Podstawy

Kłopoty

z ciepłem

Podczas przepływu prądu przez elementy

w tym celu mikę, która ma dobre przewo−

elektroniczne wydziela się ciepło. Źródłem

dnictwo cieplne, a jednocześnie jest dosko−

Fot. 2

ciepła jest czynna struktura półprzewodniko−

nałym izolatorem pod względem elektrycz−

wa tranzystora (tranzystorów). Wydzielane

nym. Fotografia 1 pokazuje kilka płatków

ciepło powoduje wzrost temperatury. Jeśli

miki różnej grubości (odzyskanych ze sta−

temperatura tej struktury wzrośnie powyżej

rych grzałek przemysłowych). Mika ma do−

+150oC, poważnie rośnie ryzyko uszkodze−

bre właściwości mechaniczne, grubszy pła−

nia. Aby temu zapobiec, należy skutecznie

tek łatwo jest rozłupać nożem na dwa cień−

odprowadzić ciepło ze struktury. Problemy

sze, a przy odrobinie ostrożności wywierce−

dają o sobie znać, gdy wydzielana moc ciepl−

nie czy wycięcie niezbędnych otworów też

na jest większa niż 1W. Tranzystory mocy

nie stanowi problemu. Nawet cieniutki płatek

umieszczane są w odpowiednich obudowach,

miki zapewnia skuteczną izolację elektrycz−

niemniej do skutecznego odprowadzenia

ną między tranzystorem a radiatorem dla na−

Smar silikonowy (pasta) ma za zadanie je−

i rozproszenia do otoczenia większych ilości

pięć do kilkuset woltów.

dynie polepszyć przewodnictwo cieplne mie−

ciepła konieczny jest radiator. Dobór wielko−

dzy obudową tranzystora a radiatorem przez

ści radiatora jest obszernym zagadnieniem,

Fot. 1

wypełnienie mikronierówności i tym samym

wykraczającym poza ramy artykułu. Temat

zwiększenie aktywnej powierzchni styku.

ten był szerzej omawiany w artykułach z cy−

klu Tranzystory dla początkujących: Radia−

Fot. 3

tor EdW 8−9/98 oraz Radiatory w sprzęcie

elektronicznym EdW 12/1999 str. 34, Prosty

miernik radiatorów EdW 1/2000 str. 15.

Niniejszy materiał dotyczy jedynie pro−

blemu smaru i podkładek.

Zawsze należy zapewnić jak najlepszy

kontakt termiczny między tranzystorem a ra−

diatorem. Pasta przewodząca ciepło znaczą−

co polepsza przewodzenie ciepła. Od wielu

lat wykorzystuje się do tego pasty oparte na

bazie silikonów (specyficznych związków

krzemu). Ze względu na pewne wady (po−

wolne parowanie półpłynnego silikonu), spo−

W układach profesjonalnych zamiast miki

Ogólna zasada jest prosta: jeśli izolacja

tyka się też inne rodzaje smarów termoprze−

czasem stosuje się izolację w postaci tlenku

galwaniczna nie jest konieczna, należy stoso−

wodzących. Fotografia wstępna pokazuje

glinu lub (bardzo trującego) tlenku berylu.

wać tylko smar polepszający przewodzenie

pojemnik z klasyczną pastą silikonową i to−

Oba te związki chemiczne mają bardzo dobre

ciepła. Cieniutka warstewka smaru zapewni

rebkę ze smarem do radiatorów (Heatsink

współczynniki przewodnictwa cieplnego

optymalne przewodnictwo cieplne. Podkład−

compound), pochodzącą z zestawu wentyla−

i jednocześnie bardzo dobrą wytrzymałość na

ka mikowa, mimo stosunkowo dobrych wła−

torka komputerowego.

przebicie elektryczne. Fotografia 2 pokazuje

ściwości cieplnych, nie polepsza przewo−

Uwaga! W elektronice należy wykorzysty−

moduł Peltiera, którego zewnętrzne płytki

dnictwa cieplnego, wprost przeciwnie

wać specjalne silikony przeznaczone do oma−

wykonane są właśnie z tlenku glinu.

zawsze pogarsza je. Każda, nawet bardzo

wianych celów. Popularne silikony budowla−

Od kilku lat popularne są też miękkie,

cienka (0,05mm) warstwa miki pogarsza

ne mają inne właściwości i nie są zalecane.

cienkie podkładki (zwykle białe lub jasno−

przewodzenie ciepła. Zapewnia za to wyma−

Odpowiednia pasta silikonowa (smar) po−

szare), również wykonywane w oparciu o si−

ganą izolację elektryczną tranzystora od ra−

lepsza przewodnictwo cieplne, ale nie izolu−

likony. Często nazywa się je podkładkami

diatora. Podkładki mikowe należy więc sto−

je tranzystora od radiatora. Tymczasem

z gumy silikonowej. Takie podkładki prze−

sować tylko wtedy, gdy konieczne jest odizo−

w wielu wypadkach konieczne jest odizolo−

znaczone do konkretnych obudów dużej mo−

lowanie elektryczne tranzystora lub układu

wanie elektryczne tranzystora od radiatora

cy można zobaczyć na fotografii 3. Na foto−

scalonego od radiatora.

przy zachowaniu możliwie dobrego przewo−

grafii tej widać także ciemniejszy arkusz gu−

dnictwa cieplnego. Wtedy konieczne są prze−

my silikonowej, z którego można wyciąć no−

kładki izolacyjne. Od dawna stosowano

życzkami podkładkę o dowolnym kształcie.

Ciąg dalszy na stronie 25.

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Czerwiec 2002

23

Podstawy

Ciąg dalszy ze strony 23.

dnio grube przekładki. W przypadku stoso−

wy tranzystorów mocy mają różne potencja−

wania przekładek izolacyjnych, zarówno mi−

ły – tu z reguły stosuje się przekładki izola−

kowych jak i silikonowych, konieczne jest za−

cyjne, a radiator ma potencjał masy. Scalone

W przypadku stosowania przekładek mi−

stosowanie dodatkowych tulejek izolacyj−

wzmacniacze mocy mają wkładkę radiatoro−

kowych należy koniecznie zastosować też

nych, żeby również oddzielić obudowę tran−

wą swej obudowy połączoną z ujemną szyną

pastę: podkładkę mikową przed zmontowa−

zystora od śruby. Takie tulejki izolacyjne po−

zasilania. Tymczasem cała metalowa obudo−

niem należy z obu stron posmarować cienką

kazane są na fotografii 4. Dodatkowo trzeba

wa wzmacniacza połączona jest obwodem

warstwą smaru.

zatroszczyć się o skuteczne odizolowanie

masy. W przypadku wzmacniacza samocho−

Niektóre podkładki silikonowe łączą oba

wszelkich elementów przewodzących i pod−

dowego nie ma problemu − przekładek izola−

te zadania: zapewniają izolację elektryczną,

jąć środki uniemożliwiające przebicie między

cyjnych nie trzeba, bo ujemna szyna zasilają−

a dzięki elastyczności tworzywa wypełniają

elementami o dużej różnicy potencjałów. Ten

ca to masa. Natomiast w przypadku wzmac−

mikronierówności i polepszają przewodnic−

temat wykracza jednak poza ramy artykułu.

niaczy zasilanych napięciem symetrycznym

two cieplne (białe przekładki na fotografii 3).

(np. TDA2030, TDA2040, TDA7294,

Stosując taką podkładkę z gumy silikonowej

Fot. 4

LM3886) albo trzeba oddzielić przekładką

nie należy stosować ani smaru, ani miki.

układ scalony od radiatora godząc się na gor−

Czym cieńsza podkładka, tym lepsze prze−

sze przewodnictwo cieplne, albo odizolować

wodnictwo cieplne, ale mniejsza wytrzyma−

radiator od obudowy godząc się, by radiator

łość elektryczna. Według niektórych źródeł

pozostawał na potencjale ujemnego napięcia

najcieńsze podkładki silikonowe zapewniają

zasilania. W praktyce we wzmacniaczach au−

kontakt termiczny tak dobry, jak smar. Gene−

dio najczęściej stosuje się wersję pierwszą:

ralnie jednak należy się liczyć z tym, że pod−

przekładki izolacyjne między układem scalo−

kładki z gumy silikonowej będą mieć właści−

nym a radiatorem, by uniknąć kłopotów pod−

wości trochę gorsze, niż smar. Grubość pod−

Konstruując zasilacz, o ile to możliwe,

czas przypadkowego zwarcia radiatora do

kładki należy dobrać stosownie do roboczych

warto stosować połączenie tylko z pastą

blaszanej obudowy urządzenia.

napięć między tranzystorem a radiatorem.

przewodzącą, a w razie konieczności izolo−

Przy dużych napięciach pracy, rzędu

wać radiator od obudowy. Nieco inaczej jest

1000V i więcej, należy stosować odpowie−

ze wzmacniaczami audio. Metalowe obudo−

Zbigniew Orłowski

24

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Czerwiec 2002