2．1．2　器件的实际工作范围
（为简化讨论起见，这里仅仅考虑温度对元器件的影响，不考虑实际环境纬度、大气压、湿度和盐度等等的变化对元器件的影响。）
2．1．2．1 元器件的实际可以工作范围
器件的实际工作范围包含两层含义，一层是指实际的工作温度范围，另一层是指在实际的工作温度范围内，元器件指标的变化。
实际的电路，必然工作在一定的环境中。使用环境的受地球一年四季气候变化的影响，还受安装位置的影响。例如工作在室外，若在东北地区，冬季最低环境温度可以达到-30℃以下，而在夏季最高环境温度可以达到40℃以上；若在南方地区，冬季最低环境温度可以达到0℃以下，而在夏季太阳直射下最高环境温度可以达到60℃以上。即使是在实验室中，也存在一定的温度变化范围，一般在20～25℃的变化。
元器件的实际工作温度范围还受元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力影响。
在实际电路中，元器件必然会有一定的功耗，实际功耗的大小与电路设计有很大关系。元器件的工作频率较高、输出负载较重、电源电压较高时，元器件的功耗将大大增加。以某厂家生产的FPGA为例，当空载时，功耗仅仅几十mW；当部分电路工作在100MHz，而且部分输出电路带有负载后，芯片的功耗立即上升到1W以上，功耗上升数十倍。
元器件的功耗自然转化为元器件的发热，这些热量需要通过一定的途径散发到自然环境中。这个途径一般可以简化为芯片内部发热节点到芯片的晶片表面、芯片的晶片表面到芯片的封装外表面、芯片的封装外表面到散热器、散热器到机箱内空气、机箱内空气到自然环境的热传导过程。这个途径中的每个环节内部和每个环节之间，需要存在一定的温度梯度才能实现热量的传递。这个温度梯度可以看作是热传导的阻力，简称为热阻。由于热阻的存在，使得芯片的热量不能快速的散发出去，造成芯片内核的温度远远高于环境温度，大大劣化了芯片的工作环境。合理选用适当的封装、增加散热片、增加空气流动速度都有利于降低热阻。例如对于常用的LDO稳压器SPX1117（兼容LM1117）的热阻见表2-1。


从表2-1（SPX1117（兼容LM1117）的热阻表）可以看出，在不加散热器时，TO-220封装的SPX1117直接到环境的热阻是60℃/W，这说明SPX1117每1W功耗会导致芯片内核温度升高60℃。
若电路中，SPX1117用于将8V电压降低为3.3VDC输出，输出电流为0.5A，则自身功耗为2.35W。若SPX1117芯片内核温度最高允许150℃，则可以进行如下计算：
RT =（Tjmax - Ta）/ P
式中：RT -- 总热阻；
Tjmax -- 最高结温，SPX1117芯片内核温度最高允许150℃
Ta -- 当前环境温度
P  -- 器件的功耗
若取环境温度为0℃时，可以计算出此时最高热阻必须低于63.8℃/W；若取环境温度为50℃时，可以计算出此时最高热阻必须低于42.6℃/W。这里没加散热片，取SPX1117直接到环境的热阻60℃/W，可见当环境温度为0℃时，SPX1117可以正常工作；当环境温度升高到50℃时，SPX1117已经不能工作了。可见环境对于芯片工作状态的影响。
同样是上述SPX1117，若增加散热片，则SPX1117到环境的热阻由SPX1117内核到焊片的热阻、焊片到散热片的热阻、散热片到环境的热阻组成。这是可以从表2-1中查到SPX1117内核到焊片的热阻为3℃/W；SPX1117与散热器之间加硅脂，这时SPX1117焊片到散热片的热阻可大致认为不高于0.5℃/W。这时可以计算环境温度为50℃时的总热阻和散热器的热阻：
RT =（Tjmax - Ta）/ P = （150 - 50 ）/ 2.35 = 42.6（℃/W）
散热器热阻RTf计算：
RTf = RT - RTj - RTc = 42.6 - 0.5 - 3 = 39 （℃/W）
根据散热器热阻RTf，就可以通过散热器资料选择合适的散热器。实际上由于这里RTf = 39 （℃/W），散热器比较容易选择。
可见，热阻对于芯片的工作同样有很大的影响。不重视环境温度的变化，就不能设计出在一年四季中正常工作的电路。同样，不重视元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力影响，同样不能设计出可以正常运行的产品。
总之，元器件的实际可以工作范围是由环境温度、元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力限制的。
设计实践中发现，元器件的温度上升，会导致元器件的寿命缩短，一般情况下每提高10℃，元器件的寿命减半；在接近极限温度附近，由于热应力破坏作用，高温能够导致元器件的快速损坏。

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