¿Por qué los dispositivos dejan de funcionar correctamente en condiciones de frío extremo?

-4 F es -20C, que es un límite bajo estándar para chips y componentes eléctricos. Parte de eso se debe a que es muy difícil probar los chips a baja temperatura, pero hay problemas reales con los que puede encontrarse, que incluyen:

• Las baterías se degradan a bajas temperaturas, dependiendo de su química.

  • El voltaje de salida de la batería es más bajo, lo que significa que necesita más corriente para obtener la misma energía

  • La resistencia interna de la batería puede aumentar. La resistencia adicional puede calentar la placa, pero también desperdicia energía y hace que el voltaje de salida de la batería sea menos estable, ya que cambiará con el consumo de corriente.

  • El calor causado por la resistencia adicional puede dañar la batería, ya que está calentando el interior mientras que el exterior está frío, creando un gradiente térmico que agrega tensión mecánica.

• El ciclo térmico de las piezas puede empeorar. Las cosas se rompen cuando se enfrían y se calientan debido a la expansión térmica. Creo que este problema es peor a temperaturas más bajas, posiblemente debido a que los metales se vuelven frágiles cuando están muy fríos.

• Los chips pueden atraer más corriente a bajas temperaturas. Este problema agrava los otros dos, ya que más corriente se vuelve más calor, lo que aumenta el ciclo térmico.

• Cambios en el tiempo del chip. Los circuitos digitales tienen reglas de temporización especiales para garantizar que todas las señales estén en el lugar correcto en el momento correcto. Bajar la temperatura cambia todo eso y puede crear una condición de carrera.

Para la mayoría de estos dispositivos es la pantalla ...

A los LCD no les gusta el frío.

  

Normalmente, los módulos de caracteres y gráficos LCD estándar proporcionan un rango de temperatura de 0 ° C a + 50 ° C . Sin embargo, varios fabricantes de pantallas ofrecen modelos de temperaturas extremas con temperaturas de funcionamiento de -40 ° C a +80 o + 85 ° C. También hay una amplia selección de versiones estándar que van desde -20 ° C a + 70 °

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La nueva OLED Sin embargo, los tipos tienen una tolerancia a la temperatura mucho mejor, de -40 ° C a + 80 ° C.

A las baterías no les gusta el frío.

Generalmente todas las baterías pierden capacidad y corriente en el frío. (Sin embargo, usarlos a menudo los calienta). Los litios tienen un problema particular con siendo cargado en el muy frío .

Además, a los dispositivos les preocupa la condensación que se produce dentro del dispositivo debido al aire húmedo que ingresa al conector para auriculares, etc.

Los osciladores de cristal no se pueden iniciar; o la frecuencia de resonancia del cristal, que tiene un coeficiente de temperatura, puede estar fuera del rango garantizado de control automático de frecuencia (afc), necesaria para garantizar que los paquetes de datos se inicien en los intervalos de tiempo esperados incluso después de algunas horas de funcionamiento y deslizamiento de fase.

Para agregar mis 2 centavos a todas las grandes respuestas (que se aplicarían no solo a los dispositivos electrónicos, sino a todos los dispositivos eléctricos): la caída de temperatura provoca un cambio en la resistencia del material (es decir, para los metales se vuelven menos resistentes), mientras que Podría parecer una cosa menor, en equipos industriales este es uno de los elementos contabilizados. Los dispositivos electrónicos sufrirían más debido a que muchos microchips se basan en resistencias entre algunas de sus líneas para tener un valor específico, si ese valor cambia, el microchip puede comenzar a comportarse mal o apagarse por completo.

Los circuitos analógicos también pueden tener problemas a bajas temperaturas. La resistencia cambia a través de la temperatura, y también lo hacen los voltajes de umbral del transistor y las transconductancias. Si una tensión o corriente de referencia se sale de las especificaciones, puede afectar a otros circuitos analógicos que dependen de ella (como un ADC o una bomba de carga).

Cuando estás simulando un diseño y (más tarde) caracterizando y probando hardware, tienes que elegir un límite inferior para la temperatura. Es posible que no haya problemas reales si baja un poco por debajo de esa temperatura, pero el fabricante solo puede garantizar el funcionamiento correcto si se mantiene dentro de los límites probados.

Dicho esto, para los teléfonos inteligentes, la batería y la pantalla son probablemente las preocupaciones más importantes, como lo muestran las otras respuestas.

Cuando entras en cifras negativas, las cosas comienzan a disminuir, hay algo que se llama ABSOLUTE ZERO que es de 0 grados Kelvin o menos 273 C. @ 0 Kelvin nada se mueve, incluidos los protones y los electrones, básicamente congela la electricidad (no estoy seguro de qué sucede con los fotones). Con el tiempo, las velocidades de los chips disminuirán, pero no a la misma velocidad, por lo que se pierde la sincronización.

Mi 2 centavos es que hay una "Ecuación de diodo" (¡google!) que incluye la corriente, el voltaje y la temperatura. Por lo tanto, el comportamiento de los semiconductores depende de la temperatura . Útil en un termómetro digital, pero debe contrarrestarse agregando oligoelementos y otra magia por parte de los fabricantes de chips comunes para que funcionen "directamente". Pero esto funciona solo dentro de una temperatura limitada. Rango según presupuesto y uso. Así que supongo que sería posible hacer un teléfono que funcione bien solo entre -220C y -150C, por ejemplo.