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摘 要

散热器的热阻测试是得到散热器热阻的一种重要的实验手段。科研中热阻测试具有重要的实际意义。本课题在实验的基础上，对现有的散热器热阻试验系统进行部分设备的设计与改进，并做出相应的实物。实现准确控制三极管输出功率与实现热电偶多点测温，用以计算散热器热阻。即热电偶转换开关的结构设计、恒流源的电路设计、转换开关、恒流源、电压表、电流表的整合结构设计，通过亲身做实验，深刻体会现有设备的缺陷。通过利用Multisim软件设计并建立恒流源电路并进行仿真，利用Protel99se进行pcb原理图设计，进而加工出电路板并进行焊接调试，最终完成恒流源的设计。最后，根据所设计的电路板和所选择的电压表、电流表和转换开关的相关物理尺寸，进行对转换开关、恒流源、电压表、电流表的整合结构设计。通过本次设计，做出了相关的实物，并进行最终的调试，达到了最终的目的，使得该实验操作更加简便，平台更加整洁，设备更加可靠。

关键：热阻实验；设计与改进；恒流源；结构设计

DESIGN AND IMPROVEMENT OF THERMAL RESISTANCE TEST SYSTEM

02011331 YANG Wei-yi

Supervised by JING Shen-hui

Abstract: Thermal Resistance Measurement of the heat sink is an important experimental means to get the heat sink resistance. Thermal resistance measurement in scientific research has important practical significance. This subject on the basis of experiment, part of the heat sink thermal resistance measurement system for the existing equipment design and improvement, and makes the corresponding physical objects. To realize accurate control transistor output power and the realization of thermocouple multi-point temperature measurement, to calculate the heat sink thermal resistance. Namely the structure design of the thermocouple switch, constant-current source circuit design, the integration structure design of switch, constant-current source, voltmeter and ammeter,through the experiment, deeply understand the defects of existing equipment. By using the Multisim software to design and establish the constant-current source circuit and simulation, use Protel99se to design PCB schematic, and processing circuit board and adjustment of the welding, finishing the design of the constant-current source. Finally, according to the design of the circuit board and the selected physical dimensions of the voltmeter, ammeter, and switch, performed for the switch, constant-current source, voltmeter, ammeter integrated structural design. Through the design, make the related physical, and carry on the final debugging, achieve the ultimate goal, makes the experiment operation more simple, more neat platform, equipment is more reliable.

Keywords: thermal resistance experiments; design and improvement; constant-current source; structural design

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1背景与意义 1

1.2散热器热阻试验 1

1.3研究的思路和方法 2

1.4结果与缺陷 2

第二章 可调恒流源设计 3

2.1 恒流源实现原理 3

2.2 可调恒流源电流范围的测定 3

2.3 可调恒流源方案设计 4

2.3.1恒流源方案提出 4

2.3.2总体方案的提出 8

2.3.3总体方案的论证 8

2.3.4各模块的介绍以及电路设计 8

2.4恒流电路器件的选择 11

2.4.1三端稳压器的选择 11

2.4.2定值电阻选择 12

2.4.3电位器的选择 12

2.5 电容的选择 12

2.6 变压器的选择 12

2.7 桥式整流器的选择 13

2.8 滤波器的选择 13

2.9 仿真及结果 14

第三章 Pcb原理图设计 15

第四章 电路板的焊接及调试 16

4.1 电路板的焊接 16

4.2 电路板的调试 16

第五章 转换开关的选择 17

第六章 电压表及电流表的选择 18

6.1 电压表的选择 18

6.2 电压表的选择 18

第七章 整合结构设计 18

7.1 结构设计应该遵循的原则 18

7.2 机箱的结构设计 19

7.3 机箱的总体效果及试验现场对比 23

第八章 散热器热阻测试 24

8.1散热器热阻试验 24

8.2实验结论分析 25

第九章 总结与展望 25

9.1 工作总结 25

9.2 工作展望 26

致谢 28

参考文献 29

散热器热阻试验系统的设计与改进

第一章 绪论

1.1背景与意义^[1]

自1948年半导体器件问世以来，电子技术得到了前所未有的发展，电子元器件的小型化、微小型化和集成技术不断发展，使每个集成电路所包含的元器件数大大提高，由于超大规模集成电路、专用集成电路、超高速集成电路等微电子技术的不断发展，微电子元器件和设备的组装密度在迅速提高。组装密度的提高必将导致组件和设备的热流密度迅速增加。很高的热流密度，如果不采取有效的热控制技术，势必会严重影响电子器件和设备的热可靠性。防止电子元器件的热失效是热控制的主要目的。热失效是指电子元器件直接由于热因素而导致完全失去其电气功能的一种失效形式。为防止电子元器件发生热失效，一般的处理的方式是给电子元器件和设备加散热器。散热器的好坏取决于散热器的热阻，所谓热阻就是反映阻止热量传递的一个参数。电子元器件是否发生热失效取决于它所产生的热量能否快速散去，所以测量散热器的热阻显得尤其重要。散热器热阻试验系统就是为测量散热器热阻而搭建的一个实验，热阻测试是电子设备热设计中的一项最基本的测试内容，也是《环境适应性结构设计》第一部分: “电子设备热设计”课程实验之一“散热器热阻”测试是教学和相关科研的重要环节。实验室所提供散热器热阻试验系统包括热电偶转换开关，电压源、电流源，测量仪表等等。但由于它们大多已陈旧，操作不变，而且很零乱。因此，本次毕业设计拟对实验室原有的热阻测试系统进行改进，主要是进行结构方面的改进。最后，进行对转换开关、恒流源、电压表、电流表的整合结构设计。通过本次设计，使得该实验操作更加简便，平台更加整洁，设备更加可靠。

1.2散热器热阻试验

晶体管是最常用的电子元器件之一。要保证晶体管的正常工作，其结温不得超过最高允许结温。当三极管功耗较大时，为了避免烧坏晶体管，通常给晶体管加散热器。传至晶体管封装壳上的热量大部分通过与其接触的散热器传至周围的介质。由此可以看出，散热器的好坏直接影响晶体管能否正常工作，而衡量散热器一个最重要的指标是散热器的热阻，因此测试散热器的热阻具有重大的意义。散热器的热阻可以通过测试获得，在待测筋片式散热器的底部安装晶体管，充当热源。在散热器的不同部位设置温度采集点，由温度传感器测出散热器的温度，再测出环境的温度，由 可以测出某功率情况下的散热器的热阻。图1.1是热阻测试时施加功率和测试功率的电路图。

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