Термодиод что это: Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.

Содержание

Диод — полупроводниковый элемент. Принцип работы, устройство и разновидности.

Диод (Diode -eng.) – электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторону и высокое при передаче в обратную.

То есть при передаче тока в одну сторону он проходит без проблем, а при передаче в другую, сопротивление многократно увеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается.

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для

преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

 

Конструкция диодов.

Конструктивно, полупроводниковый диод состоит из небольшой пластинки полупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона (часть пластинки) которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны (содержащей искусственно созданный недостаток электроновдырочная»)), другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны (содержащей избыток электроновэлектронной»)).

Слой между ними называется p-n переходом. Здесь буквы

p и n — первые в латинских словах negative — «отрицательный», и positive — «положительный». Сторона p-типа, у полупроводникового прибора является анодом (положительным электродом), а область n-типакатодом (отрицательным электродом) диода.

 

Электровакуумные (ламповые) диоды, представляют собой лампу с двумя электродами внутри, один из которых имеет нить накаливания, таким образом подогревая себя и создавая вокруг себя магнитное поле.

При разогреве, электроны отделяются

от одного электрода (катода) и начинают движение к другому электроду (аноду), благодаря электрическому магнитному полю. Если направить ток в обратную сторону (изменить полярность), то электроны практически не будут двигаться к катоду из-за отсутствия нити накаливания в аноде. Такие диоды, чаще всего применяются в выпрямителях и стабилизаторах, где присутствует высоковольтная составляющая.

Диоды на основе германия, более чувствительны на открытие при малых токах, поэтому их чаще используют в

высокоточной низковольтной технике, чем кремниевые.

 

Типы диодов:
  • · Смесительный диод — создан для приумножения двух высокочастотных сигналов.
  • · pin диод — содержит область проводимости между легированными областями. Используется в силовой электронике или как фотодетектор.
  • · Лавинный диод — применяется для защиты цепей от перенапряжения. Основан на лавинном пробое обратного участка вольт-амперной характеристики.
  • · Лавинно-пролётный диод
    — применяется для генерации колебаний в СВЧ-технике. Основан на лавинном умножении носителей заряда.
  • · Магнитодиод. Диод, характеристики сопротивления которого зависят от значения индукции магнитного поля и расположения его вектора относительно плоскости p-n-перехода.
  • · Диоды Ганна. Используются для преобразования и генерации частоты в СВЧ диапазоне.
  • · Диод Шоттки. Имеет малое падение напряжения при прямом включении.
  • · Полупроводниковые лазеры.

Применяются в лазеростроении, по принципу работы схожи с диодами, но излучают в когерентном диапазоне

.

  • · Фотодиоды. Запертый фотодиод открывается под действием светового излучения. Применяются в датчиках света, движения и т.д.
  • · Солнечный элемент (вариация солнечных батарей). При попадании света, происходит движение электронов от катода к аноду, что генерирует электрический ток.
  • · Стабилитроны — используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.
  • · Туннельные диоды, использующие квантовомеханические эффекты. Применяются как
    усилители
    , преобразователи, генераторы и пр.
  • · Светодиоды (диоды Генри Раунда, LED). При переходе электронов, у таких диодов происходит излучение в видимом диапазоне света.

Для данных диодов используют прозрачные корпуса для возможности рассеивания света. Также производят диоды, которые могут давать излучение в ультрафиолетовом, инфракрасном и других требуемых диапазонах (в основном, литографической и космической сфере).

  • · Варикапы (диод Джона Джеумма) Благодаря тому, что закрытый p—n-переход
    обладает немалой ёмкостью, ёмкость зависит от приложенного обратного напряжения. Применяются в качестве конденсаторов с переменной ёмкостью.

Диоды. Устройство и работа. Характеристики и особенности

Самым простым по конструкции в семействе полупроводников являются диоды, имеющие в конструкции всего два электрода, между которыми существует проводимость электрического тока в одну сторону. Такой вид проводимости в полупроводниках создается благодаря их внутреннему устройству.

Особенности устройства

Не зная конструктивных особенностей диода, нельзя понять его принципа действия. Структура диода состоит из двух слоев с проводимостью различного вида.

Диод состоит из следующих основных элементов:
  • Корпус. Выполняется в виде вакуумного баллона, материалом которого может быть керамика, металл, стекло и другие прочные материалы.
  • Катод. Он расположен внутри баллона, служит для образования эмиссии электронов. Наиболее простым устройством катода является тонкая нить, раскаляющаяся в процессе действия. Современные диоды оснащены косвенно накаляющимися электродами, которые выполнены в виде металлических цилиндров со свойством активного слоя, имеющего возможность испускать электроны.
  • Подогреватель. Это особый элемент в виде нити, раскаляющейся от электрического тока. Подогреватель расположен внутри косвенно накаляющегося катода.
  • Анод.
    Это второй электрод диода, служащий для приема электронов, вылетевших от катода. Анод имеет положительный потенциал, по сравнению с катодом. Форма анода чаще всего так же, как и катода, цилиндрическая. Оба электрода аналогичны эмиттеру и базе полупроводников.
  • Кристалл. Его материалом изготовления является германий или кремний. Одна часть кристалла имеет р-тип с недостатком электронов. Другая часть кристалла имеет n-тип проводимости с избытком электронов. Граница, расположенная между этими двумя частями кристалла, называется р-n переходом.

Эти особенности конструкции диода позволяют ему проводить ток в одном направлении.

Принцип действия

Работа диода характеризуется его различными состояниями, и свойствами полупроводника при нахождении в этих состояниях. Рассмотрим подробнее основные виды подключений диодов, и какие процессы происходят внутри полупроводника.

Диоды в состоянии покоя

Если диод не подключен к цепи, то внутри него все равно происходят своеобразные процессы. В районе «n» есть излишек электронов, что создает отрицательный потенциал. В области «р» сконцентрирован положительный заряд. Совместно такие заряды создают электрическое поле.

Так как заряды с разными знаками притягиваются, то электроны из «n» проходят в «р», при этом заполняют дырки. В итоге таких процессов в полупроводнике появляется очень слабый ток, увеличивается плотность вещества в области «р» до определенного значения. При этом частицы расходятся по объему пространства равномерно, то есть, происходит медленная диффузия. Вследствие этого электроны возвращаются в область «n».

Для многих электрических устройств направление тока не имеет особого значения, все работает нормально. Для диода же, большое значение имеет направление протекания тока. Основной задачей диода является пропускание тока в одном направлении, чему благоприятствует переход р-n.

Обратное включение

Если диоды подсоединять к питанию по изображенной схеме, то ток не будет проходить через р-n переход. К области «n» подсоединен положительный полюс питания, а к «р» — минусовой. В итоге электроны от области «n» переходят к плюсовому полюсу питания. Дырки притягиваются минусовым полюсом. На переходе возникает пустота, носители заряда отсутствуют.

При повышении напряжения дырки и электроны осуществляют притягивание сильнее, и на переходе нет носителей заряда. При обратной схеме включения диода ток не проходит.

Повышение плотности вещества возле полюсов создает диффузию, то есть, стремление к распределению вещества по объему. Это возникает при выключении питания.

Обратный ток

Вспомним о работе неосновных переносчиков заряда. При запертом диоде, через него проходит малая величина обратного тока. Он и образуется от неосновных носителей, двигающихся в обратном направлении. Такое движение возникает при обратной полярности питания. Обратный ток обычно незначительный, так как число неосновных носителей очень мало.

При возрастании температуры кристалла их число повышается и обуславливает повышение обратного тока, что обычно приводит к повреждению перехода. Для того, чтобы ограничить температуру работы полупроводников, их корпус монтируют на теплоотводящие радиаторы охлаждения.

Прямое включение

Поменяем местами полюса питания между катодом и анодом. На стороне «n» электроны будут отходить от отрицательного полюса, и проходить к переходу. На стороне «р» дырки, имеющие положительный заряд, оттолкнутся от положительного вывода питания. Поэтому электроны и дырки начнут стремительное движение друг к другу.

Частицы с разными зарядами скапливаются возле перехода, и между ними образуется электрическое поле. Электроны проходят через р-n переход и двигаются в область «р». Часть электронов рекомбинирует с дырками, а остальные проходят к положительному полюсу питания. Возникает прямой ток диода, который имеет ограничения его свойствами. При превышении этой величины диод может выйти из строя.

При прямой схеме диода, его сопротивление незначительное, в отличие от обратной схемы. Считается, что обратно ток по диоду не проходит. В результате мы выяснили, что диоды работают по принципу вентиля: повернул ручку влево – вода течет, вправо – нет воды. Поэтому их еще называют полупроводниковыми вентилями.

Прямое и обратное напряжение

Во время открытия диода, на нем имеется прямое напряжение. Обратным напряжением считается величина во время закрытия диода и прохождения через него обратного тока. Сопротивление диода при прямом напряжении очень мало, в отличие от обратного напряжения, возрастающего до тысяч кОм. В этом можно убедиться путем измерения мультиметром.

Сопротивление полупроводникового кристалла может изменяться в зависимости от напряжения. При увеличении этого значения сопротивление снижается, и наоборот.

Если диоды использовать в работе с переменным током, то при плюсовой полуволне синуса напряжения он будет открыт, а при минусовой – закрыт. Такое свойство диодов применяют для выпрямления напряжения. Поэтому такие устройства называются выпрямителями.

Характеристика диодов

Характеристика диода выражается графиком, на котором видна зависимость тока, напряжения и его полярности. Вертикальная ось координат в верхней части определяет прямой ток, в нижней части – обратный.

Горизонтальная ось справа обозначает прямое напряжение, слева – обратное. Прямая ветка графика выражает ток пропускания диода, проходит рядом с вертикальной осью, так как выражает повышение прямого тока.

Вторая ветка графика показывает ток при закрытом диоде, и проходит параллельно горизонтальной оси. Чем круче график, тем лучше диод выпрямляет ток. После возрастания прямого напряжения, медленно повышается ток. Достигнув области скачка, его величина резко нарастает.

На обратной ветви графика видно, что при повышении обратного напряжения, величина тока практически не возрастает. Но, при достижении границ допустимых норм происходит резкий скачок обратного тока. Вследствие этого диод перегреется и выйдет из строя.

Похожие темы:

Диод гп memio что это

Очень часто пользователи компьютерной техники забывают, что она, в отличие от акустических устройств, телевизоров и других бытовых приборов, имеет свойство перегреваться и в результате давать сбои в работе и даже может вообще выйти из строя. Обычно такое происходит из-за бытовой пыли, которая забивает охлаждающие радиаторы, тем

Что собой представляет диод ГП Memio

В первую очередь от перегрева в персональном компьютере страдают центральный и графический процессоры (ГП) видеокарты. Что такое центральный процессор, представляют даже весьма далекие от техники люди, а вот о том, что такое ГП, и почему он так сильно греется, знают далеко не все. Оттого в интернете так часто можно встретить вопрос: «Что такое диод ГП и какая у него должна быть температура?» Давайте разберемся.

Графический процессор – это чип на видеокарте компьютера, который отвечает за графику, то есть отображаемую на мониторе картинку. Нагрузка на этот элемент просто огромная, особенно если на экране происходит быстрая смена изображения, например, просматривается фильм.

«А каким образом можно узнать температуру процессора?» – вправе поинтересоваться читатель. Для этого существуют специальные программы, определяющие температуру компонентов компьютера, например, можно установить A >

Диод ГП – это датчик температуры (термодиод) графического процессора, встроенный непосредственно в структуру микросхемы. Обратный ток этого диода зависит от температуры. Также вместо упомянутых элементов могут использоваться и терморезисторы. У них на величину сопротивления влияет температура. Диод ГП, по сути, является защитным элементом видеокарты от перегрева. При достижении критической температуры (примерно 120 0 С), произойдет отключение питания, и компьютер выключится. Рабочий режим графического процессора составляет 70-80 0 С.

Заключение

Если ваш компьютер часто зависает или периодически начинает очень медленно реагировать на команды, возможно, он страдает от перегрева. Проверьте температуру, которую показывает диод ГП. Возможно, компьютер нуждается в дополнительном охлаждении или чистке. Своевременно оказанная помощь поможет избежать серьезных поломок и, соответственно, сбережет ваши деньги.

Свойства датчика:
Тип датчика ITE IT8720F (ISA 228h)
Тип датчика ГП Diode (ATI-Diode)
Системная плата Gigabyte MA770 / MA790FX / MA790GP / MA790X Series
Обнаружено вскрытие корпуса Да

Температуры:
Системная плата 48 °C (118 °F)
ЦП 41 °C (106 °F)
ЦП 1 / Ядро 1 43 °C (109 °F)
ЦП 1 / Ядро 2 42 °C (108 °F)
Диод ГП (DispIO) 74 °C (165 °F)
Диод ГП (MemIO) 89 °C (192 °F)
Диод ГП (шейдер) 78 °C (172 °F)
WDC WD10EACS-00D6B0 49 °C (120 °F)
WDC WD10EACS-00D6B1 47 °C (117 °F)
WDC WD10EACS-00D6B1 47 °C (117 °F)
WDC WD10EACS-00D6B1 48 °C (118 °F)
WDC WD5000AACS-00G8B1 50 °C (122 °F)

Вентиляторы:
ЦП 1038 RPM
Шасси 2 2064 RPM
Графический процессор 3460 RPM

Вольтаж:
Ядро ЦП 1. 34 V
+3.3 V 3.31 V
+12 V 12.45 V
Батарея VBAT 3.31 V
DIMM 1.94 V
Debug Info F 028A FFFF 0147 0000 FFFF
Debug Info T 48 41 80
Debug Info V 54 79 CF BC BE 08 D0 (7F)

Содержание статьи

  • Что такое диод ГП и каково его назначение
  • Почему греется видеокарта
  • Что такое GPU

Диод ГП – это термодиод на графическом процессоре компьютера (GPU). Он отвечает за контроль температуры процессора. GPU занимается графическим рендерингом, то есть обрабатывает данные и отображает их в виде компьютерной графики. В современных видеокартах графические процессоры используются и в качестве ускорителя трехмерной графики.

Принцип работы термодиодов

Как и обычные процессоры, GPU греются во время своей работы. Чтобы контролировать их температуру, применяются термодиоды. Эти устройства способны работать в диапазоне температур от 80 до 150 градусов. Верхний предел рабочей температуры термодиода ограничивается температурой теплового пробоя электронно-дырочного перехода. В случае германиевых диодов он может достигать 200 градусов, а в случае кремниевых – 500 градусов.

Широкое применение термодиодов в качестве датчиков температуры определяется дешевизной их производства, малыми размерами и высокой надежностью. В основе работы термодиода лежит явление электронно-дырочного перехода. Если в одном кристалле диода сочетаются два и более электронно-дырочных перехода, его вольт-амперные характеристики могут изменяться в зависимости от внешних условий. Так, в термодиодах с изменением температуры меняется сопротивление перехода, что приводит к изменению напряжения.

Проблемы, связанные с диодами ГП

С диодами ГП связана одна распространенная проблема – когда графический процессор испытывает большую нагрузку, термодиод быстро перегревается, что приводит к зависанию компьютера. Из такого состояния компьютер выводит только перезагрузка. Особенно часто такие случаи происходят летом, когда воздух в помещении прогревается до 27-30 градусов.

Если температура диода ГП без нагрузки составляет 70 градусов – это уже является признаком его перегрева. Когда на компьютере запускаются «тяжелые» игры, температура термодиода может доходить до 100-120 градусов, что и приводит к зависанию комьпютера. Конечно, сжечь что-нибудь в этом случае сложно – ведь компьютер оборудован системой защиты от перегрева. Но постоянный перегрев графического процессора сказывается на работе компьютера и может привести к уменьшению ресурса его электронных компонентов.

Как предотвратить перегрев термодиода

Чтобы избавиться от проблемы перегрева термодиода, в большинстве случаев достаточно почистить видеокарту от пыли, поменять термопасту на графическом процессоре и проверить исправность работы кулера.

Диод рсн что это 75 градусов

Высокая температура – злейший враг компьютерной техники. Температура, которая может негативно отразиться на чипах компьютера, повышается по разным причинам: нагрузки, пыль, устаревание оборудования. Очень важно иметь это ввиду при эксплуатировании ПК, ведь халатное отношение к температурному режиму компьютеру в совокупности с чрезмерными и долгими нагрузками может привести к необратимым последствиям: физической поломке и потере данных. К счастью, за этими показателями можно следить с помощью различных диодов приложения Аида 64.

Что такое диод, и какие виды диодов существуют

Различные физические характеристики комплектующих измеряются специальными датчиками и поступают в приложение Аида64. Эти датчики, вмонтированные в структуру микросхем, называются диодами. Различают диоды северного и южного мостов. Контроллер северного моста (PCH) управляет и передает информацию по таким компонентам как: центральный процессор, оперативная память и видеокарты. Чип южного моста контролирует и транслирует данные по периферийным и устройствам ввода-вывода.

Как узнать температуру графического процессора

Графический процессор – один из важных компонентов персонального или мобильного компьютера. Именно он производит вычисления, связанные с графическим представлением информации: начиная от простого вывода статического изображения на экран до сложных технологий вычисления передвижения объектов трехмерной графики. При таком большом объеме обрабатываемой информации перегрев чипов возможен, если не следить за корректной работой охлаждающих систем и чистотой внутренних частей системного блока. Для того чтобы узнать температуру графического процессора компьютера необходимо сделать следующее:

  1. Запустить A />

Универсального понятия “нормальная температура” графического процессора не существует, потому как у каждого производителя свои нормы тепловыделения. Однако, считается негласной нормой температуры в режиме простоя, равная 45°С. Зная, что критическая температура для материала, из которого изготовлены комплектующие достигает 105°С, можно утверждать, что 75°С – это довольно серьезное отклонение от нормальных показателей.

Как измерить температуру других компонентов

Определить риск опасности выхода из строя других частей компьютера из-за перегрева можно аналогичным способом. Единственное отличие: в 4 пункте нужно найти раздел нужного датчика. Стоит отметить, что не всегда информация о параметрах конкретного диода доступна в приложении Aida 64. Это связано с тем, что производители компьютерных комплектующих не выработали единый стандарт присутствия тех или иных датчиков в своей продукции. Проще говоря, если не удалось найти нужный параметр – скорее всего он не предусмотрен в Вашем оборудовании.

Какие предпосылки перегрева графического процессора

Безусловно, измерение температуры – это действенный способ предотвращения печальных последствий воздействия высокой температуры. Однако не стоит развивать параноидальное желание каждую минуту открывать A >

Многие пользователи при мониторинге температур своего компьютера или ноутбука, например всеми любимой программой Aida64, обращают внимание на присутствие некого элемента под названием диод pch для которого также выводится температура.

Температуры компонентов ПК в программе Aida 64

И здесь возникает вполне уместный вопрос — что это за диод pch и какая у него должна быть температура. Ведь в большинстве ноутбуков и компьютеров значение температуры для него отображается в районе 70 градусов, что, на первый взгляд, может показаться много повышенным значением.

Что из себя представляет диод pch?

Под таким обозначением в программах мониторинга температур обычно значится северный мост. Представляет он из себя отдельный чип на материнской плате, который отвечает за работу процессора с оперативной памятью и видеокартой.

Радиатор на материнской плате ПК, под которым находится северный/южный мост

В некоторых модификациях северный мост объединен с южным мостом и/или видеокартой в одном чипе.

Мосты и видеокарта материнской платы ноутбука

Таким образом диод pch является очень важным элементом материнской платы, который при выходе из строя сделает невозможной работу и запуск компьютера.

Какая должна быть температура у диода PCH?

Конечно же самый правильный ответ на данный вопрос — чем ниже, тем лучше. Но в большинстве компьютеров и ноутбуков он греется до 70-75 градусов. И это в принципе можно считать нормальной его температурой.

При превышении значения в 75 градусов стоит задуматься о чистке вашего компьютера или ноутбука от пыли. В ноутбуках очень часто между радиатором охлаждения и северным/южным мостом находится термопрокладка, которую при чистке ноутбука нужно менять.

В системном блоке проблема с перегревом диода PCH решается установкой дополнительного кулера охлаждения.

Установка дополнительного кулера на радиатор северного моста

Последствия перегрева диода PCH?

Длительный перегрев северного моста (Диода PCH) приводит к деградации данного чипа. Симптомами этого процесса является черный экран при включении ноутбука/компьютера.

Замена северного моста в ноутбуке стоит примерно 60-70$ в зависимости от модели. На материнских платах ПК его замена нецелесообразна в виду сопоставимой стоимости данной процедуры со стоимостью новой материнской платы.

Программы мониторинга аппаратной среды компьютера, такие, как AIDA64 и HWiNFO, показывают много интересного, но, к сожалению, не всегда понятного. И больше всего вопросов вызывает показатель «Диод PCH».

Диоды, как мы знаем из школьного курса физики, это такие радиоэлементы с односторонней проводимостью, которые используют в схемотехнике электронных устройств. Разновидностей диодов целая куча: светоизлучающие, лазерные, микроволновые, инфракрасные, германиевые, кремниевые, тиристоры, стабисторы, варикапы… Но ни в одном справочнике радиодеталей вы не найдете диода PCH. Тем не менее, он есть в вашем компьютере и выполняет очень важную функцию. Итак, разберемся, что такое диод PCH, зачем следить за его температурой и о чем говорит ее повышение.

Неусыпный «часовой» и его подопечный

Не буду томить: диод, точнее, термодиод PCH – это обобщенное название датчика температуры чипсета (системной логики) материнской платы компьютера в программах мониторинга. Его значение отражает уровень нагрева этого узла в реальном времени. Обобщенным же понятие «диод PCH» является потому, что функции температурных датчиков могут выполнять другие элементы, например, термотранзисторы, а PCH – не всегда PCH в его исконном значении: так обозначают лишь один из существующих видов чипсета, а вовсе не все.

PCH (Platform Controller Hub) – это элемент системной логики производства Intel, который управляет работой основной массы структур материнской платы. В его «епархию» входят контроллеры шин USB, SMBus, PCI-Express, LPC, SATA, периферийных устройств, RAID, часы реального времени и т. д. Словом, он управляет всем за исключением графики и памяти, которыми на современных платформах заведует центральный процессор.

Аналог PCH марки AMD называется FCH (Fusion Controller Hub), а марки nVidia – MCP (Media and Communications Processor).

На старых материнках (выпущенных до 2008 г. для процессоров Intel и до 2011 г. для AMD) системная логика разделена на 2 части – северный (MCH по классификации Intel) и южный (ICH) мосты. Первый отвечает за память и графику, второй – за периферию и остальное. После «упразднения» северных мостов южные стали называть просто хабами платформы или PCH (FCH, MCP).

На платах ноутбуков на базе Intel Core 4-го поколения и новее чипсет и вовсе отсутствует как отдельный элемент – теперь его размещают на одной подложке с процессором.

Температура PCH: какой она должна быть

Максимально допустимая температура на кристалле процессора обычно указывается в его спецификации на сайте производителя. Параметр называется TJUNCTION или T Jmax.

Однако в спецификациях ICH/PHC, а тем более чипсетов AMD и NVidia ничего подобного не найти. Точную информацию о температурных режимах этих узлов можно узнать лишь из их datasheet (описательных документов электронных устройств), которые не всегда есть в открытом доступе и довольно сложны для восприятия.

Согласитесь, простому пользователю читать такие вещи неинтересно, поэтому для определения температурного максимума чипсета своего компьютера принято поступать проще – ориентироваться на TJUNCTION процессора того же поколения.

Например, если TJUNCTION мобильного CPU Intel Core i5-6440HQ (микроархитектура Skylake) составляет 100°C, то и PCH Intel HM170 (тоже Skylake) выдержит температуру примерно 100°C.

А если обобщенно, то нормальный показатель температуры диода PCH ноутбуков составляет 45-70°C, стационарных ПК – 30-60°C. Кратковременные подъемы до более высоких цифр при активной нагрузке тоже являются нормой.

Нужно ли охлаждать чипсет

Исправные элементы системной логики при обычной работе и нормальном охлаждении компьютера практически никогда не нагреваются до максимума. Их тепловая мощность (TDP) в 10 и более раз ниже того же показателя у процессоров, поэтому производители материнских плат и ноутбуков даже не всегда устанавливают на них радиаторы.

Если чипсет вашего компьютера не имеет никаких элементов охлаждения, то, скорее всего, он в нем не нуждается. Но в отдельных случаях всё же стоит подумать о мерах по усилению теплоотвода от этого узла:

  • Если у вас нет возможности регулярно чистить внутренние части ПК или ноутбука от пыли либо если аппарат конструктивно имеет недостаточно эффективный теплоотвод.
  • Если хаб платформы расположен очень близко к жесткому диску. Диску, в отличие от чипсета, дополнительный нагрев может повредить.
  • Если термодатчик PCH постоянно показывает температуру выше нормы или близкую к ее верхнему порогу, и это сопровождается признаками перегрева системы – шумом кулера, тормозами и зависаниями при отсутствии значимой нагрузки на процессор и память.
  • Если чипсет находится прямо под клавиатурой ноутбука. Такое расположение опасно не столько перегревом, сколько механическим повреждением кристалла при нажатии на клавиши.

Для охлаждения чипсета десктопных материнских плат обычно достаточно радиатора и/или дополнительного корпусного вентилятора. Если теплоотводу от PCH мешает плата расширения, например, видеокарта, то последнюю придется установить в другой слот.

Смотрите также:

С ноутбуками сложнее. На них в качестве радиатора PCH можно использовать тонкую медную пластину (наборы пластин разной толщины продаются в интернет-магазинах), а если свободного места над чипом нет совсем, то теплопроводящую графитовую пленку.

На кристаллы чипов, расположенных со стороны клавиатуры, достаточно положить мягкую термопрокладку подходящей толщины – такой, чтобы она заполняла зазор между кристаллом и основанием клавиатуры, которое и будет служить чипсету радиатором.

Постоянно высокая температура PCH: что означает и чем опасна

Если показатели диода PCH постоянно или большую часть времени превышают норму либо приближаются к ее верхней границе, то имеет место одна из следующих ситуаций:

  • Компьютер недостаточно охлаждается. Это несложно распознать по типичным признакам перегрева (перечислены выше) и высоким значениям температур других узлов, в частности, процессора и накопителей.
  • Чипсет испытывает повышенную нагрузку из-за подключения и одновременного использования большого количества периферийных устройств. Для проверки этой версии достаточно отключить часть периферии и проследить, как изменятся показатели нагрева PCH.
  • Нагрузка на чипсет возросла после установки на компьютер операционной системы с более высокими требованиями. Так, владельцы относительно старых ПК и ноутбуков некоторое время назад писали на форумы, что после обновления Windows 7 до Windows 10 средняя температура диода PCH и процессора выросла на несколько градусов.
  • Термодиод PCH передает ложные значения из-за неисправности или неверной интерпретации этих данных программой мониторинга. Если есть сомнения в точности показателей, перепроверьте их в другой программе. В качестве термометра можно использовать и собственный палец, но не без риска получить ожог.
  • Периферийное устройство или порт, к которому оно подключено, неисправны. Либо неисправен сам чипсет. Это наиболее неблагоприятный вариант из всех возможных. В подобных случаях наряду с повышением температуры PCH имеют место симптомы неполадки узла, в котором возникла проблема. Например, не работает одно из гнезд USB или при подключении наушников к разъему аудио компьютер начинает резко тормозить. При значительных дефектах хаба аппарат может и вовсе не включаться, не проходить инициализацию, не выводить изображение на экран и т. д. Неисправный хаб платформы может нагреваться до значительных температур даже раньше, чем будет нажата кнопка включения компьютера – от дежурного питания, которое подается на плату при подключении к источнику энергии.

Посадочное место PCH на Boardview мобильной материнской платы

А теперь самое главное: может ли чипсет выйти из строя от одноразового перегрева или постоянной работы при повышенной температуре? Теоретически это возможно, однако на практике почти не встречается, поскольку крупные микросхемы – процессоры, графические чипы и системная логика, имеют встроенную систему термозащиты. При достижении критического порога нагрева они начинают сбрасывать тактовую частоту (thermal throttling), а если температура продолжает расти – отключаются. В случае перегрева системы первой обычно срабатывает термозащита процессора, поскольку он выделяет больше тепла.

От постоянной работы в условиях «парилки» скорее выйдут из строя элементы питания чипсета, чем он сам. Ведь в отличие от «питомца», они не имеют температурной защиты, а нагреваться могут весьма и весьма. Практически все случаи повреждения хабов и южных мостов связаны не с температурой, а с электрическими пробоями по линиям USB или других периферийных устройств и компонентов материнской платы.

Тестирование чипсета на стабильность под нагрузкой

Проверка работоспособности чипсета под нагрузкой помогает выявить скрытые неполадки системы, в том числе связанные с недостаточным охлаждением этого узла. Для ее проведения удобно использовать бесплатную утилиту OCCT. Она несложна в применении и выдает довольно точные и наглядные результаты.

OCCT содержит несколько наборов тестов для оценки состояния всех основных узлов компьютера. Средства тестирования системной логики входят в состав «Большого набора», который также включает инструменты проверки процессора и памяти.

Ошибки в ходе выполнения большого набора указывают на нестабильное состояние какого-либо из этих устройств. Подтвердить или опровергнуть версию виновности чипсета поможет последующий запуск среднего набора тестов, который нагружает только процессор и память.

  • Завершите работающие программы и сохраните открытые документы.
  • Выберите в настройках утилиты вид теста «OCCT» и режим «Большой набор», остальные параметры оставьте по умолчанию.
  • В разделе «Расписание теста» укажите длительность проверки. Оптимальное время составляет 1 час.
  • Нажмите копку запуска и наблюдайте за состоянием системы. Графики нагрузки, температур и других показателей отображаются в главном окне утилиты.

Во время тестирования важен непрерывный визуальный контроль. При первых признаках нестабильности, например, мерцании экрана, зацикливании звука и других неестественных симптомах проверку следует остановить, а тест считать не пройденным. И напротив, тест, пройденный без ошибок, указывает на то, что главные узлы вашего компьютера, включая чипсет, в порядке и высокая нагрузка им не страшна.

Что такое диод графического процессора

В данной статье вы узнаете, что такое диод ГП, о принципе его работы, о связанных с ним проблемах и как предотвратить его перегрев.

Довольно часто компьютерная техника имеет свойство перегреваться, что в результате может привести к сбою работы или даже прийти в негодность. Как правило, нагревание происходит из-за высокой нагрузки, пыли или изжившей себя техники. Таким образом, нужно это учитывать при использовании ПК, если не хотите прийти к необратимым последствиям.

Термин «диод ГП» обозначает «диод графического процессора», который контролирует температуру того самого графического процессора (ГП). Графический процессор отвечает за создание графики, текстур и цветов, когда вы запускаете какую-нибудь ресурсоемкую программу, например, где есть 3D-графика.

Принцип работы

Как было написано ранее, ГП обычно греются во время работы, что не удивительно, ведь работа у них действительно трудозатратная. И для того, чтобы контролировать их температуру, используют термодиоды, которые способны работать в среднем в диапазоне температур 80-150 градусов. При достижении потолка температурного диапазона происходит отключение питания, и компьютер выключается.

Термодиоды используют из-за их производственной дешевизны, хорошей надежности и довольно малых размеров. Также применение термодиода основано на свойстве электрических диодов изменять напряжение на них линейно в зависимости от температуры. С повышением температуры прямое напряжение на диодах уменьшается. Микропроцессоры с высокой тактовой частотой испытывают высокие тепловые нагрузки. Для контроля температурных пределов используются термодиоды. Обычно они размещаются в той части ядра процессора, где наблюдается самая высокая температура. Напряжение на нем меняется в зависимости от температуры диода.

Связанные с диодами проблемы

Одна из самых частых проблем, которая связана с термодиодами – во время большой нагрузки графического процессора диод быстро перегревается и компьютер начинает зависать. В данном случае помогает только перезагрузка. И чаще всего это происходит летом, так как температура воздуха может достигать до 28-30 градусов.

Также если температура диода без большой нагрузки составляет около 70 градусов — это уже считается признаком перегрева. А значит, если запустить на этом компьютере сложную программу, то температура может достигать и всех 110-120 градусов. Это не только приведет к зависанию компьютера, но и также частые перегревы ГП сказываются на работе компьютера, тем самым понижаются ресурсы его других компонентов.

Как предотвратить перегрев?

Чтобы предотвратить пригрев диода ГП, чаще всего достаточно почистить от пыли видеокарту, заменить термопасту на графическом процессоре и проверить, нормально ли работает кулер.

Как использовать диод в качестве термометра

Как использовать диод в качестве термометра

Эта статья, входящая в состав аналоговой цепи AAC, представляет собой прямую схему, которая позволяет измерять температуру с помощью немного большего, чем диод и BJT.

Если вы когда-либо проводили субботу днем, просматривая графики и кривые производительности в виде диода, вы, возможно, заметили интересную деталь: стандартный кремниевый диод имеет приятную линейную зависимость между прямым напряжением и температурой. Например, следующий график берется из таблицы данных для диода 1N4148, сделанного Vishay:

Взято из этого описания .

Если постоянный ток остается постоянным, прямое напряжение линейно уменьшается по мере увеличения температуры. Даже если прямой ток немного изменится, вы все равно можете сделать достойный термометр, но соотношение между напряжением и температурой менее линейно. Еще одна примечательная деталь заключается в том, что величина наклона увеличивается по мере уменьшения прямого тока; другими словами, прямое напряжение более чувствительно к изменениям температуры при более низких токах в прямом направлении.

Допустим, у вас есть диод, подключенный таким образом, что его прямоточный ток не сильно меняется. Предположим также, что схема имеет активную составляющую, которая может усиливать небольшие отклонения в прямом напряжении от диода. Давайте даже зайти так далеко, чтобы сказать, что вы подключаете эту схему к чему-то, что может преобразовать эти усиленные вариации прямого напряжения в какое-то видимое изменение (на ум приходит в виду мультиметр). Если все это должно было произойти, что бы у вас было? «Src =» // www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/techarticle_diodethermometer_circuit.jpg «/>

Это оказалось намного сложнее, чем я ожидал. Я начал с схемы, которая была взята непосредственно из моего старого учебника. Схема LTspice была идентична схеме в книге, вплоть до номеров деталей, используемых для диода и BJT. И насколько я могу судить, версия учебника едва функциональна. Это, безусловно, не выполняется в соответствии с графиком выхода усилителя и температуры, который сопровождает объяснение схемы.

Первое изменение, которое я сделал, это добавить R4 (схема учебника, напротив, имеет катод диода, подключенный непосредственно к земле). Этот резистор увеличивает напряжение на аноде диода до уровня, который более эффективен для прямого смещения соединения BJT от источника к эмиттеру. Я также изменил BJT и диод на разные части, и в итоге я даже изменил схему соединения R2. Короче говоря, схема, показанная выше, сильно отличается от (и, надеюсь, лучше) версии учебника.

Я скажу вам прямо сейчас, что в этой статье не будет представлено точного, строгого объяснения того, как я выбрал значения резисторов. Я последовательно не смог полностью проанализировать или понять эту схему, и окончательная версия, показанная выше, была получена с помощью итеративных симуляций и большого недоумения.

К концу моего эксперимента я понял то, что, вероятно, отвечало за большую часть путаницы, которую я испытал: моя симуляция меняет температуру всей цепи, тогда как я думал только о реакции диода на изменения температуры. В BJT есть pn-переходы! Если на диоде влияет температура, то и BJT. Однако моя цель состояла в том, чтобы спроектировать схему, которая может использоваться как автономный датчик температуры, а не то, где диод отделен от остальной части схемы, а это значит, что мои симуляции соответствуют цели.

Методы моделирования

Я не буду останавливаться на процедурах, используемых для выполнения и моделирования температурного моделирования в LTspice, потому что эта информация доступна в другом месте (например, эта страница). Вместо этого я кратко остановлюсь на ключевых моментах:

  • Используйте директиву «.step temp …» SPICE для температурных изменений; в моей схеме я использую синтаксис «.step temp min max increment».
  • Моделирование рабочих точек похоже на логический выбор здесь, но насколько я могу судить, вам нужно сделать временную симуляцию, даже если вас интересуют только установившиеся данные.
  • Чтобы построить соответствующее измерение против температуры вместо времени, используйте директиву «.meas» SPICE для хранения данных для соответствующего измерения (в моем случае напряжение коллектора BJT). Затем распечатайте данные непосредственно из журнала ошибок (подробнее здесь).

Результаты

Мы знаем, что диод будет производить изменения напряжения в ответ на изменения температуры окружающей среды. Если бы этого было достаточно, мы бы не потрудились с цепью BJT. Целью здесь является схема, которая усиливает колебания напряжения диода и, таким образом, создает сигнал термометра, который более способен непосредственно управлять каким-либо индикатором. Итак, сначала давайте посмотрим на график зависимости диодного напряжения от температуры.

Как вы можете видеть, у нас есть хорошая линейная зависимость между напряжением и температурой. Однако амплитуда отклика напряжения довольно мала. В диапазоне 60 ° C напряжение изменяется только на ~ 70 мВ. Сравните это с графиком выходного напряжения против температуры.

Выходное напряжение изменяется примерно на 1, 7 В в том же диапазоне, что является существенным улучшением. Я хочу назвать это успешным, но я очень сомневаюсь, что эта схема почти оптимизирована. Кроме того, большое усиление происходит с довольно высокой ценой, а именно с высоким потреблением тока. На следующем графике показан ток коллектора Q1 против температуры:

К сожалению, 50 мА в наши дни точно не квалифицируются как маломощные, и это не выгодно отличается от температурных датчиков IC, которые, по-видимому, предлагают намного лучшую производительность и все же имеют потребление тока в низких микроамперах.

Вывод

Я буду первым, кто признает, что эта схема представляет собой скорее интеллектуальное упражнение, чем практическое решение температурного зондирования. Возможно, что кто-то более опытный, чем я, может придумать оптимизированную реализацию, обеспечивающую адекватную производительность, а также разумное потребление энергии и простые методы настройки.

Если вы хотите использовать мои усилия в качестве отправной точки для ваших экспериментов и анализа, не стесняйтесь загружать мою схему LTspice, нажав на оранжевую кнопку.

Схема LTspice

Диод 1N4148 характеристики, аналоги: КД522Б, LL4148, LS4148

Диод 1N4148 маломощный высокочастотный кремниевый в корпусе DO-35 с штырьевыми выводами, полосой помечается вывод катода.

Диод 1N4148 весьма широко распостранен, его аналоги можно обнаружить практически в любом электронном приборе: от зарядного устройства телефона до телевизора.
Я и сам часто использую его версию для поверхностного монтажа в своих разработках.
Полный отечественный аналог диода 1N4148 — КД522Б, так же часто встречался в отечественных электронных устройствах.

Характеристики 1N4148:

  • прямой средний ток – 150 мА,
  • прямой пиковый ток – 500 мА,
  • падение напряжения – от 0,6-0,7 В (при токе 5 мА) до 1 В (при токе 100 мА),
  • емкость перехода – 4 пФ,
  • скорость переключения менее — 4 нс,
  • неповторяющееся пиковое обратное напряжение – 100 В,
  • пиковое обратное напряжение – 75 В,
  • действующее значение обратного напряжения – 53 В,

Обратный ток сильно зависит как от обратного напряжения, так и от температуры:

Т=25°C T=150°C
20 В 0,025 мкА 30 мкА
70 В 5 мкА 50 мкА

Диод 1N4148 применение

Если нужен диод с маленьким обратным током и большим быстродействием, но величина падения напряжения на диоде не принципиальна, то 1N4148 и его аналоги идеальный выбор. Если величина падения напряжения принципиальна, то стоит использовать диоды Шоттки.

Аналоги 1N4148 в других корпусах

Чаще всего я использовал LL4148 в стеклянном цилиндрическом корпусе для поверхностного монтажа — MiniMELF SOD-80.

Из-за того что контакты диода LL4148 припаиваются прямо к плате (что улучшает теплотдачу от диода) он способен пропускать через себя в двое больший средний прямой ток — 300 мА. Диод хорош, вот только очень неудобен для ручной пайки — его непросто удержать пинцетом.
И видимо поэтому выпустили ещё один аналог в «квадратном» корпусе QuadroMELF SOD-80LS4148.

А вот 1N4148WS в пластиковом прямоугольном корпусе SOD-323, длинна корпуса около 2мм, максимальный средний ток 200мА.

Иногда в схеме нужно задействовать несколько диодов 1N4148 с общими точками подключения: например с общим катодом или общим анодом, тогда для экономии можно применить диодную сборку для поверхностного монтажа и тем самым съэкономить место на плате, затраты на монтаж и комплектующие.
Следующие сборки имеют в своем составе диоды с параметрами не хуже чем у 1N4148:

  • BAV99 — представляет собой два диода включенных по полумостовой схеме в трехвыводном корпусе (или два полумоста в 6-ти выводном),
  • BAV70 — два диода соединенные по схеме с общим катод в трехвыводном корпусе (или две сборки с по два диода в 6-ти выводном),
  • BAW56 — два диода соединенные по схеме с общим анодом в трехвыводном корпусе (или две сборки с по два диода в 6-ти выводном),
  • BAV756S — две сборки по два диода одна с общим катодом, вторая с общим анодом в 6-ти выводном корпусе.

Используя только один миниатюрный корпус BAV99S или BAV756S можно осуществить двуполупериодное выпрямление.

Тепловой диод может управлять направлением теплового потока

Подобно полупроводниковому диоду, высокотемпературное устройство вполне может лечь в основу будущего теплового компьютера

Гэри Элинофф, писатель

Все мы знакомы с полупроводниковыми диодами, функция которых состоит в том, чтобы позволить электричеству легко течь в одном направлении и препятствовать его продвижению в другом. Тепловой диод выполняет аналогичную функцию стробирования, только с тепловой энергией вместо электрической энергии.До сих пор эта функция была продемонстрирована только при низких температурах и при комнатной температуре. Команда Университета Небраски-Линкольн, возглавляемая доцентом Сиди Ндао и аспирантом Махмудом Эльзукой, разработала устройство, которое может работать при температурах до 600 К (620 ° F).

Ndao видит возможность таких устройств, которые образуют основу для тепловых компьютеров, в которых в качестве цифровой валюты используется тепло, а не электричество. Современная электроника, если она не будет хорошо экранирована и хорошо защищена, не сможет выжить при температуре около 620 ° F, и Ндао ожидает, что будущие итерации тепловых устройств будут способны работать при температурах до 1300 ° F.

Это открывает возможность в будущем устанавливать вычислительные устройства в самых суровых промышленных условиях и даже для использования в исследованиях космоса. Ндао также видит возможность использования таких устройств как способ использовать огромное количество потраченного впустую тепла, производимого каждый день, для полезных целей.

Как устроен тепловой диод?

Термодиод состоит из неподвижной и подвижной клемм, а рисунки ниже представляют собой отдельные изображения устройства.В обоих из них подвижный вывод показан снизу, а неподвижный вывод — вверху. На рисунке слева диод не проводит тепло, а справа — нет.

Тепловой диод. Источник изображения: Природа (под редакцией).

Обратите внимание на то, как подвижный терминал приближается к фиксированному выводу для прямой иллюстрации справа и находится дальше на обратной иллюстрации слева. Это происходит потому, что в «обратном направлении», когда подвижный терминал холоднее фиксированного, он не расширяется вверх; скорее, он держит дистанцию.В режиме «вперед» движущийся терминал более горячий, чем фиксированный, и движущийся терминал расширяется вверх к стационарному терминалу.

Как отводится или не отводится тепло?

Тепловое излучение в ближнем поле (NTFR) — это процесс, при котором тепло передается посредством теплового излучения между двумя поверхностями. Зазор должен быть очень маленьким, фактически сопоставимым с длиной волны излучения. А интенсивность передачи экспоненциально связана с расстоянием между точками.

Такова природа исправления. Когда движущийся терминал приближается к стационарному терминалу, он оказывается достаточно близко, чтобы повлиять на NFTR; когда дальше, наоборот, это слишком далеко и теплопередача отсутствует.

Как описывают Нидей и Элаука в своей официальной статье в журнале Nature, наноразмерные вакуумные зазоры между клеммами было сложно изготовить. Они назвали свой новый метод нанотермомеханической ректификацией (NTMR).

Подробнее о журнале «Электронные продукты»

Пассивный тепловой диод ограничивает направление теплового потока

Что вы узнаете:

  • Как исследовательская группа из Вирджинского технологического института сконструировала свой новый тепловой диод.
  • Результаты испытаний термодиода.

Инженеры-электрики, очевидно, очень хорошо знакомы с основным диодом, пассивным и жизненно важным компонентом, который ограничивает ток только в одном направлении, и хорошо знакомы с ним, в то время как инженеры-механики имеют свои соответствующие обратные клапаны, которые выполняют аналогичную функцию для потока жидкости. Тем не менее, независимо от дисциплины, все инженеры знакомы с основами термодинамики. которые показывают, что тепло всегда будет перетекать от более теплого тела к более холодному без какого-либо активного теплового насоса.

Было бы неплохо иметь аналог этих электронных и жидкостных диодов в виде теплового диода, который, в принципе, имел бы высокое тепловое сопротивление в одном направлении и низкое сопротивление в другом направлении. Такой ограниченный однонаправленный тепловой поток был бы полезен для «сброса» тепла, поступающего с одной стороны, при сопротивлении теплу с противоположной стороны. (Примечание: в электронике термин «тепловой диод» относится к электрическому диоду, который используется в качестве основного датчика температуры, а его функция совсем другая.)

Немного предыстории: Такое устройство действительно существует, но в очень ограниченной степени, и концепция и конструкция тепловых диодов не являются новой разработкой. Согласно Википедии (с достоверными подтверждающими цитатами), эффект впервые наблюдал на границе раздела медь / закись меди Чаунси Старром из Политехнического института Ренсселера в 1930-х годах. Теоретические модели были предложены в 2002 году для объяснения этого эффекта, а в 2006 году были построены первые микроскопические твердотельные тепловые диоды ( Physics World, , «Фононика становится горячей»).В 2015 году итальянские исследователи объявили о разработке рабочего термодиода, опубликовав свои результаты как «Выпрямление электронного теплового тока с помощью гибридного термодиода» в документе Nature Nanotechnology (за платным доступом, но также размещенном здесь).

Теперь группа под руководством Джонатана Борейко, доцента кафедры машиностроения в Политехническом институте Вирджинии (более известном как Virginia Tech), разработала термодиод, нацеленный на технологию управления тепловым режимом самолета, но который может быть адаптирован для других областей, включая охлаждение электронных компонентов и корпусов.

В их подходе используются две параллельные медные пластины, разделенные изолирующей прокладкой толщиной всего в микрометры; одна пластина содержит супергидрофильную структуру фитиля, а другая гладкая и гидрофобная (рис. 1) . Поверхность первой пластины имеет фитильную структуру, состоящую из микростолбиков, которые удерживают и проводят воду, а вторая параллельная пластина является гладкой и покрыта гидрофобным водоотталкивающим слоем.

1. Концептуальный обзор планарного мостиково-капельного теплового диода в установившемся режиме работы.Устройство паровой камеры состоит из фитильной конструкции (показанной здесь как верхняя пластина) и противоположной пластины (внизу), имеющей гладкое гидрофобное покрытие (пурпурная пленка). (а) Схема прямого режима, когда капля конденсата переходит через зазор, чтобы вернуться в испаритель. (b) Схема обратного режима, когда гидрофобная сторона нагревается, в то время как жидкость задерживается в противоположном фитиле. (Источник: Политехнический институт Вирджинии)

В «прямом» режиме диода (аналогично проводящему) вода на капиллярной пластине поглощает тепло из окружающей среды и испаряется в пар.Затем этот пар распространяется через узкий зазор между пластиной и конденсируется в виде капель, похожих на росу, на гидрофобной пластине. Когда капли становятся достаточно большими, чтобы заполнить промежуток, они втягиваются обратно в структуру фитиля, начиная процесс заново. Большой угол контакта капельного конденсата позволяет перекрывать зазор для пополнения испарителя, обеспечивая устойчивую теплопередачу с фазовым переходом.

И наоборот, в обратном непроводящем режиме источник тепла теперь находится на гидрофобной пластине, что приводит к высыханию и отличной теплоизоляции через зазор.Пар не образуется, потому что вода остается в фитиле; таким образом, устройство может проводить тепло только в одном направлении. Гидрофобная непроводящая сторона предотвращает проникновение тепла через воздух или другие источники тепла, которые могут быть поблизости, в то же время позволяя диоду управлять теплом только от своего основного объекта.

Экспериментальная установка была разработана для обеспечения поддержки, а также для проведения тепловых и других испытаний (рис. 2) .

2. Экспериментальная установка мостиково-капельного теплового диода.(а) Фотография испорченной медной пластины, имеющей массив смоченных микростолбиков размером 100 × 100 × 600 мкм. (б) Фотография полностью собранной паровой камеры. (c) Схематическое изображение различных компонентов камеры. Сверху вниз: хитрая медная пластина, изолирующая прокладка, гидрофобный промотор и лежащая под ним медная пластина. (d) Фотография полностью собранной паровой камеры с теплоотводом и изоляцией. (Источник: Политехнический институт Вирджинии)

Коэффициент теплопередачи этого теплового диода практически не зависит от ориентации, что делает его пригодным для применений, включая охлаждение, связанное с космосом.Команда сообщила, что коэффициент теплопередачи вперед-назад (спереди назад), который они назвали «диодичностью», составляет 85 (это прямое отношение, а не дБ) (рис. 3) . Существующие тепловые диоды либо не очень эффективны, либо проводят в прямом направлении в несколько раз больше тепла, чем в обратном. Кроме того, в отличие от этого подхода, им для работы требуется гравитация.

3. Температурная периодичность η мостиково-капельного термодиода. Черные полосы — это планки ошибок и представляют собой стандартное отклонение по трем отдельным испытаниям.(Источник: Политехнический институт Вирджинии)

Борейко отмечает, что водоотталкивающее покрытие, которое он и его коллеги использовали в своем тестовом устройстве (смесь 1-гексадекантиола в этаноле), не подходит для практического применения. Однако он говорит, что это покрытие можно заменить более прочными альтернативами, такими как графен или привитые полимеры. Он отметил: «Мы надеемся, что односторонняя теплопередача нашего мостикового диода позволит интеллектуально управлять тепловым режимом электроники, самолетов и космических кораблей.”

Команда также хотела бы увеличить диодичность своего устройства до 100. Возможно, это можно сделать, уменьшив высоту микростолбиков, чтобы более мелкие капли могли перекрыть изолирующий зазор между двумя медными пластинами. Исследователи также хотели бы испытать более прочные гидрофобные покрытия.

Полная информация о работе, включая материалы, конфигурацию, теплофизический анализ и уравнения, а также дополнительные результаты испытаний доступны в их статье с обманчиво коротким названием «Мостик-капельные тепловые диоды», опубликованной в Advanced Functional Materials .(Хотя этот документ находится за платным доступом, он также доступен здесь; щелкните, а затем прокрутите вниз.) Команда подала предварительный патент и ищет отраслевых партнеров для продолжения работы.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Hot Stuff: необычный тепловой диод выпрямляет тепло в обоих направлениях

Вы можете почувствовать это на своем ноутбуке и мобильном телефоне. Он находится за вашим холодильником и офисным копировальным аппаратом.Хотя нагревание желательно для таких приборов, как кофеварка, оно может поставить под угрозу надежность и безопасность электронных систем в других устройствах, вызывая в лучшем случае преждевременный выход из строя, а в худшем — взрывы.

Активный контроль теплопередачи, как и в случае с термовыключателями и термодиодами, важен для ряда приложений в области отопления и охлаждения, преобразования энергии, обработки материалов и хранения данных.На практике тепловые диоды являются очень желательными тепловыми компонентами для многих инженерных приложений, потому что они позволяют энергетическим системам передавать тепло в определенные области, а также защищают их, когда окружающие температуры слишком высоки.

Шенг Шен, профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, исследует экзотические явления теплопереноса, такие как термическое выпрямление, в своей лаборатории. Недавно он возглавил исследовательскую группу, которая разработала необычный термодиод из полиэтиленового (ПЭ) нановолокна, который отводит тепло в обоих направлениях за счет изменения рабочей температуры.Это важно, потому что до сих пор для достижения большого и адаптируемого эффекта выпрямления требовался макромасштаб или большой температурный сдвиг. Результаты были опубликованы в Nature Communications .

Наноразмерный термодиод, разработанный в этой работе, обеспечивает рекордно высокий эффект термического выпрямления, превышающий любые зарегистрированные экспериментальные значения для твердотельного термического выпрямления, и требует лишь небольшого температурного смещения менее 10 Кельвинов.

Источник: Инженерный колледж

(слева) Схема термодиода из нановолокна; (Справа) Изображение гетерогенного перехода нановолокон, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, в виде теплового диода в ложных цветах: пурпурном (облучаемый участок) и зеленом (исходный участок).

Для изготовления этого двухрежимного твердотельного термодиода Сяо Луо, доктор философии Студент и один из ведущих авторов статьи настроили кристаллическое нановолокно из полиэтилена с помощью облучения электронным пучком. В исходном состоянии нановолокно PE при низкой температуре имеет высокую теплопроводность, но его проводимость значительно снижается после того, как оно претерпевает фазовый переход, вызванный температурой, около 450 градусов Кельвина.

Луо облучил одну часть нановолокна PE, уменьшив теплопроводность и сместив температуру фазового перехода ниже.Оставшаяся часть нановолокна PE — «нетронутая» часть — была оставлена ​​в исходном состоянии, создавая безупречно облученный переход.

«В результате мы имеем гетеропереход, в котором две части перехода имеют разные свойства», — сказал Луо. Поскольку исходная и облученная части претерпевают соответствующие фазовые переходы при разных температурах, тепло может быть выпрямлено в обоих направлениях в зависимости от конкретной температуры. Двухрежимное тепловое выпрямление потенциально может использоваться для активного регулирования теплового потока для усовершенствованного управления тепловым режимом и преобразования энергии — настоящая революция в целом ряде промышленных и медицинских приложений.

Они потенциально могут использоваться для защиты биологических образцов или биомедицинских устройств от локальных всплесков тепла.

Шэн Шен , Профессор , Машиностроение

«В качестве передовых элементов терморегулирования термодиоды могут использоваться для защиты чувствительных к температуре электронных или биомедицинских устройств от колебаний температуры окружающей среды», — сказал Шен.«Например, термодиоды из нановолокна, разработанные в этой работе, полностью биосовместимы и гибки. Они потенциально могут использоваться для защиты биологических образцов или биомедицинских устройств от локальных всплесков тепла и обеспечения прецизионной стабилизации температуры на основе двухрежимного эффекта термического выпрямления ».

Работа стала результатом совместной работы исследователей из Университета Карнеги-Меллона, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Университета Нотр-Дам и Института исследования материалов и инженерии.Помимо Шена и Луо, соавтором является Майкл Боксталлер, профессор материаловедения и инженерии.

Гибридный термодиод на основе материалов с фазовым переходом

  • 1

    Tritt TM, Subramanian MA (2006) Термоэлектрические материалы, явления и применения: взгляд с высоты птичьего полета. MRS Bull 31: 188–198

    Статья Google ученый

  • 2

    Pop E (2010) Рассеяние и перенос энергии в наноразмерных устройствах.Nano Res 3: 147–169

    CAS Статья Google ученый

  • 3

    Li B, Wang L, Casati G (2006) Отрицательное дифференциальное тепловое сопротивление и тепловой транзистор. Appl Phys Lett 88: 143501

    Статья Google ученый

  • 4

    Ван Л., Ли Б. (2007) Тепловые логические вентили: вычисления с фононами. Phys Rev Lett 99: 177208

    Статья Google ученый

  • 5

    Starr C (1936) Выпрямитель из оксида меди.Физика 7: 15–19

    CAS Статья Google ученый

  • 6

    Маджумдар А., Редди П. (2004) Роль электрон-фононного взаимодействия в теплопроводности границ раздела металл-неметалл. Appl Phys Lett 84: 4768–4770

    CAS Статья Google ученый

  • 7

    Somers R II, Fletcher L, Flack RD (1987) Объяснение термического ректификации. В: 22-е совещание по аэрокосмическим наукам, стр. 398

  • 8

    Barber JR, Wright K (1967) Тепловая деформация из-за однородного круглого источника тепла на поверхности полубесконечного твердого тела.Int J Mech Sci 9: 811–815

    Статья Google ученый

  • 9

    Peyrard M (2006) Конструкция теплового выпрямителя. EPL (Europhys Lett) 76:49

    CAS Статья Google ученый

  • 10

    Кобаяши В., Тераока Ю., Терасаки И. (2009 г.) Оксидный тепловой выпрямитель. Appl Phys Lett 95: 171905

    Статья Google ученый

  • 11

    Dames C (2009) Твердотельная термическая ректификация с существующими объемными материалами.J Heat Transf 131: 61301–61307

    Статья Google ученый

  • 12

    Li B, Lan J, Wang L (2005) Термическое сопротивление границы раздела между разнородными ангармоническими решетками. Phys Rev Lett 95: 104302

    Статья Google ученый

  • 13

    Tovar-Padilla M, Licea-Jimenez L, Pérez-Garcia SA, Alvarez-Quintana J (2015) Тепловой диод с улучшенными характеристиками за счет сопротивления тепловой границы на наноуровне.Appl Phys Lett 107: 84103

    Статья Google ученый

  • 14

    Sadat H, Le Dez V (2016) Термическое выпрямление в двухслойной стенке: совместное излучение и теплопроводность. Appl Therm Eng 107: 1248–1252

    Артикул Google ученый

  • 15

    Wang Y, Vallabhaneni A, Hu J et al (2014) Боковое ограничение фононов делает возможным термическое выпрямление в асимметричных наноструктурах из одного материала.Nano Lett 14: 592–596

    Статья Google ученый

  • 16

    Ян Н., Чжан Г., Ли Б. (2009) Термическое выпрямление в асимметричных графеновых лентах. Appl Phys Lett 95: 33107

    Статья Google ученый

  • 17

    Ouyang T, Chen Y, Xie Y et al (2010) Баллистическое термическое выпрямление в асимметричных трехконцевых нанопереходах графена. Phys Rev B 82: 245403

    Статья Google ученый

  • 18

    Ли Дж., Варшней В., Рой А.К. и др. (2012) Термическое выпрямление в трехмерной асимметричной наноструктуре.Nano Lett 12: 3491–3496

    CAS Статья Google ученый

  • 19

    Jiang JW, Wang JS, Li B (2010) Тепловое выпрямление, вызванное топологией, в углеродном наноустройстве. EPL (Europhys Lett) 89: 46005

    Статья Google ученый

  • 20

    Ху Дж, Руан Х, Чен Ю.П. (2009) Теплопроводность и термическое выпрямление в графеновых нанолентах: исследование молекулярной динамики. Nano Lett 9: 2730–2735

    CAS Статья Google ученый

  • 21

    Ян Н., Чжан Дж., Ли Б. (2008) Углеродный наноконус: многообещающий термо выпрямитель.Appl Phys Lett 93: 243111

    Статья Google ученый

  • 22

    Zhang Z, Chen Y, Xie Y, Zhang S (2016) Переход термического выпрямления в кремниевых наноконусах. Appl Therm Eng 102: 1075–1080

    CAS Статья Google ученый

  • 23

    Ху Б., Ян Л. (2005) Теплопроводность в модели Френкеля – Конторовой. Chaos Interdiscip J Nonlinear Sci 15: 15119

    Статья Google ученый

  • 24

    Лан Дж., Ван Л., Ли Б. (2007) Термическое сопротивление на границе раздела между решетками Френкеля – Конторова и Ферми – Паста – Улама.Int J Mod Phys B 21: 4013–4016

    Статья Google ученый

  • 25

    Casati G (2007) Отопление включается и выключается. Nat Nanotechnol 2:23

    CAS Статья Google ученый

  • 26

    Гарсия-Гарсиа К.И., Альварес-Кинтана Дж. (2014) Термическое выпрямление с помощью переходов решетки. Int J Therm Sci 81: 76–83

    Статья Google ученый

  • 27

    Ben-Abdallah P, Biehs S-A (2013) Излучательный термодиоды с фазовым переходом.Appl Phys Lett 103: 191907

    Статья Google ученый

  • 28

    Pallecchi E, Chen Z, Fernandes GE et al (2015) Тепловой диод и новая реализация в материале с фазовым переходом. Mater Horiz 2: 125–129

    CAS Статья Google ученый

  • 29

    Teng Z, Tengfei L (2015) Гигантское термическое выпрямление из термодиодов из полиэтиленовых нановолокон. Small 11: 4657–4665

    Артикул Google ученый

  • 30

    Кенисарин М.М. (2014) Теплофизические свойства некоторых материалов с органическим фазовым переходом для аккумулирования скрытой теплоты.Обзор. Sol Energy 107: 553–575

    CAS Статья Google ученый

  • 31

    Cottrill AL, Strano MS (2015) Анализ тепловых диодов, обеспечиваемых переходами материалов с фазовым переходом. Adv Energy Mater 5: 1500921

    Статья Google ученый

  • 32

    Оказ AM, Эль-Осейри М., Махмуд Н.С. (1989) Критическое поведение термического сопротивления Ni. J Therm Anal 35: 121–129

    CAS Статья Google ученый

  • 33

    Папп Э., Сабо Г., Тихи Г. (1977) Температуропроводность и теплопроводность Ni вблизи точки Кюри.Solid State Commun 21: 487–490

    CAS Статья Google ученый

  • 34

    Накано Э., Хироцу К., Шимада А. (1969) Кристаллические структуры пентаглицерина и неопентилгликоля. Bull Chem Soc Jpn 42: 3367

    CAS Статья Google ученый

  • 35

    Сингх Х., Талекар А., Чиен В.-М. и др. (2015) Непрерывные твердотельные фазовые переходы в материалах накопителей энергии с ориентационным беспорядком — вычислительный и экспериментальный подход.Энергетика 91: 334–349

    CAS Статья Google ученый

  • 36

    Strauss R, Braun S, Dou S. et al (1996) Фазовая диаграмма бинарной системы ориентационный порядок-беспорядок 2,2-диметил-1,3-пропандиол / 2,2-диметил-1,3- диаминопропан, [(Ch4) 2 C (Ch3OH) 2] × [(Ch4) 2C (Ch3Nh3) 2] 1 — x. Термодинамическое, рентгеновское и 1H-ЯМР исследование. Zeitschrift für Naturforsch A 51: 871–881

    CAS Google ученый

  • 37

    Фэн Х., Лю Х, Хе С. и др. (2000) Исследования фазовых переходов твердое тело-твердое тело полиолов с помощью инфракрасной спектроскопии.Thermochim Acta 348: 175–179

    CAS Статья Google ученый

  • 38

    Левовски Т., Возняк К. (1997) Измерение температуры Кюри для гадолиния: лабораторный эксперимент для студентов. Eur J Phys 18: 453

    Статья Google ученый

  • 39

    Zhang Z-Y, Xu Y-P, Yang M-L (2000) Измерение теплопроводности неопентилгликоля, 1,1,1-тригидроксиметилпропана и их смеси в диапазоне температур от 20 ° C до их температур сверхплавления.J Chem Eng Data 45: 1060–1063

    CAS Статья Google ученый

  • 40

    Альварес-Кинтана Дж., Родригес-Вьехо Дж. (2008) Расширение метода 3 ω для измерения теплопроводности тонких пленок без контрольного образца. Актуаторы Sens A Phys 142: 232–236

    CAS Статья Google ученый

  • 41

    Nellis WJ (1968) Теплопроводность и функция Лоренца монокристаллов гадолиния, тербия и гольмия.Ретроспективные диссертации и диссертации. 4618. https://lib.dr.iastate.edu/rtd/4618

  • 42

    Тиан В., Ян Р. (2008) Фононный перенос и перколяция теплопроводности в композитах со случайными наночастицами. Comput Model Eng Sci 24: 123

    Google ученый

  • 43

    Gong L, Wang Y, Cheng X et al (2014) Новая теория эффективной среды для моделирования теплопроводности пористых материалов. Int J Heat Mass Transf 68: 295–298

    Статья Google ученый

  • Фотонный термодиод.

    Abstract

    Тепловой диод — это двухполюсное нелинейное устройство, которое выпрямляет носители энергии (например, фотоны, фононы и электроны) в тепловой области, аналог теплопередачи знакомому электрическому диоду. Эффективные тепловые выпрямители могут повлиять на самые разные приложения, от тепловых двигателей до охлаждения, теплового регулирования зданий и тепловой логики. Однако экспериментальные демонстрации сильно отставали от теоретических предложений. Здесь мы представляем первые экспериментальные результаты для фотонного термодиода.Устройство основано на асимметричном рассеянии баллистических энергоносителей пирамидальными отражателями. Недавняя теоретическая работа предсказала, что этот баллистический механизм также требует нелинейности, чтобы обеспечить асимметричный теплоперенос, требование всех тепловых диодов, вытекающее из второго закона термодинамики и реализованное здесь с использованием элемента «неупругого теплового коллиматора». Эксперименты подтверждают оба эффекта: с пирамидами и коллиматором термическое выпрямление составляет 10,9 ± 0,8%, а без коллиматора выпрямление не обнаруживается (<0.3%).

    Основное содержание

    Загрузить PDF для просмотраПросмотреть больше

    Дополнительная информация Меньше информации

    Закрывать

    Введите пароль, чтобы открыть этот PDF-файл:

    Отмена Ok

    Подготовка документа к печати…

    Отмена

    Новый термодиод может революционизировать управление температурой

    Новая технология терморегулирования, первоначально использовавшаяся в самолетах, была адаптирована для использования в других областях.

    Джонатан Борейко, доцент кафедры машиностроения Политехнического института Вирджинии и государственного университета (Технологический университет Вирджинии), возглавил команду, которая разработала новую технологию. Борейко получил награду Программы исследований молодых исследователей в 2016 году, присужденную Управлением научных исследований ВВС США. Благодаря гранту Борейко и его команда смогли разработать планарные мостиковые тепловые диоды, представляющие новый подход к управлению температурным режимом.

    Проект исследовательской группы Virginia Tech продемонстрировал, что новый подход к управлению температурным режимом является одновременно высокоэффективным и чрезвычайно универсальным.Результаты их исследования опубликованы в последнем выпуске Advanced Functional Materials.

    (Фото: Предоставлено Intel / Newsmakers / Getty Images)
    388189 03: Процессор Pentium 4 1,7 ГГц для настольных компьютеров от производителя компьютерных микросхем Intel Corporation демонстрируется 23 апреля 2001 г. в Санта-Кларе, Калифорния. Новая технология, разработанная командой из Virginia Tech, потенциально может помочь в обеспечении более эффективного способа поддержания охлаждения чипов ЦП в течение более длительного времени.


    Новое одностороннее устройство теплопередачи

    Термическим диодом обычно называют устройство, которое позволяет теплу течь только в одном направлении, используя специальные материалы для предотвращения обратного потока.В качестве решения для управления тепловым режимом диоды являются многообещающими, поскольку они позволяют перенаправлять тепло только на одну сторону и эффективно блокировать и отводить их с другой.

    СВЯЗАННЫЙ: Йельский университет создает программу исправления ошибок для квантовых компьютеров

    Согласно пресс-релизу Virginia Tech, основное внимание Борейко уделяет применению самолетов. В самолете тепло поглощается самолетом перегрева, но сопротивляется теплу из окружающей среды.

    В проекте команды Технологического института Вирджинии они использовали две медные пластины в герметичной среде с небольшим микроскопическим зазором между ними.Первая медная пластина имеет структуру фитиля, которая будет удерживать и транспортировать воду. С другой стороны, вторая медная пластина покрыта гидрофобным (водоотталкивающим) слоем.

    Когда первая пластина нагревается, вода в фитиле превращается в пар. Затем этот пар проходит через узкий зазор, где он более холодный, и пар конденсируется в капли росы на поверхности гидрофобной пластины. Капли накапливаются в достаточно большие капли, преодолевая микроскопический зазор и впитываясь обратно в фитиль.Теперь, когда вода в форме капель снова попала в фитиль, процесс можно начинать заново.

    Как одностороннее устройство, диод не может передавать тепло назад. Если к гидрофобной пластине приложить тепло, передачи не произойдет, поскольку вода остается в фитиле, который остается на медной пластине с другой стороны.


    Новое многообещающее устройство контроля температуры

    Изначально оно было разработано для использования в самолетах, но новое устройство, разработанное командой Борейко, также может быть использовано в других областях, требующих постоянного контроля температуры.Например, электронное оборудование, такое как компьютеры, имеет компоненты, которые постоянно выделяют тепло. Микросхема центрального процессора (ЦП) имеет тенденцию к перегреву.

    СВЯЗАННЫЙ: Глубокое погружение в процессор AMD Ryzen 7 1800X

    Современные конструкции включают радиаторы, способные выдерживать повышение температуры, но только до определенного предела. Кроме того, защитные механизмы включают отключение процессора в случае перегрева, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение устройства.

    Благодаря термодиоду Борейко тепло, выделяемое процессором, передается на первую медную пластину. Тепло превращает воду в пар, перемещаясь к другой пластине, где она будет конденсироваться и будет продолжать это делать, поглощая тепло. Еще одним преимуществом нового термодиода является то, что его можно использовать независимо от ориентации.


    До работы над новыми термодиодами Борейко ранее предлагал новый метод ускорения размораживания: