Por que os dispositivos param de funcionar corretamente no frio extremo?

Percebi que muitos telefones inteligentes dizem que não operam abaixo de -20 graus Celsius. Alguém pode me explicar o que acontece quando os telefones ficam frios que os impedem de operar?

-4 F é -20C, que é um limite baixo padrão para chips e componentes elétricos. Parte disso é apenas porque é muito difícil testar chips em baixa temperatura, mas existem problemas reais que você pode encontrar, incluindo:

• As baterias se degradam a baixas temperaturas, dependendo de sua química.

  • A tensão de saída da bateria é mais baixa, o que significa que você precisa de mais corrente para obter a mesma energia

  • A resistência interna da bateria pode aumentar. A resistência adicional pode aquecer a placa, mas também gasta energia e torna a tensão de saída da bateria menos estável, pois ela muda com o consumo de corrente.

  • O calor causado pela resistência extra pode potencialmente danificar a bateria, pois você está aquecendo o interior enquanto o exterior está frio, criando um gradiente térmico que adiciona estresse mecânico.

• A ciclagem térmica de peças pode piorar. As coisas quebram quando você as esfria e as aquece por causa da expansão térmica. Acredito que esse problema seja pior em temperaturas mais baixas, possivelmente relacionadas aos metais que se tornam quebradiços quando estão muito frios.

• Os chips podem extrair mais corrente a baixas temperaturas. Essa questão agrava as outras duas, já que mais corrente se torna mais calor, aumentando o ciclo térmico.

• Mudanças no tempo do chip. Os circuitos digitais possuem regras especiais de tempo para garantir que todos os sinais estejam no lugar certo e na hora certa. Baixar a temperatura muda tudo isso e pode criar uma condição de corrida.

Para a maioria desses dispositivos, é a tela ...

LCDs não gostam do frio.

Tipicamente, os módulos de caracteres LCD padrão e ilustrações de proporcionar uma gama de temperaturas de 0 ° C a + 50 ° C . No entanto, vários fabricantes de displays oferecem modelos de temperaturas extremas com temperaturas operacionais de -40 ° C a +80 ou + 85 ° C. Há também uma ampla seleção de versões padrão que variam de -20 ° C a + 70 °

Fonte

Os novos tipos de OLED têm uma tolerância de temperatura muito melhor, de -40 ° C a + 80 ° C.

As baterias não gostam de frio.

Geralmente todas as baterias perdem capacidade e corrente no muito frio. (No entanto, usá-los geralmente os aquece.). Os lítio têm um problema particular com a carga no frio .

Além disso, os dispositivos estão preocupados com a condensação que ocorre dentro do dispositivo devido à entrada de ar úmido no fone de ouvido etc.

Os osciladores de cristal podem não iniciar; ou a frequência ressonante de cristal, que possui um coeficiente de temperatura, pode estar fora da faixa garantida de Controle automático de frequência (AFC), necessária para garantir que os pacotes de dados iniciem nos intervalos de tempo esperados, mesmo após algumas horas de operação e deslizamento de fase.

Para adicionar meus 2 centavos a todas as ótimas respostas (que se aplicariam não apenas a dispositivos eletrônicos, mas geralmente a todos os dispositivos elétricos) - a queda de temperatura resulta em alteração da resistência do material (ou seja, para metais, eles se tornam menos resistentes), embora isso possa parecer um coisa menor, em equipamentos industriais, esse é um dos itens contabilizados. Os dispositivos eletrônicos sofreriam mais com isso, porque muitos microchips dependem de resistores entre algumas de suas linhas para ter um valor específico, se esse valor mudar, o microchip pode começar a se comportar mal ou ser completamente desligado.

Os circuitos analógicos também podem ter problemas a baixas temperaturas. A resistência muda através da temperatura, assim como as tensões e transcondutâncias do limiar do transistor. Se uma tensão ou corrente de referência ficar fora da especificação, ela poderá afetar outros circuitos analógicos que dependem dela (como um ADC ou uma bomba de carga).

Ao simular um design e (posteriormente) caracterizar e testar o hardware, é necessário escolher um limite inferior para a temperatura. Pode não haver problemas reais se você ficar um pouco abaixo dessa temperatura, mas o fabricante só pode garantir a operação correta se você permanecer dentro dos limites testados.

Dito isto, para smartphones, a bateria e a tela são provavelmente as maiores preocupações, como mostram as outras respostas.

Quando você chega a números negativos, as coisas começam a desacelerar, há algo chamado ABSOLUTE ZERO que é 0 graus Kelvin ou menos 273 C. @ 0 Kelvin nada se move, incluindo prótons e elétrons, basicamente congela a eletricidade (não sabe o que acontece com os fótons) ) Eventualmente, a velocidade dos chips diminui, mas não na mesma taxa, para que a sincronização seja perdida.

Meus 2 centavos é que existe uma "Equação de Diodo" (google it!) Que inclui corrente, tensão e temperatura. Portanto, o comportamento de um semicondutor depende da temperatura . Útil em um termômetro digital, mas deve ser combatido pela adição de oligoelementos e outras mágicas pelos fabricantes de chips comuns para fazê-los funcionar "em linha reta". Mas isso funciona apenas dentro de uma temperatura limitada. varia de acordo com o orçamento e o uso. Acho que seria possível fazer um telefone que funcione bem apenas entre -220C e -150C, por exemplo.