DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI DISSIPAZIONE DELL'ALLUMINIO

© by Vittorio Crapella

In elettronica capita spesso di dover raffreddare dei componenti, ad esempio transistori di potenza, perché durante il loro funzionamento, sottoposti a tensione e a corrente, assorbono potenza che si libera sotto forma di energia calorica.

Si voleva pertanto trovare un modo per poter calcolare quanto doveva essere la superficie da utilizzare per garantire al transistor di poter funzionare e nello stesso tempo riuscire a smaltire attraverso l'aletta l'energia calorica mantenendo la temperatura massima del transistore nei limiti voluti tali da non fondere le giunzioni interne.

Si sono presi tre piastre di alluminio dello spessore di 1,5 mm ognuna di superficie diversa ,

è stato fissato su ognuna un transistore di potenza del tipo 2N3055 ed una sonda del tipo AD590.

ad590.gif

Il transistore è stato collegato in maniera che si comportasse da resistenza di potenza.

La sonda AD590 genera una corrente di 1m A / ° K pertanto su una resistenza da 1Kohm si avrà una caduta di tensione parti ad 1mV/ ° K.

Questa tensione misurata con un multimetro digitale indicherà la temperatura in gradi ° K della piastra (sottraendo 273 si avrà i gradi ° C). Con un alimentatore si regolava la tensione in modo da far dissipare al transistor la potenza voluta partendo da 5W.

Ogni gruppo possedeva una sua piastra e annotava la temperatura ad ogni minuto, fino a quando si stabilizzava e non cresceva più. Condizione per cui la piastra di quelle dimensioni con un transistore che dissipava quella potenza , riusciva a disperdere nell'ambiente tutto il calore prodotto.

Raggiunto questo equilibrio termico si incrementava la potenza annotando un'altra serie di temperature fino ad una nuova stabilità termica, altro incremento e così via.

Ogni gruppo alla fine dell'esperienza possedeva i dati riguardanti i totali W dissipati e il relativo delta T ottenuto in base alla propria piastra di alluminio.

Per delta T si intende la differenza tra la temperatura finale della piastra e la temperatura ambiente di partenza.

Con questi dati si può definire il concetto di resistenza termica come:

Rt = D T/W

Si chiama resistenza termica proprio perché più questa diventa grande si deduce quanta più difficoltà la piastra trova a smaltire il calore.

Raggruppando i dati dei tre gruppi si ottiene:

Grup.

POTENZA IN Watt

D T=Tfinale - Tambiente

Rt = D T/W

1

25

70

2,8

2

40

57

1,4

3

50

50

1

Mettendo in relazione la resistenza termica Rt con la superficie S si ha:

S = superficie

Rt

K = S x Rt

157,5 cm²

2,8

441

307,5 cm²

1,4

430,5

466 cm²

1

466

Da cui si può avere il seguente grafico:

grafrts.gif

Scrivendo i dati in quest'altra tabella si ha:

Rt

S

1/S

1

466

0,002146

1,4

307,5

0,003252

2,8

157,5

0,006349

Da cui si può avere il seguente grafico:

grafrt.gif

La pendenza P della retta rappresentata nel grafico qui sopra risulta essere:

pende.gif

Essendo una costante la chiamo K che calcolata con Excel risulta essere:

K = Rt * S = 438,5

Questo numero esprime proprio il coefficiente di dissipazione delle lastre di alluminio dello spessore di 1,5 mm. Un rivista di Nuova Elettronica riportava un valore di circa 400 sempre per lastre di alluminio ma di spessore 2 mm, la differenza fra i due coefficienti e proprio dovuto al diverso spessore.

Il problema del dimensionamento di una piastra usata come dissipatore presenta, come già detto in precedenza, i seguenti dati:

  1. POTENZA MASSIMA DA DISSIPARE (Pmax in W)
  2. TEMPERATURA AMBIENTE DI LAVORO ( Ta in ° C )
  3. TEMPERATURA MASSIMA VOLUTA (Tmax in ° C)

Sapendo che la resistenza termica Rt è data da :

rt.gif

si può concludere che la superficie S in cm² sarà data da:

coeffi.gif

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