Avalanche térmica

A avalanche térmica começou a tomar corpo na década de 60, século XX, com a miniaturização eletrônica.

O termo avalanche térmica se refere à situação onde um processo, que é acelerado pelo aumento da temperatura, ao liberar energia, contribui para aumentar ainda mais a temperatura. Esse fenômeno ocorre em situações em que um aumento na temperatura altera as condições de uma forma que causa um aumento ainda maior na temperatura, muitas vezes levando a um resultado destrutivo. Na química (e na engenharia química), a avalanche térmica está associada a reações fortemente exotérmicas que são aceleradas pelo aumento da temperatura. Em engenharia elétrica, a fuga térmica está normalmente associada ao aumento do fluxo de corrente e dissipação de energia.

Realimentação e aumento exponencial

O efeito nos componentes semicondutores ocorre em suas junções. Esse nada mais é que o incremento de uma corrente parasita chamada corrente de fuga, que, uma vez aumentada, realimenta-se e, por conseqüência, aumenta a temperatura na junção, que, conseqüentemente, realimenta a corrente de fuga, levando a um sistema cíclico no qual ocorre realimentação auto destrutiva.

A corrente de fuga aumenta exponencialmente até a autodestruição do cristal semicondutor por fusão.

Componentes de prevenção e controle da corrente de fuga

Nos circuitos eletrônicos, existem componentes cuja função é evitar este efeito. São os termistores NTC e PTC:

• O NTC (do inglês Negative Temperature Coefficient) é um componente eletrônico chamado termistor. Seu coeficiente de variação de resistência varia negativamente conforme a temperatura aumenta, ou seja, a sua resistência elétrica diminui com o aumento da temperatura.
• O PTC (do inglês Positive Temperature Coefficient) é um componente eletrônico ou termistor. Seu coeficiente de variação de resistência varia positivamente conforme a temperatura aumenta, ou seja, a sua resistência elétrica aumenta com o aumento da temperatura.

Neste caso, a função dos termistores é prevenir a avalanche térmica forçando a um resfriamento por polarização através de uma realimentação negativa que causa a diminuição de tensão ou corrente de alimentação ou excitação do dispositivo eletrônico, conforme a escolha do projetista.

Queda do rendimento em função do controle de temperatura

Ao forçar a polarização negativamente num circuito, pode haver uma diminuição de seu rendimento caso seja feita a redução na tensão de alimentação.

Para evitar este efeito indesejável, o engenheiro projetista experiente não insere o controle de realimentação negativa na alimentação, mas sim na polarização do circuito de potência, pois é antieconômica a fabricação de termistores de alta potência para serem montados em série com o circuito, pois se for feita a redução na alimentação, de acordo com a Lei de Joule, para uma impedância dinâmica fixa, e somente neste caso, ao diminuir a tensão de alimentação de um sistema, seu rendimento diminuirá exponencialmente.

Dissipação de calor

Daí a necessidade de refrigeração por irradiadores térmicos em circuitos de potência, pois, a caloria será perdida para o ambiente prevenindo a avalanche térmica. Por isso os computadores modernos tem sistemas de refrigeração forçada, os ventiladores e dissipadores de calor sobre os microprocessadores (cooler).

Bibliografia

• Lin, H.C. e Barco, A. A.: Temperature Effects in Circuits using Junction Transistors, Transistor I, RCA Laboratories, California, 1956.
• Hercher, M. B.: Designing Transistor A-F Power Amplifier, Electronics, april, 1958.