Schaltungstechnik

2.3 Wärmeflussanalyse 111
100
1,0
1,0m
90 o
0 o
-100 o
-200 o
f 1
-270 o
100mHz 10Hz 1,0kHz 100kHz
Bild 2.2-85: Ergebnis der Testschaltung analysiert mit PSpice; Bodediagramm nach Betrag
und Phase mit Darstellung der Eckfrequenzen und der Asymptoten
2.3 Wärmeflussanalyse
45 o
=
Neben der Analyse des elektrischen Verhaltens von Schaltkreisen gilt es, u.a das
thermische Verhalten der verwendeten Bauelemente zu analysieren. Je höher die
Betriebstemperatur eines Bauelementes ist, desto geringer wird dessen Lebensdauer.
In einem Elektroniksystem muss ein Wärmestau durch geeignete Kühlmaßnahmen
verhindert werden. Dazu ist die Leistungsbilanz insbesondere von jenen
Bauelementen zu analysieren, die eine signifikante Leistung aufnehmen.
Leistungsbilanz: Allgemein nimmt ein Bauelement eine Signalleistung P 1 an
dessen Eingängen auf und gibt eine Leistung P 2 an den Ausgängen ab. Darüber
hinaus muss das Bauelement in einem geeigneten Arbeitspunkt betrieben werden
und nimmt dabei eine Versorgungsleistung P Versorg. auf. Die Differenz zwischen
der aufgenommenen Leistung und der abgegebenen Leistung wird im Inneren des
Bauelements in die Wärmeverlustleistung P V umgewandelt. Die Wärmeverlustleistung
ist in geeigneter Weise an die Umgebung des Bauteils abzuführen, um eine
unzulässige Erwärmung zu vermeiden. Bild 2.3-1 veranschaulicht den Sachverhalt
betreffs der Leistungsbilanz.
Die vom Bauelement aufgenommene Leistungsdifferenz P V(t) ist allgemein
zeitabhängig. Damit erwärmt sich das Bauelement auf die Temperatur T(t) und gibt
eine Wärmeleistung an die kältere Umgebung ab. Im stationären Zustand ist die
aufgenommene Wärmeverlustleistung zeitunabhängig. Es liegt ein thermisches
Gleichgewicht vor. Die Wärmeverlustleistung muss vom Innern des Bauelementes
f 2
f 3
U2
U1 0 o
=
=
o
– 45
=
o
– 135