Consideraciones térmicas para mediciones electrónicas

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Background

En general, el comportamiento de los componentes cambia con respecto a la temperatura, p. ej. La resistencia de una resistencia es una función de la temperatura, como lo es la corriente de saturación de un BJT.

Al poner una corriente a través de un componente, esto puede hacer que cambie la temperatura del componente.

Question

Dado que un circuito se activa con una señal periódica repetida, ¿la temperatura de los componentes se aproximará a una temperatura constante en el tiempo? (Por razones, considérese la temperatura ambiente constante y el circuito está en aire libre).

Aplicación

Quiero medir el comportamiento de un circuito, y quiero, por ejemplo, que la resistencia de una resistencia dada sea lo más constante posible durante la duración de la medición. ¿Es aconsejable conducir el circuito durante un período antes de tomar la medida de modo que el cambio en la resistencia debido al calentamiento sea mínimo? Esto incluiría habilitar las fuentes de alimentación, etc.

    
pregunta loudnoises

2 respuestas

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La temperatura de sus componentes alcanzará un estado estable, a menos que haya una situación de embalamiento térmico.

Dije estado estable en lugar de constante, porque cada pulso podría crear un pequeño fallo (aumento) en la temperatura, pero es probable que estos fallos no sean significativos y afecten los resultados de su prueba.

Es posible que tarde un poco en llegar al estado estable, cuanto más grande sea su circuito, más larga será la espera. Una forma obvia de calcular el tiempo requerido es muestrear el valor de interés cada 5-10 segundos (cada minuto si tiene una gran masa térmica) y dibujar una gráfica. Verás donde el gráfico se aplana.

La razón por la que el circuito va a alcanzar un equilibrio térmico es porque recibe aproximadamente la misma cantidad de energía con cada pulso, pero pierde más y más energía (por unidad de tiempo) a medida que su temperatura aumenta, hasta que las pérdidas son mayores. va a ponerse al día con las ganancias.

Si el comportamiento del circuito cambia a una temperatura tal que disipa cada vez más potencia con cada pulso, es decir, se calienta cada vez más rápido, el equilibrio entre las ganancias de energía y las pérdidas de energía puede no ser alcanzable o puede lograrse también tarde :) Este sería un caso de fuga térmica, pero no parece que este sea el caso de su circuito.

    
respondido por el user183621
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La resistencia térmica de un metro cúbico de cobre es de 9,000 segundos.

Ese es también el tiempo de un metro cuadrado de lámina de cobre, si el calor solo puede fluir a lo largo de la hoja de metal, es decir, los lados (las superficies de 2 metros cuadrados) están aislados.

La resistencia térmica de 0.1 metros cúbicos de cobre es de 90 segundos. Sí, si es 10: 1 más pequeño, la constante de tiempo es 100 veces más rápida.

El ajuste térmico de 0.01 cubo de cobre (1 cm o 0.4 pulgadas) es de 0.9 segundos.

El indicador de tiempo térmico de 1milliMeter de cobre es de 0.009 segundos.

Curiosamente, el contraste térmico del silicio (la base de las arcillas y las cerámicas) es de 11,600 segundos para un metro cúbico de silicio. Así, el silicio y el cobre tienen aproximadamente la misma tasa de respuesta térmica. Las conductividades térmicas son considerablemente diferentes, pero las constantes de tiempo son similares.

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Considere la distorsión en DC, donde las masas térmicas se llenan de calor y la distorsión es máxima.

También podemos predecir la distorsión térmica de las señales de CA. Dada la constante de tiempo térmica, podemos modelar el comportamiento de los pares de diferenciales OpAmp calentados por transistores de salida OpAmp y hacer que cambie el voltaje de compensación de entrada, con dVoffset / dTemperature como una especificación de todas las luces óptimas.

Dada la función de configuración de ganancia de (la mayoría) de los opamps utiliza resistencias, y el calor interno de estas resistencias (podría ser la composición de carbono a granel, la película de metal a granel o los tipos de resistencias de película delgada recortada con láser), GANANCIA de nuestra etapa opamp también cambiará.

La captura de pantalla incluye, en la parte inferior izquierda, la distorsión térmica pronosticada (que suma más de 100 microVolts con 1milliVolt del sensor) es 100uV / 0.34uV o casi 300 quanta (ADC quanta) de no linealidad, o convertida en una mayor amplitud modulación.

Observe en las hojas de trabajo del centro, la capacidad de editar el

a) ruido térmico opamp, ya sea como RootHertz o como Rnoise

b) parámetros de la masa térmica opamp, resistencia térmica y dVoffset / dTemp

c) propiedades térmicas de las resistencias utilizadas para establecer la ganancia.

Para minimizar la contribución de OpAmp a la distorsión térmica, inserte un BUFFER. La herramienta incluye Buffered OpAmp como opción de una etapa.

Para minimizar la contribución de la resistencia a la distorsión térmica,

d) use resistencias iguales para Rg y Rf (haciendo que su ganancia sea R + R / R = 2),

e) o use resistencias idénticas en serie con la misma capacidad para disipar el calor y eliminar el calor,

f) o utilice el método de Walt Jung de ADI para las PA de audio de baja distorsión: use resistencias físicamente grandes para que la masa térmica sea grande y el Tau sea muy largo.

Si usted es responsable de las Cadenas de Señal con una SINAD de 10 bits, el presupuesto de error debe incluir una línea para la distorsión térmica.

    
respondido por el analogsystemsrf

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