Теплоэлектронное устройство

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ о>80 148

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 280379 (21) 2743481/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 300181 Бюллетень № 4 (51}м. к„. н 01 L 35/02

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53} УДК621. 382 (088. 8) Дата опубликования описания 3001З1 (72) Авторы изобретения

Н.П.Гапоненко

:.! (I

Таганрогский радиотехнический инстит им. В.Д.Калмыкова (71) Заявитель (54) ТЕПЛОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в микроэлектронных устройствах частотной селекции систем управления в качестве частотнозависимого элемента.

Известны теплоэлектронные устрОйства содержащие расположенную на теплоиэолирующем основании тепловую линию с истончиками тепла, объединенными во входной электротепловой преобразователь, вход которого подключен ко входу устройства, и датчиками температуры, объединенными в выходной теплоэлектрический преоб- 15 разователь (11 и (2 l.

Однако на частотные свойства таких теплозлектронных устройств оказывает влияние частотная зависимость входного теплового сопротивления 20 теплоизолирующего основания, описываемая гиперболическими функциями. В связи с тем, что постоянные времени входного сопротивления подложки обычно больше постоянной времени тепловой линки, частотная зависимость теплоотвода подложки в области низких частот не может быть скомпенсирована распределением ис точников тепла и датчиков темпера- З0 туры. Кроме того, известные устройства обладают малыми передаточными тепловыми сопротивлениями от источников тепла к датчикам температуры и значительной рассеиваемой мощностью.

Наиболее близким к предлагаемому является теплозлектронное устройство, содержащее тепловую линию с источником тепла, объединенными во входной электротепловой преобразователь, вход которого подключен ко входу устройства, и датчиками температуры, объединенными в выходной теплоэлектрический преобразователь, располсженную в кармане теплоизолирующего основания. 3а счет малого сечения тепловой линии увеличивается.передаточное тепловое сопротивление от источников тепла к датчикам температуры и уменьшаются энергетические соотношения (3 ).

Однако с увеличением передаточных тепловых сопротивлений возрастает злияние теплоотвода на частотные свойства уеплоэлектронного элемента и ухудшается точность получения заданных, например рациональных, передаточных функций.

801148

19 тепловым сигналом 21 через передаточное тепловое сопротивление между теплопроводящими телами 7 и 8 и теплоотводом 13.

Дополнительный теплоэлектрический преобразователь 20 имеет электрический вход 22, подключенный к выходу 23 устройства, к которому подключен также выход 24 выходного теплоэлектрического преобразователя

17. Выход дополнительного теплоэлектрического преобразователя 20 подключен .к дополнительному входу 16 входного электротеплового преобразователя 14 и ко входу 25 дополнительного электротеплового преобразователя 19. Вход 15 входного электроте»лового преобразователя 14 подключен ко входу 26 устройства.

Тепловая линия может быть выполнена в виде двух теплопроводящих тел 27 и 28 (фиг. 4 и 5), расположенных на поверхности теплоизолирующего основания 29. По всей верхней поверхности тепловой линии распределены источники 30 и 31 тепла входного электротеплового преобразовате— ля 14. На поверхности тепловой линии расположены также датчики 32 и

33 температуры выходного теплоэлектрического преобразователя 47. На теплоизолирующем основании 29 ргспо— ложены также дополнительные тепло»роводящие тела 34 и 35 с источникаьщ 36 и 37 тепла дополнительного электротеплового преобразователя 19 и датчиками 38 и 39 температуры до-полнительного теплоэлектрического преобразователя 20. Теплоизолиру ч.1ее основание 29 расположено на теплоотводе 40.

Коли коэффициент теплопроводности тепловой линии 1 намного больше коэффициента теплопроводности теплоизолирующего основания 2, то в режиме гармонического сигнала тепловые процессы в тепловой линии 1 описываются дифференциальным уравнением теплопроводности где Ь вЂ” лапласиан;

6 — перепады температуры в тепловой линии 1, Ол™l i (ю = 2 f. >- частота входного сигнала, и 3 — коэффициенты теплопроводносЛ ти и температуропроводности материала тепловой линии; ® )ИКМфмощности источников тепла, обусловленные входным сигналом и сигналом, поступающим с выхода дополнительного теплоэлектрического преобразователя;

Цель изо >ретения — повышение точности получения заданной частотной характеристики, а также получение передаточной функции интегратора.

Поставленная цель достигается тем, что входной электротепловой преобразователь имеет дополнительный вход, а на теплоизолирующем основании расположены два теплопроводящих тела. В теплопроводящих телах расположены источники тепла, объединенные вместе в дополнительный электротепловой преобразователь, и датчики температуры, объединенные вместе в дополнительный теплоэлектрический преобразователь. Дополнительный теплоэлектрический преобразователь 15 имеет электрический вход, подключенный к выходу устройства. Выход дополнительного теплоэлектрического преобразователя подключен к дОполнительному входу входного электро- Щ теплового преобразователя и ко входу дополнительного электротеплового преобразователя.

Кроме того тепловая линия разделена на два теплопроводящих тела, 25 причем источники тепла распределены по всей поверхности тепловой линии и по всей поверхности дополнительных теплопроводящих тел.

На фиг. 1 схематически изображено теплоэлектронное устройство, вид сверху: на фиг. 2 — разрез Л-А на фиг. 1; на фиг. 3 — структурная схема включения преобразователей; на фиг. 4 — устройство с двумя теплопроводящими телами в тепловой линии, вид сверху, на фиг. 5 — разрез

Б-Б на фиг. 4.

Теплоэлектронное устройство содержит тепловую линию 1, расположенную в кармане или на поверхности теп- 4Q лоизолирующего основания 2. В тепловой линии расположены источники

3 и 4 тепла и датчики 5 и 6 температуры. На теплоизолирующем основании расположены теплопроводящие тела

7 и 8, в которых размещены источники 9 и 10 тепла и датчики температуры 11 и 12. Теплоизолирующее основание расположено »а теплоотводе 13;

Источники 3 и 4 тепла объединены во входной электротепловой преобразователь 14, который кроме основного входа 15 имеет дополни..-.ельный вход

16. Датчики 5 и 6 темйературы объеди-, нены в выходной теплоэлектрический преобразователь 17, связанный с вход- 55 ным электротепловым преобразователем

14 тепловым сигналом 18 через передаточное тепловое сопротивление тепловой линии. Источники 9 и 10 тепла объединены в дополнительный электротепловой преобразователь 19, а датчики 11 и 12 температуры в дополнительный теплоэлектрический преобра1 зователь 20 связанный с дополнительt

1»ым электротепловым преобразователем

801148 Tll 2..

1 Тп ТА с (3) 0вшх "л

Овх Р

Р(Од) = до таад (6) Формула изобретения (p, хд, л

IAo тд А

< 7) 1. Теплоэлектронное устройство, содержащее тепловую линию с источ1 1 коэфФициент, учитываюций

1 теплоотдачу с поверхности тепловой линии 1.в теплоизолирующее основание 2; б„л- поверхность источника тепла в тепловой лини; Йл — толщина тепловой линии.

Коэффициент Ь„ связан с входным l тепловым импедансом теплоизолирующего основания 2 соотношением ц = () л тп "л) (2) где Z „— входной тепловой импеданс теплоизолирующего основа-; ния, объем линии.

Выходное напряжение теплоэлектрического преобразователя 17 пред.ставляется в виде где „вЂ” чувст гитель ность выходного теплоэлектрического преобразователя.

Напряжение на выходе дополнительного теплоэлектрического преобразо- вателя при больших коэффициентах усиления дополнительного теплоэлектрического преобразователя записывается в виде где, — коэФфициент преобразования напряжения в мощность дополнительного электротеплового преобразователя 19;

7. — передаточный тепловой импедайс между источниками тепла и датчиками температуры дополнительного теплопроводящего тела 7 или 8, чувствительность дополнительного теплоэлектрического преобразователя 20, приведенная к электрическому входу 22.

Составляющая мощности Р(Чg) входного электротеплового преобразователя 14 определяется с помощью выражения (u„) = u„x„a„ (5) где Š— коэффициент усиления входного электротеплового преобразователя 14 по входу 16, коэффициент преобразования входного электротеплового преобразователя.

При подстановке выражений (3) и (4) в <") получаем

При подстановке (2) и (б ) в уравнение(1) получаем условие компенсации влияния теплоотвода

Условие (7) выполняется во всей частотной области, если равны отношения где R „и RT> — значения Z „и Z на нулевой частоте.

Для выполнения равенства (8) следует тепловую емкость дополнительного теплопроводящего тела 7 или 8, приведенную к единице его поверхности, выбирать намного меньше аналогичной емкости тепловой линии. Это может быть достигнуто уменьшением тол15 щины дополнительного теплопроводящего тела или использованием материалов с малой тепловой емкостью.

Если тепловая линия выполнена в виде двух теплопроводящих тел 27 и

28, на поверхности которых распреде2О лены источники тепла 30 и 31, решение уравнения (1) при выполнении условий (7) и (8) может быть записано в виде

Р

Л„5 а„тз

С> и Сл тепловая емкость дополнительного теплопроводящего тела и тепловой линии, приведенная к их поверхности.

С учетом выражения (3) передаточная функция теплоэлектронного устройства может быть представлена в виде передаточной функции интегратора

4Q где . ; — постоянная времени интегрирования.

Применение предлагаемого устройства позволяет исключить влияние на частотную характеристику теплоэлектронного устройства частотной зависимости теплоотвода и увеличить таким образом точность получения рациональных передаточных функций с помощью распределенных источников тепла. В результате значительно уп о рощается процедура синтеза сложных теплоэлектронных устройств, повышается точность получения заданных частотных характеристик, значительно упрощается задача обеспечения

55 заданных частотных свойств при использовании теплоэлектронных устройств в перестраиваемых устройствах частотной селекции и упрощается структурная схема системы управлеgp ния перестраиваемых фильтров.

801148,вателя и ко входу дополнительного электротеплового преобразователя.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью получения передаточной Функции интегратора, тепловая линия разделена

5 на два теплопроводящих тела, причем источники тепла распределены по всей поверхности тепловой линии и по всей поверхности дополнительных теплопроводящих тел.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Gray P. R., Hamilton D.

Ana hays i s o f Е,ect rothe rma6 Д n teqrated Сircuits.-3 ЕЕЕ, J of SoC1d-State

1Я Circuits, vsc-6, USA, 1971, 9 р. 8-14.

2. Lown M. J., Hami(ton D.

Kerwiп M. J. J nductor-Less. Caoa.ci;щ tor"Less State Variable Е lectrotPer.maf +16 ters. -Э ЕЕЕ, J, of Soi. i d-S tate.

Circuits, vsc-12. USA, 1977, ii 4, р. 416-424, г рие.1

Ы г з v y ййкаМи тепла, объединенными во входной электротепловой преобразователь, вход которого подключен ко входу устройства, и датчиками температуры, объединенными в выходной теплоэлектрический преобразователь, расположенную на теплоизолирующем основании, отличающееся тем, что, с целью повышения точности получения заданной частотной характеристики, входной электротепловой преобразователь имеет дополнительный вход, на теплоизолирующем основании расположены два теплопроводящих тела, в каждом из которых расположены источники тепла, объединенные вместе в дополнительный. электротепловой преобразователь, и датчики температуры, объединенные вместе в дополнительный теплоэлектрический преобразователь, причем дополнительный теплоэлектрический преобразователь имеет электрический вход, подключенный к выходу выходного теплоэлектрического преобразователя, а выход дополнительного теплоэлектрического преобразователя подключен к дополнительному входу входного электротеплового преобразо3. Авторское свидетельство СССР

Р 568987 кл H 01 L 27/12 .

Н 01 L 35/02, 1977 (прототип).

801148 рие. 5

Составитель О. Федотов

Техред й. Ковалева Корректор О. Билак

Редактор И. Михеева

Заказ 10445/73 Тираж 795 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/Ь

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4