

na mu w żaden sposób zaszkodzić krótko−

trwała praca przy napięciu 40V.

Ze względu na straty mocy w tranzystorze

T2, występujace przy badaniu małych radia−

torów, zaleca się przeprowadzać wstępne po−

miary przy napięciu zasilającym 16...20V,

a jedynie przy większych radiatorach zwięk−

szać napięcie, nawet do 40V.

Inne uwagi . W czasie pomiarów radiato−

ry tranzystorów T2 i T3 mogą mieć wysokie

temperatury, znacznie przekraczające

+100 o C. Podczas prób należy więc zachować

daleko idącą ostrożność, by nie ulec przy−

krym poparzeniom. Przy większych napię−

ciach zasilania, powyżej 20V, warto rozwa−

żyć możliwość dodatkowego chłodzenia ra−

diatora T2 za pomocą wentylatora. Oczywi−

ście taki wentylator nie powinien chłodzić

badanego radiatora, który ma mieć warunki

pracy dokładnie takie, jak w przewidywanym

układzie pracy.

Wykaz elementów

Rezystory

R1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3,,3k

R2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3k ΩΩ

R3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10k ΩΩ

R4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..220k ΩΩ

R5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..470 ΩΩ 2W

R6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..0,,1 ΩΩ 5W

R7,,R8 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..51

R9 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..9,,1k

PR1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..20k

helliittriim

PR2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2,,2k

helliittriim

Kondensatory

C1−C5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2200µF/40V

C6,,C8 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100nF 63V ffolliiowy

C7 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100µF/40V

Półprzewodniki

D1−D4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..dowollna diioda 2A

D5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LM385 1,,2V

D6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LED żółłtta

D7 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LED ziiellona

T1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BD139 llub podobny

T2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BDW83C

T3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BD249B

T4−T6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BC557

U1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LM358

* radiiattor dlla tranzysttora T2 (wchodzii w skłład

kiittu)

* płłyttka drukowana wg rysunku 4

Uwaga!! Ellementty D1−D4,, C1−C5 niie wchodzą

w skłład kiittu AVT−2398..

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT−2398

Piotr Górecki

Zbigniew Orłowski

REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA

Elektronika dla Wszystkich

ΩΩ

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: