Теплоэлектронное устройство

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ оц 801148 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 280379 (21) 2743481/18-25с присоединением заявки Йо(51)М. Кл э Н 01 1 35/02 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийДата опубликования описания 3001 В 1(72) Авторы изобретени Н.П,Гапон ганрогский радиотехнический инсти им, В.Д.Калмыкова(54) ТЕПЛОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОйСТ устрой- точными т источературы мощностур ств тепл ник и з тью 0 0 3 Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в микроэлектронных устройствах частотной селекции систем управления в качестве частотнозависимого элемента.Известны теплоэлектронные устрой ва содержащие расположенную на теплоиэолирующем основании тепловую линию с истончиками тепла, объединенными во входной электротепловой преобразователь, вход которого подключен ко входу устройства, и дат- чиками температуры, объединенными в выходной теплоэлектрический преобразователь 11 и 12 1Однако на частотные свойства таких теплозлектронных устройств оказывает влияние частотная зависимость входного теплового сопротивления теплоизолирующего основания, описываемая гиперболическими функциями. В связи с тем, что постоянные времени входного сопротивления подложки обычно больше постоянной времени тепловой линни, частотная зависимость теплоотвода подложки в области низких частот не может быть скомпенсирована распределением ис точников тепла и датчиков темпераКроме того, известны обладают малыми перед овыми сопротивлениями в тепла к датчикам тем ачительной рассеиваемо 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. За счет малого сечения тепловой линии увеличивается передаточное тепловое сопротивление от источников тепла к датчикам температуры и уменьшаются энергетические соотношения 13 1.Однако с увеличением передаточных тепловых сопротивлений возрастает злияние теплоотвода на частотные свойства теплоэлектронного элемента и ухудшается точность получения заданных, например рациональных, передаточных функций.где Ь - лапласиан;9 - перепады температуры в тепловой линии 1,О ллВ = 2 С 1частота входного сигнала,и Ж - коэФФициенты теплопроводносЛ Лти и температуропроводностиматериала тепловой линии;ЩИЙМфмощности источников тепла,обусловленные входным сигналом и сигналом, поступающим с выхода дополнительноготеплоэлектрического преобразователя; Цель изоретения - повышение точности получения заданной частотнойхарактеристики, а также получениепередаточной функции интегратора,Поставленная цель достигаетсятем, что входной электротепловойпреобразователь имеет дополнительныйвход, а на теплоизолирующем основании расположены два теплопроводящихтела. В теплопроводящих телах расположены источники тепла, объединенныевместе в дополнительный электротепловой. преобразователь, и датчикитемпературы, объединенные вместе вдополнительный теплоэлектрическийпреобразователь. Дополнительный теплоэлектрический преобразователь 15имеет электрический вход, подключенный к выходу устройства. Выход дополнительного теплоэлектрическогопреобразователя подключен к дОполнительному входу входного электро- Щтеплового преобразователя и ко входудополнительного электротепловогопреобразователя,Кроме того тепловая линия разделена на два теплопроводящих тела, 25причем источники тепла распределеныпо всей поверхности тепловой линиии по всей поверхности дополнительныхтеплопроводящихтел.На фиг, 1 схематически изображено теплоэлектронное устройство, видсверху: на Фиг. 2 - разрез А-А нафиг, 1; на фиг. 3 - структурнаясхема включения преобразователей;на Фиг. 4 - устройство с двумя теплопроводящими телами в тепловой линии, вид сверху, на Фиг. 5 - разрезБ-Б на Фиг, 4,Теплоэлектронное устройство содержит тепловую линию 1, расположенную в кармане или на поверхности теп Олоизолирующего основания 2. В тепловой линии расположены источники3 и 4 тепла и датчики 5 и 6 температуры. На теплоизолирующем основаниирасположены теплопроводящие тела7 и 8, в которых размещены источники 9 и 10 тепла и датчики температуры 11 и 12, Теплоизолирующее основание расположено на теплоотводе 13;Источники 3 и 4 тепла объединеныво входной электротепловой преобразователь 14, который кроме основноговхода 15 имеет дополниельный вход16. Датчики 5 и 6 темйературы объеди-;нены в выходной теплоэлектрическийпреобразователь 17, связанный .с входным электротепловым преобразователем14 тепловым сигналом 18 через передаточное тепловое сопротивление тепловой линии. Источники 9 и 10 теплаобъединены в дополнительный электротепловой преобразователь 19, а датчики 11 и 12 температуры в дополнительный теплоэлектрический преобразователь 20 связанный с дополнительным электротепловым преобразователем 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 электротеплового преобразователя 14 подключен ко входу 26 устройства.Тепловая линия может быть выполнена в виде двух теплопроводящих тел 27 и 28 (фиг. 4 и 51, расположенных на поверхности теплоизолирующего основания 29. Ло всей верхней поверхности тепловой линии распределены источники 30 и 31 тепла входного электротеплового преобразователя 14. На поверхности тепловой линии расположены также датчики 32 и 33 температуры выходного теплоэлектрического преобразователя 47. На теплоизолирующем основании 29 расположены также дополнительные тепло- проводящие 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, Теплоизолирующее основание 29 расположено на теплоотводе 40.Коли коэФфициент теплопроводкости тепловой линии 1 намного больше козФФициента теплопроводности теплоизолирующего основания 2, то в режиме гармонического сигнала тепловые процессы в тепловой линии 1 описываются дифференциальным уравнением тепло- проводности Р(Ов,) РЩ А 8 (+ЬЛ) 9=-1 л Альплдл(6) Формула изобретения л Кь, л 7) 1. Теплоэлектронное устройство, 45 содержащее тепловую линию с источ 1 Ао тд д Ьл - коэффициент, учитываюцийътеплоотдачу с поверхноститепловой линии 1.в теплоизолирующее основание 2;бл- поверхность источника теплав тепловой лини;Йл - толщина тепловой линии.Коэффициент Ь связан с входным тепловым импедансом теплоизолирующего основания 2 соотношениемЬ -(ЛлтпЧл) у (2) где 2- входной тепловой импеданстеплоизолирующего основа-,ния,(л - объем линии,Выходное напряжение теплоэлектрического преобразователя 17 пред.ставляется в виде где- чувстгительность 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(Ч) входного электротеплового преобразователя 14 определяется с помощью выраженияР(0,) = ОдКД (5) где К - коэффициент усиления входного электротеплового преобразователя 14 по входу 16,2 А- 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 отно- шения где й и Ят - значения 2 и 7 нанулевой 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 тол 15 щины дополнительного теплопроводящего тела или использованием материалов с малой тепловой емкостью.Если тепловая линия выполнена ввиде двух теплопроводящих тел 27 и28, на поверхности которых распреде 2 О лены источники тепла 30 и 31,решение уравнения (1) при выполнении условий (7) и (8) может быть записано в видеР252Л, 5 с).фСд и С - тепловая емкость дополнительного теплопроводящего тела итепловой линии, приведенная к их поверхности.С учетом выражения (3) передаточная функция теплоэлектронного устройства может быть представлена в видепередаточной функции интегратора 40 где ; - постоянная времени интегрирования,Применение предлагаемого устройства позволяет исключить влияниена частотную характеристику теплоэлектронного устройства частотнойзависимости теплоотвода и увеличитьтаким образом точность получения рациональных передаточных функций спомощью распределенных источниковтепла, В результате значительно уп О рощается процедура синтеза сложныхтеплоэлектронных устройств, повышается точность получения заданныхчастотных характеристик, значительно упрощается задача обеспечения 55 заданных частотных свойств при использованиитеплоэлектронных устройств в перестраиваемых устройствах частотной селекции и упрощаетсяструктурная схема системы управлео ния перестраиваемых фильтров.801148 ие,Ю ййкаМи тепла, объединенными вовходной электротепловой преобразователь, вход которого подключен ковходу устройства, и датчиками температуры, объединенными в выходнойтеплоэлектрический преобразователь,расположенную на теплоизолирующемосновании, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повьпдения точности получения заданной частотной характеристики, входной электротепловой преобразователь имеет дополнительный вход,. на теплоизолирующемосновании расположены два теплопроводящих тела, в каждом из которыхрасположены источники тепла, объединенные вместе в дополнительныйэлектротепловой преобразователь,и датчики температуры, объединенныевместе в дополнительный теплоэлектрический преобразователь, причем дополнительный теплоэлектрическийпреобразователь имеет электрическийвход, подключенный к выходу выходного теплоэлектрического преобразователя, а выход дополнительного теплоэлектрического преобразователяподключен к дополнительному входувходного электротеплового преобразо,вателя и ко входу дополнительногоэлектротеплового преобразоватля.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюполучения передаточной Функции интегратора, тепловая линия разделенана два теплопроводящих тела, причемисточники тепла распределены по всейповерхности тепловой линии и по всейповерхности дополнительных теплопроводящих тел,10 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Огау Р. В., Нащ 16 гоп О.АпаСуа 1 а оГ ЕСесйгоСЬегваС 3 пг.е 0 гайед Сгсц 1 в.-3 ЕЕЕ, 1 оЕ 5 оС 1 б-Брасе1 Я С 1 гсц 1 йа, час, 05 А, 1971, Р 1,р. 8- 14. 2, 1.оип У. 3., Нае 11 оп О.Кегч 1 п И. 3. Д пдцсйог.еья, Саогс 1;щ 1 о г "е в я 5 с а с е Ч а г 1 а Ь В е Е е с й г о ф е гптах+16 йега.-ЭЕЕЕ 3, о 5 оЕс 3-5 сасеС 1 гсцйа, час. 05 Л, 1977, В 4,р. 416-424,3. Авторское свидетельство ГССРР 568987 кл. Н 01 1. 27/12;Н 0135/02, 1977 (прототип).801148 б оставитель О. Федотовехред Й, Ковалева Корректор О. Бил Редактор И. Михеев Заказ 10445 7 ИИ 3035 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Тираж 795Государственногоелам изобретенийосква, Ж, Рауш Подписноекомитета СССРи открытийская наб д. 4/Ь