Меню

Формула рассеиваемой мощности транзистора

Мощность, рассеиваемая на транзисторе

Важным параметром мощных транзисторов является максимальная мощность рассеивания Р РАСС. Это та мощность, которая в транзисторе превращается в тепло:

Из (5.10) следует, что мощность в транзисторе выделяется в основном на коллекторном переходе.

Температура pn – перехода не должна превышать определённого значения t ПЕР. В паспорте на транзистор указывается Р РАСС при температуре корпуса транзистора t К = 25 0 С. Если t К > 25 0 С, то Р РАСС должна быть уменьшена, иначе t ПЕР превысит допустимое значение и транзистор выйдет из строя (сгорит). Типовые значения t ПЕР:

· у германиевых транзисторов t ПЕР ≤ + 90 0 С;

· у кремниевых транзисторов t ПЕР ≤ + 175 0 С.

В транзисторе pn-переход теплее корпуса на ∆ t К-П :

где R К-П – тепловое сопротивление между pn-переходом и корпусом транзистора, Кельвин/Вт.

Для отвода тепла транзистор обычно устанавливается на радиатор охлаждения. Корпус транзистора теплее радиатора на ∆ t Р-К :

где R Р-К – тепловое сопротивление между корпусом транзистора и радиатором охлаждения.

Радиатор охлаждения теплее окружающей среды на ∆ t С-Р :

где R С-Р – тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой.

Таким образом, pn-переход теплее окружающей среды на ∆ t С-П :

Чтобы увеличить Р ДОП , нужно уменьшить суммарное тепловое сопротивление ∑ R t , то есть уменьшить каждое слагаемое ∑ R t .

Для уменьшения (практически, до нуля) теплового сопротивления R К-П между pn-переходом и корпусом коллекторную часть кристалла припаивают непосредственно к корпусу транзистора. У мощных транзисторов выводы эмиттера и базы проходят через изоляторы, вывод коллектора припаян к корпусу.

Для уменьшения теплового сопротивления R Р-К между корпусом транзистора и радиатором охлаждения применяют следующие меры:

· если можно допустить, чтобы радиатор находился под потенциалом коллектора, то соприкасающиеся поверхности корпуса транзистора и радиатора полируют, плотно прижимают и стягивают болтами;

· если радиатор должен быть электрически изолирован от коллектора, то используют тонкую слюдяную прокладку, имеющую высокое электрическое сопротивление и хорошую теплопроводность (малое тепловое сопротивление);

· для лучшего теплового контакта иногда применяют изолирующую теплопроводящую пасту.

Для уменьшения теплового сопротивления R С-Р между радиатором и окружающей средой применяют следующие меры:

· радиатор должен иметь большую теплоизлучающую поверхность S РАД (пример зависимости S РАД от Р РАСС дан на рис. 5.17). Без радиатора охлаждения Р РАСС не превышает (1…4) Вт;

· для большего теплоизлучения радиатор должен иметь чёрный цвет;

· для увеличения S РАД у радиаторов делают «рёбра» или штыри. Оптимальное конструирование радиаторов охлаждения и их расположение в аппаратуре – сложная теплофизическая задача. В ряде случаев радиаторы располагают вне корпуса аппаратуры, иногда закрывая их защитным кожухом;

Читайте также:  Ваз 2114 не набирает мощность

· в большинстве случаев радиаторы рассчитаны на естественную конвекцию воздуха. Но применение обдува (вентиляторов) позволяет снизить R С-Р и соответственно повысить Р РАСС (рис. 5. 18).

· для охлаждения pn-перехода транзистора или, например, полупроводникового лазера иногда используются микрохолодильники, использующие эффект Пельтье – охлаждение точки спая металла и полупроводника (теллурид висмута) при прохождении тока в определенном направлении.

Задача увеличения допустимой Р РАСС касается не только мощных транзисторов, но и мощных полупроводниковых диодов, микросхем, лазеров и других радиоэлементов, выделяющих тепло.

Источник



Какая мощность рассеивается на полупроводнике в виде тепла?

Диод, светодиод, транзистор, микросхема: Вычисление значений рассеиваемой
тепловой мощности с последующим расчётом площади радиатора.

Простая, казалось бы, задача, связанная с расчётом мощности, выделяемой полупроводником в виде тепла, для некоторых на поверку может оказаться и не так уж и очевидной, как это виделось с первого взгляда.
Конечно, мозг опытного и высокоразвитого радиолюбителя возмутится подобной постановке вопроса, ибо совершит подобное незамысловатое действие до того, как его владелец доберётся до середины статьи. Однако, базируясь на немалом количестве писем в мой адрес по данной тематике, а также, для того, чтобы тупо избежать ряда неясностей и ошибок при оценке выделяемого тепла — всё ж таки подниму данную тему и продолжу:

1. Тепловая мощность, выделяемая (рассеиваемая) на диоде.

Тут всё просто как ситцевые трусы! В соответствии с основными законами электротехники тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна Pt = Uд × Iд , где Uд — напряжение на выводах диода, возникающее при прохождении через него прямого рабочего тока, а Iд — это сам рабочий ток диода.
Принято считать, что величина падения напряжения на диоде составляет 0,6…0,8 В для кремниевых диодов и 0,3…0,4 В — для германиевых и диодов Шоттки. Однако, если внимательно посмотреть справочные характеристики выпрямительных диодов (а, как правило, именно они работают при существенных токах), то окажется, что при токах, близких к максимальным, падение напряжения на кремниевых диодах составляет 1…1,1 В, а на диодах Шоттки — 0,5. 0,6 В. Значения падений напряжений на светодиодах имеют довольно большой разброс (в зависимости от цвета) и составляют величины 1,5. 3 В. Именно эти значения и следует подставлять в формулу для расчёта выделяемой диодами тепловой мощности.

2. Тепловая мощность, выделяемая на выпрямительных мостах.

Тут всё рассчитывается точно так же, как и в предыдущем случае с диодами — Pt = Uпр × Iнагр , только в качестве Uпр подставляем значение падения прямого напряжения на мосте, а в качестве Iнагр — максимальный ток, протекающий через нагрузку.
Поскольку в диодных мостах используются силовые диоды с малым падением прямого напряжения, то параметр Uпр обычно составляет величину 1. 1,1 В (справочная характеристика).

Читайте также:  Как узнать мощность нагрузки по току

3. Тепловая мощность, выделяемая на линейных стабилизаторах.

Данный тип стабилизаторов может быть выполнен как на дискретных элементах (когда основную часть тепла выделяет регулирующий транзистор), так и в виде интегральной микросхемы — в этом случае тепло рассеивается на всём корпусе элемента. Тепловая мощность, выделяемая транзистором или ИМС, равна Pt ≈ (Uвх — Uвых) × Iнагр

4. Тепловая мощность, выделяемая на импульсных (ключевых) стабилизаторах.

В импульсных стабилизаторах напряжения регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть периодически открывается и закрывается, а поэтому по сравнению с линейным стабилизатором имеет значительно меньшие потери энергии на нагрев, а потому и более высокий показатель КПД. В данном случае тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна Pt ≈ Uоткр × Iнагр , где Uоткр — падение напряжения на полностью открытом управляющем ключевом элементе (Uкэ нас — для биполярного транзистора или Iнагр × Rоткр — для полевого).
Современные силовые полевые транзисторы за счёт очень низких величин сопротивлений сток-исток открытого канала (Rоткр) являются предпочтительными для использования в ключевых схемах. Значение Uоткр для них, как правило, не превышает величины 1В даже при очень высоких токах нагрузки.

5. Тепловая мощность, выделяемая выходными каскадами транзисторных усилителей.

Этот пункт имеет массу нюансов и вызывает максимальное количество вопросов. Связано это, прежде всего, с многообразием классов режимов работы транзисторов в выходных каскадах усилителей. Все эти режимы мы подробно рассмотрели на странице (ссылка на страницу).
Самым простым методом, позволяющим определить примерную величину тепловой мощности, выделяемой выходным каскадом, является примитивное перемножение величины максимальной выходной мощности, отдаваемой в нагрузку, и значения КПД выходного каскада.
Для этого нам, естественным образом, надо понимать в каком классе у нас работает выходной каскад. Итак, вспоминаем.
1. Класс А однотактный: КПД — около 30%,
2. Класс А двухтактный: КПД 40. 45%,
3. Класс АВ двухтактный: КПД 60. 75% (зависит от тока покоя транзисторов и выходной мощности),
4. Класс В двухтактный: КПД — около 80%,
5. Класс С двухтактный: КПД 80. 90%,
3. Класс D: КПД 90. 95%.

Ну вот, а теперь можно подставить значения в формулу для расчёта выделяемой тепловой мощности:
Pt ≈ Pвых × (100 — КПД) / КПД и далее со спокойной совестью переходить на следующую страницу для расчёта площади радиатора.

Читайте также:  Измерение мощности компьютера зайцами

Источник

Как рассчитать рассеиваемую мощность в транзисторе?

Рассмотрим этот простой набросок CircuitLab схемы (источник тока):

схема

Я не уверен, как рассчитать рассеиваемую мощность на транзисторе.

Я учусь на уроке электроники, и в моих заметках есть следующее уравнение (не уверен, поможет ли это):

Таким образом, рассеиваемая мощность — это рассеиваемая мощность на коллекторе и эмиттере, рассеиваемая мощность на базе и эмиттере и коэффициент мистерии . Обратите внимание, что β транзистора в этом примере было установлено на 50. P b a s e − r e s i s t o r ‘ role=»presentation»> P b a s e − r e s i s t o r

Я совершенно запутался в целом и многие вопросы здесь на транзисторах были очень полезны.

Власть не «что-то» через. Мощность — это напряжение, превышающее ток, проходящий через него. Поскольку небольшое количество тока, поступающего в базу, не влияет на рассеяние мощности, рассчитайте напряжение CE и ток коллектора. Мощность, рассеиваемая транзистором, будет произведением этих двух.

Давайте быстро попробуем сделать некоторые упрощающие предположения. Мы скажем, что усиление бесконечно, а падение BE составляет 700 мВ. Делитель R1-R2 устанавливает основание на 1,6 В, что означает, что излучатель находится на напряжении 900 мВ. Поэтому R4 устанавливает ток E и C равным 900 мкА. Наихудший случай рассеяния мощности в Q1 — это когда R3 равен 0, так что ток коллектора составляет 20 В. При 19,1 В на транзисторе и 900 мкА через него он рассеивает 17 мВт. Этого недостаточно, чтобы заметить дополнительное тепло, когда на него надевают палец, даже с таким маленьким футляром, как SOT-23.

Мощность — это скорость, с которой энергия превращается в какую-то другую энергию. Электроэнергия — это произведение напряжения и тока :

Обычно мы преобразуем электрическую энергию в тепло, и мы заботимся о энергии, потому что мы не хотим плавить наши компоненты.

Не имеет значения, хотите ли вы рассчитать мощность в резисторе, транзисторе, цепи или вафле, мощность все равно является произведением напряжения и тока.

Поскольку BJT является трехполюсным устройством, каждое из которых может иметь разные ток и напряжение, для целей расчета мощности это помогает рассматривать транзистор как две части. Некоторый ток входит в базу и покидает эмиттер через некоторое напряжение . Некоторый другой ток поступает в коллектор и покидает эмиттер через некоторое напряжение . Общая мощность в транзисторе является суммой этих двух: V C E V B E ‘ role=»presentation»> V B E V C E ‘ role=»presentation»> V C E

Поскольку целью использования транзистора обычно является усиление, ток коллектора будет намного больше, чем ток базы, а ток базы будет небольшим, достаточно маленьким, чтобы им можно было пренебречь. Итак, и мощность в транзисторе можно упростить до: I B ≪ I C ‘ role=»presentation»> I B ≪ I C

Источник