對於可靠且壽命長的電子設備而言，適當的散熱至關重要。然而，在原型設計階段，散熱問題往往被忽略。本工程簡報介紹了一種利用活頁夾作為散熱器來冷卻 TO-220 封裝半導體的簡單方法。圖 1 和圖 2 的熱成像圖證實了這一點。我們可以看到，該散熱器顯著增加了半導體的表面積，其溫度僅比 7805 穩壓器略低。這種簡易散熱器使 TO-220 穩壓器的溫度降低了約 60degF（約 27degC）。
圖 1：採用 TO-220 封裝的穩壓器熱成像圖，其散熱片為臨時活頁夾。可以看出，散熱片的溫度略低於穩壓器本身。
注意：臨時製作的活頁夾與 TO-220 裝置的金屬片之間沒有電氣隔離。請記住，金屬片通常連接到 TO-220 裝置的中心引腳。根據裝置的不同，此引腳可能接地或帶高壓。請務必查閱器件規格書。此外，在操作電氣設備時，請遵守所有適用的地方、州和聯邦法規。
圖 2：7805 穩壓器在接近其過熱極限的危險狀態下運作的熱成像圖。該影像是在與圖 1 相同的電氣條件下拍攝的。穩壓器的溫度明顯較高。
演示電路說明
演示電路如圖 3 所示。圖中，一個 7805 穩壓器（TO-220 封裝）安裝在試驗電路板上。此穩壓器由一個設定為 7VDC 的 B&K Precision 1550 電源供電，如圖 4 所示。兩個並聯的 10ohm 2W 電阻用作負載。
這個電路的計算相對簡單。並聯電阻構成一個 5ohm 的負載。由於穩壓器輸出 5VDC 驅動這個 5ohm 的負載，我們計算出電流為 1A。回想一下，7805 是一個線性穩壓器，因此輸入電流與輸出電流相同。在 7VDC 輸入電壓下，我們計算出穩壓器的總功耗為 (7V – 5V) × 1A = 2W。雖然 2W 看起來功率不大，但考慮到穩壓器 65 °C/W 的熱阻，這個功耗就相當可觀了。圖 2 清晰地顯示了結果，穩壓器的溫度甚至高於沸水。
技術提示：電路原型設計的想法與量產設計並不總是相同的。在原型電路設計中，我們可以採取一些在最終產品生產中絕對不合適的捷徑。例如，本文中提到的 7805 穩壓器產生的熱量以及過小的負載電阻。雖然這可以作為演示，但最終產品會採用更大的元件和散熱片，以降低工作溫度，從而確保設備擁有更長的使用壽命。
圖 3：測試電路由一個 7805 穩壓器和兩個並聯的 10ohm 電阻組成。穩壓器由 7VDC 電源供應器（圖中未顯示）驅動。
使用熱像儀驗證散熱器操作
圖 4 顯示了本次演示中使用的設備的大圖。其中包括較舊的 Fluke Ti32 熱像儀。
圖 4：用於驗證活頁夾散熱器有效性的設備，包括被測電路和一台較舊的 Fluke Ti32 熱像儀。
熱像儀配備手動對焦環，可使熱像儀聚焦於微小細節。所得影像如圖 1（含散熱片的調節器）及圖 2（不含散熱片的調節器）所示。使用 Fluke SmartView Classic 軟體將影像調整為相同的色彩標度。
結果顥示，臨時散熱器對穩壓器有益。使用散熱器後，穩壓器溫度降低了約 60degF。圖 1 尤其能說明問題，我們可以看到散熱器溫度很高。這表明散熱器與 TO-220 封裝的穩壓器形成了良好的熱接觸，並將熱量散發到周圍環境中。
結語
這種用活頁夾自製的散熱片使用方便，散熱效果也不錯，如熱成像圖所示。在電路原型設計中，它是一個非常實用的工具。
請務必完成本文末的問題，檢驗您對 7805 穩壓器和電路熱特性的理解。一如既往，歡迎在下方留言區留下您的評論和建議。
問題
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什麼是熱阻？
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加裝散熱片後，熱阻會增加還是減少？
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當輸入電壓增加到 12VDC 時，計算 5VDC 穩壓器消耗的功率。假設負載阻抗恆定為 5ohm。
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關於上一個問題，對於 TO-220 封裝的 7805 線性穩壓器來說，這是一個合理的運作條件嗎？
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從 DigiKey 產品清單中找到至少 3 種適用於 7805 穩壓器的散熱片。對於每種散熱片，請描述其如何安裝到 7805 穩壓器上。此外，如果適用，請描述散熱片如何實際連接到 PCB 或機箱。
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判斷題（對/錯）：本文提到的臨時活頁夾熱片與穩壓器之間是否有電氣絕緣？如果不是，散熱片上的電壓是多少？
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