Nei componenti passivi o nei semiconduttori il passaggio della corrente,per
effetto joule,porta ad un aumento della temperatura del componente che può essere calcolata con la seguente formula:
Td - Ta = Pd * Rt
Td è la temperatura raggiunta dal componente espressa in °C,Ta è la temperatura ambiente dello spazio in cui ci si trova (approssimativamente in una bella giornata soleggiata all'interno di un edificio si approssima a 25°) espressa anch'essa in °C,Pd è la potenza dissipata del componente ed infine Rt è la resistenza termica,ovvero la difficoltà che trova il componente a "smaltire" calore espressa in grado centigrado su watt (°C/W)
leggendo il datasheet di un componente si possono leggere i dati forniti dal costruttore tra cui la temperatura massima che il componente può raggiungere detta temperatura massima di funzionamento Tmax superata la quale il dispositivo potrebbe diventare instabile e funzionare male,rompersi o,nei casi + disparati,addirittura "sciogliersi" quindi per assicurarsi un buono e "sano" funzionamento del dispositivo non deve mai essere superata la Tmax in alcuni casi perciò bisogna utilizzare le cosiddette alette di raffreddamento che possono essere di vari tipi,di vari materiali e di varie forme.Sapendo la Tmax è possibile calcolare la potenza massima che il componente riesce a dissipare detta Pdmax (massima potenza dissipabile)
per fare questo occorre utilizzare la formula:
Tmax - Tamax = Pdmax * Rt
ecco un esempio di un'aletta di raffreddamento all'interno di un PC
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queste invece sono molto comuni nei circuiti di potenza come per esempio un alimentatore di un PC o in alcuni casi anche vecchi televisori a tubo catodico (CRT)
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ma come scegliere un dissipatore piuttosto che un altro?
per scegliere un dissipatore adatto al nostro circuito bisogna inanzitutto tenere conto di vari fattori tra cui:
-Tmax (temperatura massima di funzionamento)
-Rt (resistenza termica)
-Pdmax (potenza massima dissipata dal componente)
-Tamax (temperatura ambiente massima)
-ed eventuali calcoli di posizione del componente,per esempio immaginate di avere un componente su un'aletta "rinchiuso" in uno spazio relativamente piccolo dove non ci sono ricircoli di aria ne buchi per dissipare calore (spiegherò più avanti il perchè),in questi casi anche un corretto calcolo e dimensionamento dell'aletta potrebbe risultare comunque insufficiente quindi è cosa buona tenere l'aletta soggetta a riscaldamento in una posizione ottimale,in pratica basta usare l'ordine e il buon senso!
tenendo conto di questi fattori ed utilizzando un dissipatore (o aletta di raffreddamento) la formula per calcolare la massima potenza dissipabile può essere riscritta in maniera + corretta,prendiamo per esempio un semiconduttore:
Tjmax - Tamax = Pdmax * (Rthjc + Rthcd + Rthda)
dove Tjmax è la massima temperatura di giunzione che ci fornisce il costruttore,Rthjc è la resistenza termica tra giunzione è il contenitore
indicata sempre dal costruttore Rthcd è la resistenza tra contenitore e aletta ed infine Rthda è la resistenza termica tra tra il dissipatore e l'ambiente che si può leggere sulla descrizione del dissipatore.
ma veniamo al dunque e facciamo un esempio pratico...supponiamo di avere un circuito + o meno semplice che disponga di un transistor con contenitore TO-3 per esempio un 2N3055 che debba essere in grado di dissipare una potenza di 10W leggendo il datasheet della ST si ha temperatura massima di giunzione 200°C,resistenza massima tra giunzione e contenitore di 1.5°C/W supponendo che si abbia una massima temperatura ambiente raggiungibile pari a 80°C e si voglia utilizzare un'aletta di raffreddamento in aria libera (ovvero senza ventilazione forzata tipo ventole) supponendo inoltre che la resistenza contenitore-dissipatore (Rthcd) sia di 0.5 °C/W rimarrebbe soltanto un valore sconosciuto che sarebbe la Rthda calcolabile con la formula:
Rthda = (Tjmax - Tamax) / Pdmax - Rthjc - Rthcd
che con i nostri dati diverrebbe:
Rthda = (200 - 80) / 10 - 1.5 - 0.5 = 120 / 10 -1.5 - 0.5 = 10°C/W
siccome qui si parla di valore massimo concesso sembra scontato che bisognerà scegliere un dissipatore con una resistenza termica inferiore a 10°C/W che è il valore massimo ammesso appunto.
questa è una "sintetica" guida di come dimensionare in maniera corretta un'aletta di raffreddamento...tornando invece al discorso di prima ovvero nel caso in cui avessimo un componente "rinchiuso" in uno spazio senza ventilazione ne buchi si può spiegare il perchè sia quasi totalmente non in grado di dissipare calore...
ecco quanto,lo "smaltimento" del calore avviene mediante 3 fenomeni che sono:
-CONDUZIONE ovvero il contatto diretto dei due materiali.questo fenomeno avviene perchè il calore passa da un corpo più caldo (nel nostro caso il componente che si riscalda) ad un corpo meno caldo (la nostra aletta) questo fenomeno è dovuto all'agitazione termica degli atomi
-CONVENZIONE ovvero lo "smaltimento" del calore tra aletta e,per esempio,aria...l'aria più calda è più leggera quindi tende a salire verso l'altro comportando perciò lo spostamento verso il basso dell'aria più fredda che quindi tende a scendere verso il basso
-IRRAGGIAMENTO che può essere trascurabile nelle basse temperature ma rilevante nelle alte.con questo fenomeno il dissipatore irraggia l'ambiente circostante
spero di essere stato chiaro per qualsiasi domanda ci sono
FONTI:
wikipedia,vecchio manuale scolastico purtroppo prestato a qualcuno che non me lo ha restituito
EDIT: ho trovato una
fonte molot simile al mio vecchio libro
comunque questo è un riassunto se ci si addentra nello specifico si potrebbe parlare pure della curva di derating ma credo sia più che sufficiente quello che è stato detto
comunque una guida é sempre utile