Как рассчитать рассеиваемую мощность в транзисторе?

20

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):

P = P_{C E} + P_{B E} + P_{b a s e - r e s i s t o r}

$P = P_{CE} + P_{BE} + P_{base-resistor}$

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. $P_{base-resistor}$

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

transistors bjt

— Дэвид Шуинар
источник

Ну, в спецификации транзистора это выглядит как Pc = Ic * Vce

— Arjob Mukherjee

26

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.

— Олин Латроп
источник

Спасибо тебе, Олин. Очень признателен, теперь стало намного понятнее.

— Дэвид Шуинар

Этот «принцип» также масштабируем для больших драйверов IGBT для силовой электроники, но вам необходимо прочитать таблицы характеристик компонентов, где необходимо учитывать эффективное сопротивление при определенных токах. Также относится к диодам, СКВ и индукторам. На самом деле все, что создает падение напряжения и / или сопротивление.

— ложка

«Мощность - это напряжение, превышающее напряжение, проходящее через него». Необходимо позаботиться о том, чтобы это была общая электрическая мощность, но не обязательно рассеиваемая мощность; только составляющая тока, которая находится в фазе с напряжением, способствует увеличению энтропии в система

— lurscher

11

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

P = V I

$P = VI$

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: $V_{BE}$ $V_{CE}$

P = V_{B E} I_{B} + V_{C E} I_{C}

$P = V_{BE}I_B + V_{CE}I_C$

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: $I_B \ll I_C$

P \approx V_{C E} I_{C}

$P \approx V_{CE} I_{C}$

— Фил Фрост
источник

Спасибо, Фил, это полезно. Это предположение имеет большое значение для упрощения расчетов.

— Дэвид Шуинар

Кроме того, β транзистора составляет 50. Поскольку это значение мало, не уверен, что это приводит к тому, что другие факторы достаточно значимы, чтобы быть важными.

— Дэвид Шуинар

2

@DavidChouinard Относительная значимость мощностей также зависит от отношения к , но если в 50 раз больше, чем , мощность из-за базового тока будет значительной. Я добавил не упрощенный расчет, чтобы вы могли видеть, насколько он актуален.

V_{B E}

$V_{BE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

I_{C}

$I_C$

I_{B}

$I_B$

— Фил Фрост

если бы кто-то просто использовал на конденсаторе или индукторе, он получил бы накопленную мощность, НО не рассеиваемую мощность, поскольку эти компоненты (в чистом виде) не увеличивают энтропию системы. Я не убежден в этом аргументе

V \times I

$V \times I$

— lurscher

@ lurscher Вы правы, идеальный конденсатор не нагревается, но это не значит, что P = VI неверно. Мощность - это скорость выполнения работы: не требуется, чтобы работа превращалась в нагрев (хотя это очень распространенный случай, и тот, который применяется в случае транзисторов, является предметом вопроса)

— Фил Фрост,

1

В особом случае вашей цепи, поскольку существует только один транзистор, вы можете найти его рассеяние мощности, используя сохранение мощности в вашей цепи:

P_{s o u r c e} = P_{R 1} + P_{R 2} + P_{R 3} + P_{R 4} + P_{B J T}

$P_{source}=P_{R1}+P_{R2}+P_{R3}+P_{R4}+P_{BJT}$

I_{R 1} = I_{R 2} = \frac{V_{1}}{R_{1} + R_{2}} = 0.16 m A

$I_{R1}=I_{R2}=\frac{V_1}{R_1+R_2}=0.16mA$

Теперь мы находим ток R1 и R2. Током базы пренебрегают:

V_{R 4} + V_{B E} = V_{R 2} \to I_{R 3} = I_{R 4} = 0.9 m A

$V_{R4}+V_{BE}=V_{R2}\to I_{R3}=I_{R4}=0.9mA$

Таким образом, общая мощность, рассеиваемая в резисторах, будет:

\sum_{R_{1}}^{R_{4}} R_{i} I_{i}^{2} = 12.11 m W

$\sum_{R_1}^{R_4}R_iI_i^2=12.11mW$

Мощность, которую источник дает схеме:

P_{s o u r c e} = I_{s o u r c e} V_{s o u r c e} = 21.2 m W

$P_{source}=I_{source}V_{source}=21.2mW$

Теперь мы находим рассеяние мощности в транзисторе, используя первое соотношение выше:

P_{B J T} = 9.09 m W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Зорич
источник

Для какого значения R3? Это переменная в соответствии с постановкой задачи.

— Fizz

1

@Respawnedfluff 10k.

— Зорич

1

Вот ответ, который является более грубым, но легко запоминающимся и полезным в первом приближении. Здесь рассматривается только случай с биполярным переходом NPN; все аналогично для биполярных транзисторов PNP.

I_{E} = I_{C} = I .

$I_E = I_C = I.$

P = V_{C E} I .

$P = V_{CE} I.$

V_{C C}

$V_{CC}$

R_{3}

$R_3$

R_{4}

$R_4$

V_{C E} = V_{C C} - R_{3} I - R_{4} I = V_{C C} - (R_{3} + R_{4}) I,

$V_{CE} = V_{CC} - R_3 I - R_4 I = V_{CC} - (R_3+R_4)I,$

P = (V_{C C} - (R_{3} + R_{4}) I) I .

$P = (V_{CC} - (R_3 + R_4)I) I.$

I = V_{C C} / 2 (R_{3} + R_{4}),

$I = V_{CC}/2(R_3+R_4),$

P^{*} = V_{C C}^{2} / 4 (R_{3} + R_{4}) .

$P^* = V_{CC}^2/4(R_3+R_4).$

R_{3}

$R_3$

R_{4}

$R_4$

${1\over 4}$ $R_3$ $R_4$

$R_3$ $P^*$ $R_3=0$

P^{* *} = V_{C C}^{2} / 4 R_{4} = 100 m W,

$P^{**} = V_{CC}^2/4R_4 = 100mW,$

— MikeTeX
источник