Het vermogen om warmte over te dragen heet thermische geleiding, maar we gebruiken alijd de reciproke waarde: de thermische weerstand. De thermische weerstand (Rth) wordt uitgedrukt in °C/W. Als de Rth van een koelplaat 1°C/W is, neemt de temperatuur toe met 1°C per Watt gedissipeerd vermogen. Dus:
R=T/P
Ziet deze formule er niet bekend uit? Inderdaad, als we T door V vervangen en P door I, krijgen we de formule voor elektrische weerstand. Deze anologie maakt het heel eenvoudig om te berekenen welke koeplaat we nodig hebben: vervang alle warmtebronnen door stroombronnen en temperaturen door spanningen. Kijk eens naar het onderstaande plaatje.
Dit schema toont transistor T6 van onze labvoeding, een 2N3055 die 60W verstookt in z'n junctie. (De junctie is de silicium chip in de transistor.) De thermische weerstand van junctie naar behuizing is 1.5°C/W. De omgevingstemperatuur is 25°C. Weerstand RTHC-A is de thermische weerstand van de koelplaat. Dit is wat we willen gaan berekenen.
De maximale junctietemperatuur van de 2N3055 is 200°C. De 'temperatuursval' over RTHJ-C is 60W·1.5°C/W = 90°C. Er blijft dus 200 - 90 - 25 = 85°C over voor de koelplaat. Dus RTHC-A = 85°C/60W = 1.4°C/W.
Laten we nu de koelplaat berekenen voor T3, een TIP41A. De maximum junctietemperatuur is 150°C. The datasheet zegt: wanneer de temperatuur van de behuizing 25°C is, kan de transistor 65W dissiperen. Dit betekent dat RTHJ-C = 125°C/65W = 1,9°C/W. De transistor dissipeert 4.1W, dus de totale weerstand van junctie naar omgeving mag niet groter zijn dan 125°C/4.1W = 30.5°C/W. De thermische werstand van de koeplaat mag dus niet hoger zijn dan 30.5 - 1.9 = 28.6°C/W. Een hele kleine koeplaat is al voldoende.
Belangrijke opmerkingen:
Wanneer we een kloeplaat op een transistor monteren, zullen er zich alijd luchtbelletjes tussen de metalen platen bevinden. En lucht is een slechte warmtegeleider. Om de thermische weerstand tussen de transistorbehuizing en de koelplaat te verminderen, moeten we een speciale warmtegeleidende pasta gebruiken.
Houd in gedachten dat een van de aansluitingen (basis, collector of emitter) altijd vebonden zal zijn met het metalen huis van de transistor. Als we twee transistors op een koelplaat willen monteren, moeten we ervoor zorgen geen kortsluiting te maken. Voorbeeld: bij zowel de TIP41A en de 2N3055 is de collector verbonden met de behuizing. In onze labvoeding, zijn beide collectors toch al met elkaar verbonden, dus kunnen we beide transistors op dezelfde koelplaat schroeven. Maar het zal duidelijk zijn dat dit niet altijd het geval is! Gelukkig zijn er isolatieplaatjes te koop die we tussen de transistor en de koeplaat kunnen zetten. Houd er wel rekening mee dat deze plaatjes de thermische weerstand weer laat toenemen!
In sommige catalogi zijn thermische weerstanden uigedrukt in K/W (Kelvin per Watt). Dit is hetzelfde als °C/W: 1K/W = 1°C/W.
Datasheets van transistors kunnen op het Internet gevonden worden.