Решение нестандартных задач - [5]

Мощный транзистор

Условие задачи

Неидеальность ключевых свойств мощных транзисторов и диодов являются причиной потерь электрической энергии, которая разогревает полупроводниковый прибор, ухудшая тепловой режим его работы. Как быть?

Разбор задачи

ПП₁: Необходимо улучшить тепловой режим транзисторного (диодного) ключа в электроаппаратуре, в которую он устанавливается.

ПП₂: Необходимо исключить перегрев силового транзистора.

В формулировке ПП₂ показывается улучшение, какое качество нужно улучшить, а в ПП₂ — нежелательный эффект (НЭ) — перегрев транзистора.

Это по существу изобретательская ситуация.

Устранение указанного административного противоречия может осуществляться путем:

— создания нового транзистора или

— применения радиатора, который улучшает тепловой режим работы транзистора, но увеличивает габариты аппаратуры.

В первом направлении необходимо проводить серьезную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу (НИОКР). Это занимает много времени и средств. Поэтому из изобретательской ситуации мы выбираем второй путь — изобретательский.

ПТ: Противоречие междутемпературой и габаритами или потерями энергии (мощности) и габаритами.

Улучшение теплоотвода приводит к необходимости увеличения площади радиатора, а снижение габаритов радиоаппаратуры требует уменьшения площади радиатора.

ПС: Площадь радиатора должна быть маленькой, чтобы радиоаппаратура быламалых габаритов, и большой, чтобы улучшить отвод тепла.

Решение задачи

Такое противоречие можно разрешить:

В структуре, например, путем ее изменения.

1. На радиаторе делают ребра. Общая площадь радиатора увеличивается (увеличивается теплообмен), а габариты аппаратуры не увеличиваются и даже могут быть уменьшены. Ребра делают игольчатыми, чтобы еще больше увеличить площадь радиатора (площадь теплообмена).

Рис. 2.9. Радиатор для транзистора

2. Лепестки радиатора делают с эффектом памяти формы — из никелида титана — нитинола (а. с. 958 837). При нормальной температуре лепестки прижаты к транзистору, а при повышении температуры за пределы допустимой, они отгибаются, увеличивая площадь теплоотвода. Это разрешение противоречивых свойств не только в структуре, но и по условию (превышение температуры) или можно считать, что это разрешение во времени (во время превышения температуры).

3. Можно присоединить к транзистору элемент Пельтье, который будет охлаждать транзистор.

В пространстве

Радиатор вместе с транзистором размещают на наружной стенке блока, как это сделано в измерительных приборах: цифровых вольтметрах и частотомерах.

Рис. 2.10. Радиатор — наружная стенка прибора

Можно использовать тепловую трубу, позволяющую отвести локально выделяемое тепло на значительное расстояние от его источника или с помощью тепловых труб подводить холодный поток.

Рис. 2.11. Принцип работы тепловой трубы

2.12. Тепловые трубы присоединены к радиатору

Холодный поток можно получить от элемента Пельтье.

Глава 3. Идеальный конечный результат (ИКР)

Переход к ИКР отсекает все решения низших уровней, отсекает без перебора, сразу. Остаются ИКР и те варианты, которые близки к ИКР и потому могут оказаться сильными.

Г. С. Альтшуллер

3.1. Общие представление об ИКР

Решение математических задач и задач «на сообразительность» часто выполняют методом «от противного». Суть метода заключается в том, что решать задачу начинают с конца. Определяют конечный результат — ответ. Уяснив его, «прокладывают» дорогу к началу, то есть решают задачу.

Заманчиво было бы осуществить и решение технических задач аналогичным образом. Но как же узнать ответ?

Действительно, при решении технических задач ответ не известен, но можно пойти дальше… Можно представить идеал разрабатываемого устройства — идеальное устройство — идеальный конечный результат (ИКР).

Понятие об идеальной системе было дано в п. 4.5.2. Напомним, что идеальная техническая система — это система, которой нет, а ее функции выполняются, т. е. цели достигаются без средств.

ИКР — маяк, к которому следует стремиться при решении задачи. Близость полученного решения к идеальному определяет уровень и качество решения.

ИКР — решение, которое мы хотели бы видеть в своих мечтах, выполняемое фантастическими существами или средствами («волшебная палочка»). Например, дорога существует только там, где с ней соприкасаются колеса транспорта.

ИКР — это результат процесса увеличения степени идеальности

Г. С. Альтшуллер указывал: «Изобретательское мышление при работе по АРИЗ должно быть четко ориентировано на идеальное решение: «Есть вредный фактор, с которым надо бороться. Идеально, чтобы этот фактор исчез сам по себе. Пусть сам себя устраняет. Впрочем, его можно устранить, сложив с другим вредным фактором. Нет, пожалуй, самое идеальное — пусть вредный фактор начнет приносить пользу…».

«Направленность на идеал отнюдь не означает отход от реальности решения. Во многих случаях идеальное решение полностью осуществляется. Скажем, идеальность машины обеспечивается тем, что ее функцию по совместительству начинает выполнять другая машина. Идеальность способа нередко достигается выполнением требуемого действия заранее, благодаря чему в нужный момент на это действие не приходится тратить ни времени, ни энергии