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=PCE+PBE+Pbase−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.Pbase−resistor

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


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

Ответы:


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.


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=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 C EVBEVCE

P=VBEIB+VCEIC

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:IB≪IC

P≈VCEIC

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 C E I C I BVBEVCEICIB
— 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 аргументеV×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:

Psource=PR1+PR2+PR3+PR4+PBJT
IR1=IR2=V1R1+R2=0.16mA

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

VR4+VBE=VR2→IR3=IR4=0.9mA

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

∑R1R4RiIi2=12.11mW

Мощность, которую источник дает схеме:

Psource=IsourceVsource=21.2mW

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

PBJT=9.09mW

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.

IE=IC=I.

P=VCEI.
VCCR3R4

VCE=VCC−R3I−R4I=VCC−(R3+R4)I,
P=(VCC−(R3+R4)I)I.
I=VCC/2(R3+R4),
P∗=VCC2/4(R3+R4).
R3R4

14R3R4

R3P∗R3=0

P∗∗=VCC2/4R4=100mW,
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.