SOT-89 kühlen

Alublech ist leicht, hat eine gute Wärmeleitung und Abstrahlung je nach Farbe...

Es gibt auch jede Menge an Kühlkörpern für SMD...

• https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung

Zitat: Emission und Absorption von Wärmestrahlung ist neben Konvektion und Wärmeleitung ein Weg zur Übertragung von Wärme, im Vakuum ist es der einzige Übertragungsweg.

Peter M. schrieb:

Dort verbraucht im Betrieb ungefähr 0,5 Watt.

... Peter M. schrieb im Beitrag #7870968:

Wie würdet ihr den IC kühlen?

Welches IC? Wahrscheinlich ist zusätzliche Kühlung des Transistors überhaupt nicht notwendig. Wenn 0,5W die Leistungsaufnahme der Endstufe ist, dann wird davon ja mindestens die Hälfte an der Antenne abgestrahlt. Am Boden können diese Verlustleistung weitaus kleinere Transistoren über die Anschlussdrähte und das Gehäuse abführen.
In grossen Höhen sinkt zwar die spez. Wärme der Luft, aber weil es dort auch lausig kalt ist sinkt die Viskosität der Luft. Wegen des grossen Temperaturunterschiedes dürfte sich die Kühlung dann eher verbessern als verschlechtern.

Eher machen die hochkapazitiven Keramikkondensatoren mit ihren katastrophalen Temperaturkoeffizienten Probleme. Die Kältefestigkeit der Konstruktion solltest du unbedingt vorher ausprobieren. Zuerst in der Kühltruhe und dann mit Trockeneis.

Hp M. schrieb:

Eher machen die hochkapazitiven Keramikkondensatoren mit ihren katastrophalen Temperaturkoeffizienten Probleme. Die Kältefestigkeit der Konstruktion solltest du unbedingt vorher ausprobieren.

Das bezieht sich nicht nur auf die Kondensatoren!

Du wirst ja vermutlich nicht ständig senden, sondern z.B. nur alle 5 Minuten oder so ein kurzes Telegramm mit den relevanten Messdaten. Wenn Du also mit einem kleinen Kühlkörper etwas Wärmekapazität anbringst, kann sich die während dem Senden aufwärmen und dann über die Zeit wieder langsam abkühlen.

Ich denke also auch dass das mit einem kleinen Alu-Kühlkörper gut zu machen sein dürfte.

Ich halte auch die generelle Betriebsfähigkeit uns Stabilität der ganzen Schaltung bei der Kälte für spannender als das Kühlen des Transistors.

Achte auch auf unterschiedliche Wärmeausdehnung der Komponenten. Z.B. Keramikkondensatoren ziehen sich bei Kälte anders zusammen als die Platine darunter. Das kann Dir die Kondensatoren von der Platine rupfen wenn Du das Problem nicht bedenkst und angehst.

Peter M. schrieb:

Wie würdet ihr den IC kühlen?

Durch eine Heatpipe und Strahlungskühler ;-) Im Weltraum funktioniert nur Strahlungskühlung.

Was willst du auf dem Wetterballon mit einem 10m Sender? Außerdem brauchst du zur Übertragung der Position keine 100% ED, d.h. die mittlere Verlustleistung kannst du durch intermittierenden Betrieb und eine geeignete Modulationsart klein halten. Wäre LoRa, evtl. mit LoRaWAN auf UHF nicht zeitgemäßer? https://www.hb9f.ch/bastelecke/pdf/Vortraege/2023/Einsatz_von_LoRa_bei_Stratosphaerenballonen.pdf

Hallo,

Du wirst ja vermutlich nicht ständig senden, sondern z.B. nur alle 5 Minuten oder so ein kurzes Telegramm mit den relevanten Messdaten.

Wenn die Schüer nicht noch auf die Idee kommen, Bilder mitzuschicken. Spoiler: Sie sind schon auf die Idee gekommen. ;-)

Ich halte auch die generelle Betriebsfähigkeit uns Stabilität der ganzen Schaltung bei der Kälte für spannender als das Kühlen des Transistors.

Da mache ich mir eher keine Sorgen. Beim letzten Ballon hat die Innentemperatur der Styroporkapsel nur knapp die 0°-Grenze unterschritten. Offenbar hat die Technik zum Heizen gereicht. Wir hatten auch irrtümlich einen Temperatursensor seitlich an der Styroporbox befestigt. Auf mein Drängen wurde dieser zwar verschattet, aber dann hat sich die Verschattung eben aufgeheizt, so dass wir nur Fantasiewerte für die Temperaturbekommen haben. Richtig kalt (bis ca. -60°C) wird es nur bei Messung im "echten" Schatten unter dem Ballon.

Achte auch auf unterschiedliche Wärmeausdehnung der Komponenten. Z.B. Keramikkondensatoren ziehen sich bei Kälte anders zusammen als die Platine darunter. Das kann Dir die Kondensatoren von der Platine rupfen wenn Du das Problem nicht bedenkst und angehst.

Ja, danke für den Hinweis. Das ist evtl. für die UVA/B/C-Sensoren wichtig, wenn ich die mit außen anbringe. Wobei: die werden ja dann von der Sonne beschienen.

Viele Grüße Michael

Hallo,

Wäre LoRa, evtl. mit LoRaWAN auf UHF nicht zeitgemäßer? https://www.hb9f.ch/bastelecke/pdf/Vortraege/2023/Einsatz_von_LoRa_bei_Stratosphaerenballonen.pdf

vermutlich ja, ich kenne es aber gar nicht. Evtl. probiere ich es als Zusatzoption aus, wenn sich jemand darum kümmert.

Viele Grüße Michael

Peter M. schrieb:

Wie würdet ihr den IC kühlen?

SOT-89 kühlt man üblicherweise über die Leiterplatte. Große Kupferfläche an Pad 4 (das große). Je nach Leistungsbedarf auch mit vielen Vias an eine große Kupferfläche auf der anderen Kupfer-Außenlage thermisch anbinden.

Und ein kleines Alu-/Kupfer-Stück mit Wärmeleitkleber auf das Gehäuse geklebt, hilft auch. Das Argument mit Erhöhung der Wärmekapazität ist auch gut.

Peter M. schrieb:

vermutlich ja, ich kenne es aber gar nicht.

LoRa ist eine Modulationsart mit einem relativ hohen Linkbudget. Je nach Datenrate kommst du mit den RFM95W Modulen z.B. bei 100 mW Sendeleistung ohne Antennengewinn auf ein Linkbudget von bis zu 164 dB.

Peter M. schrieb:

Hallo,

in einer Verstärkerschaltung für das 10-m-Band nutze ich den Transistor 2SC5566 im SOT89-Gehäuse.

...

Such' dir was aus:

https://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/C04/Kupferk%C3%BChlk%C3%B6rper%20f%C3%BCr%20D%20PAK%20und%20andere/search.xhtml

Peter M. schrieb:

Wie würdet ihr den IC kühlen?

Wenn die Unterseite flächig metallisiert ist, könnte man ihn ja auf eine größere Metallfläche aufzulöten und die Wärme über Vias auf die andere Seite des PCB führen.

Das mache ich so bei TO 263-5. U-förmig um das Gehäuse 2 Reihen Vias und unten so viel wie möglich Kupfer. Auf die Unterseite dann mit doppelseitigem KK-Klebeband einen PGA Finger-KK draufgepappt. Besser ist nur noch ne Alukernplatine :-) Wobei ich jetzt nicht einschätzen kann, in wiefern die Kühlgeschichte die RF-Eigenschaften deiner Schaltung beeinflusst. Eine weitere Möglickeit wäre, die Schaltung zu vergießen. Eine interessante Option wäre als Vergussmasse ein Stoff, mit relativ geringer Schmelztemperatur. Beim Schmelzen wird auch nochmal Wärme aufgenommen, und die Schmelze hat Konvektion. So ziemlich alles ist ein besserer Wärmeleiter, als Luft. Als Vergussmasse dachte ich dabei an soetwas, wie PEG (Polyethylenglycol). Je nach Polymerisationsgrad sind das Öle oder wachsartige Feststoffe. PEG 600 z.B. hat einen Schmelzpunkt von 18-21°C. Mit PEG 1000 geht es dann Richtung 33-40°C. Wenn man das Board waagerecht einbaut und wenige mm hoch eingießt, hat man eine gute Wärmeabfuhr und der Massezuwachs hält sich stark in Grenzen.

Hallo,

Emitterschaltung?

Ja.

Die ist für die Verwendung eines Kühlkörpers ungünstig. Man könnte ein Stück Keramiksubstrat zwischen Kollektor und Kühlkörper anbringen, dann geht das recht gut.

Was ist das Problem mit einem Kühlkörper?

Viele Grüße Peter

Hallo,

Welches IC?

Lach! Ach ja, so weit ist es schon. Alles, was mehr als zwei Beinchen hat ist bei mir ein IC :-)

Wahrscheinlich ist zusätzliche Kühlung des Transistors überhaupt nicht notwendig. Wenn 0,5W die Leistungsaufnahme der Endstufe ist, dann wird davon ja mindestens die Hälfte an der Antenne abgestrahlt.

Die 0,5 W kommen aus einer Simulation mit LTSpice: (UEmitter-UKollektor)*I_Kollektor ergibt im Mittel 0,5W.

Die Antenne ist in der Simulation als 50-Ohm-Widerstand simuliert. Besser abstrahlen als in der Simulation wird es nirgends.

Ich habe die Schaltung in einer Schaltungssammlung für Vorverstärker gefunden. Sie soll angeblich aus diesem Gerät stammen: https://www.dxengineering.com/parts/dxe-rpa-1

Da der original verwendete Transistor (Motorola 2N5109) schwer zu kriegen ist, habe ich einen Ersatz gesucht.

Der Name "Endstufe" ist ein wenig übertrieben. Eigentlich ist es ein Vorverstärker.

Viele Grüße Peter

Datei user.bjt von LTSpice mit den Diodenmodellen:

.model 2N5109 NPN(BF=44 VAF=160 VAR=16 RC=0.69 RB=1.57 RE=2.75 IKF=0.28 ISE=0.36E-13 TF=0.111n TR=8n ITF=0.82E-01 VTF=0.66E+01 CJC=3p CJE=2p XTI=3.0 NE=1.5 ISC=0.12E-13 EG=1.11 XTB=1.5 BR=1.14 VJC=0.75 VJE=0.75 IS=0.40E-14 MJC=0.33 MJE=0.33 XTF=4 IKR=0.28 KF=1f NC=1.7 FC=0.5 RBM=1.1 IRB=0.40E-01 XCJC=0.5 mfg=Motorola) .model DXTN69060CE NPN(IS=2.36p NF=1.00 BF=367 VAF=139 IKF=31.7 ISE=5.1p NE=2.00 BR=127.00 NR=1.00 NK=0.7 ISC=140p NC=1.6 VAR=28.0 IKR=15.0 RE=7.6m RB=46.5m RC=18.65m RCO=0.57 XTB=1.3 XTI=5 CJE=33.2p VJE=0.89 MJE=0.500 CJC=66.4p VJC=0.300 MJC=0.300 TF=31p TR=22.4n EG=1.12 TRE1=0.003 TRB1=0.003 TRC1=0.001 GAMMA=20n QUASIMOD=1 mfg=Zetex) .model 2SC5566 npn ( IS = 650.0f BF = 340 +NF = 1 VAF = 10 IKF = 790.0m +ISE = 2.000p NE = 2 BR = 90 +NR = 1 VAR = 40 IKR = 780.0m +ISC = 350.0p NC = 2 RB = 780.0m +IRB = 100.0m RBM = 35.00m RE = 21.00m +RC = 24.00m XTB = 1 EG = 1.11 +XTI = 3 CJE = 270.0p VJE = 680.0m +MJE = 350.0m TF = 350p XTF = 40 +VTF = 20 ITF = 30 PTF = 0 +CJC = 45.00p VJC = 600.0m MJC = 400.0m +XCJC = 1 TR = 50p FC = 500.0m +KF = 0 AF = 1 )