Как рассчитать мощность транзистора

Как рассчитать мощность транзистора

Важным параметром мощных транзисторов является максимальная мощность рассеивания РРАСС. 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 tПЕР. В паспорте на транзистор указывается РРАСС при температуре корпуса транзистора tК = 25 0 С. Если tК > 25 0 С, то РРАСС должна быть уменьшена, иначе tПЕР превысит допустимое значение и транзистор выйдет из строя (сгорит). Типовые значения tПЕР:

· у германиевых транзисторов tПЕР ≤ + 90 0 С;

· у кремниевых транзисторов tПЕР ≤ + 175 0 С.

В транзисторе pn-переход теплее корпуса на ∆ tК-П :

где RК-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 ∆ tР-К :

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

Радиатор охлаждения теплее окружающей среды на ∆ tС-Р :

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

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

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

Для уменьшения (практически, до нуля) теплового сопротивления RК-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 RР-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 RС-Р между радиатором и окружающей средой применяют следующие меры:

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

· для большего теплоизлучения радиатор должен иметь чёрный цвет;

· для увеличения SРАД 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;

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

Читайте также:  Говард лавкрафт с чего начать

· 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 РРАСС касается не только мощных транзисторов, но и мощных полупроводниковых диодов, микросхем, лазеров и других радиоэлементов, выделяющих тепло.

Глава 6. Операционные усилители и устройства

Ключевой режим работы характеризуется тем, что транзистор находится в одном из двух состояний: в полностью открытом (режим насыщения), или полностью закрытом (состояние отсечки).

Рассмотрим пример, где в качестве нагрузки выступает контактор типа КНЕ030 на напряжение 27В с катушкой сопротивлением 150 Ом. Индуктивным характером катушки в данном примере пренебрежем, считая, что реле будет включено раз и надолго.

Рассчитываем ток коллектора:

Ik =( UccU кэнас)/ R н , где

Ik –ток коллектора

Ucc — напряжение питания (27В)

U кэнас- напряжение насыщения биполярного транзистора (типично от 0.2 до 0.8В, хотя и может прилично различаться для разных транзисторов), в нашем случае примем 0.4В

R н- сопротивление нагрузки (150 Ом)

Ik = (27-0.4)/150 = 0.18 A = 180мА

На практике из соображений надежности элементы всегда необходимо выбирать с запасом. Возьмем коэффициент 1.5

Таким образом, нужен транзистор с допустимым током коллектора не менее 1.5*0.18=0.27А и максимальным напряжением коллектор-эмиттер не менее 1.5*27=40В.

Открываем справочник по биполярным транзисторам . По заданным параметрам подходит КТ815А ( Ik макс=1.5А U кэ=40В)

Следующим этапом рассчитываем ток базы, который нужно создать, чтобы обеспечить ток коллектора 0.18А.

Как известно, ток коллектора связан с током базы соотношением

Ik = I б* h 21э,

где h 21э – статический коэффициент передачи тока.

При отсутствии дополнительных данных можно взять табличное гарантированное минимальное значение для КТ815А (40). Но для КТ815 есть график зависимости h 21э от тока эмиттера. В нашем случае ток эмиттера 180мА, этому значению соответствует h 21э=60. Разница невелика, но для чистоты эксперимента возьмем графические данные.

Для расчета базового резистора R 1 смотрим второй график, где приведена зависимость напряжения насыщения база-эмиттер ( U бэнас) от тока коллектора. При токе коллектора 180мА напряжение насыщения базы будет 0.78В (При отсутствии такого графика можно использовать допущение, что ВАХ перехода база-эмиттер подобна ВАХ диода и в диапазоне рабочих токов напряжение база-эмиттер находится в пределах 0.6-0.8 В)

Следовательно, сопротивление резистора R 1 должно быть равно:

R 1=( U вх- U бэнас)/ I б = (5-0.78)/0.003 = 1407 Ом = 1.407 кОм.

Из стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (1.3 кОм)

Если к базе подключен шунтирующий резистор (вводится для более быстрого выключения транзистора или для повышения помехоустойчивости) нужно учитывать, что часть входного тока уйдет в этот резистор, и тогда формула примет вид:

R 1= ( U вх- U бэнас)/( I б+ IR 2) = ( U вх- U бэнас)/( I б+ U бэнас/ R 2)

Читайте также:  Как переводится www на русском

Так, если R 2=1 кОм, то

R 1= (5-0.78)/(0.003+0.78/1000) = 1116 Ом = 1.1 кОм

Рассчитываем потери мощности на транзисторе:

P = Ik * U кэнас

U кэнас берем из графика: при 180мА оно составляет 0.07В

P = 0.07*0.18= 0.013 Вт

Мощность смешная, радиатора не потребуется.

Здравствуйте уважаемые !
Возник вот, такой вопрос и нет у меня ответа , наставьте на путь истинный.
Итак имеем выходной каскад генератора на транзисторе IRF510, паспортная мощность транзистора 43 Вт (power dissipation 43 W),если нужен даташит пришлю. Производим измерение 32 В питание, потребляемый ток 1,5 А. Перемножаем 32*1,5 = 48 Вт потребляемой мощности, это как бы многовато, ведь паспортная всего 43 Вт. Или 43 Вт это его выходная мощность?
Тогда если кпд=55%, выходная 48*0.55 = 26,4 Вт это уже вроде красиво. Где я ошибаюсь?

Для транзистора не существует выходной мощности. Выходная мощность бывает у законченного устройства, например у усилителя. Для транзистора же указывается рассеиваемая мощность.

Power dissipation — рассеиваемая мощность! Эта та величина мощности, которая может быть рассеяна транзистором в виде тепла (ограничивается допустимой температурой нагрева кристалла) за счет неэффективных процессов преобразования энергии.
Эффективность преобразования оценивается КПД. Если КПД = 100%, то транзистор будет холодным, и вся потребляемая от источника питания мощность попадет в нагрузку. Если КПД = 80%, то 20% потребляемой от источника мощности может выделится в виде тепла на транзисторе, а 80% — в нагрузке. Значит при 43 Вт допустимой рассеиваемой мощности на данном транзисторе, в нагрузке можно получить 172 Вт!

Lerik Где я ошибаюсь?

Как здесь уже писали — 43 ватта — это максимальная мощность, рассеиваемая транзистором. Какое напряжение питание — никакого значения при этом не имеет. Потребление от источника питания также неважно. Важно падение напряжения на транзисторе и ток через него. Вот произведение _этих_ двух величин и даст вам мощность, рассеиваемую транзистором. Именно она не должна превышать 43W.
Вы совершенно верно посчитали _потребляемую_ мощность — 48 ватт. Это означает, что генератор _в_целом_ рассеивает столько. А где именно — это уже зависит от схемы. Наверняка большая часть рассеивается на транзисторе, но еще какая-то часть рассеивается на активных элементах, да и про нагрузку тоже забывать нельзя.

И ещё : для мощных транзисторов в справочниках указывается рассеиваемая мощность с радиатором, без радиатора не более 1-2 Вт.

Мощность, рассеиваемая на транзисторе, определяется как падение напряжения на транзисторе умноженное на ток через транзистор. Если эти величины не постоянные, то берется среднее значение. Допустимая рассеиваемая мощность на транзисторе напрямую связана с температурой кристала и корпуса. Поэтому нагляднее всего считать через тепловые сопротивления кристал-корпус. Например, мы знаем что макс. допустимая температура кристалла у транзистора 175 град. Тепловое сопротивление кристал-корпус 2 гр. на ватт. Значит при рассеиваемой на транзисторе мощности в 10 ватт температура кристалла будет на 20 гр. выше чем температура корпуса. Поэтому корпус транзистора мы можем теоретически нагреть до 155 гр. Запомнили эту температуру. Идем дальше. Тепловое сопротивление корпус-окр. среда для корпусов ТО-220 составляет примерно 70 гр. на ватт. Значит если мы будем корпусом рассеивать нашу мощность в 10 ватт то транзистор нагреется до 700 гр. а кристал соответственно до 720 гр. Это конечно многовато. Значит нужен радиатор. Зададимся максимальной температурой корпуса транзистора 80 градусов, соответственно температура кристала у нас будет 100 гр., что допустимо по документации на наш транзистор. Посичтаем какое должно быть тепловое сопротивление радиатор-окр. среда у нашего радиатора. 80 гр. разделим на 10 ватт получим 8 гр. на ватт. Обычно в каталогах на радиаторы указывается данная характеристика. Берем такой радиатор и имеем при 10 ваттах температуру радиатора 80 гр. Правда надо еще сделать поправку на тепл. сопротивление корпус транзистора-радиатор. При хорошем прижатии корпуса к радиатору и использовании теплопроводящих паст эта величина будет порядка 0.5 гр. на ватт. если это так, то в нашем случае корпус транзистора будет горячее радиатора на 5 гр. те 85 гр. , температура кристала будет 105 гр. Что вполне допустимо для импортных транзисторов.

Читайте также:  Sata контроллер orient a1061s

Ребята, спасибо ОГРОМНОЕ всем откликнувшимся.
Все вроде стало стало на свои места, все я правильно понимал по сути, но в некоторых моментах все же заблуждался.
Теперь собственно почему я полез в расчеты. Повторил вот такую схему http://www.qrz.ru/schemes/contribute/amplifiers/ut2xs2.phtml только на IRF510, и встал вопрос измерить выходную мощность. Прицепил нагрузку безиндукционную 50 Ом. и тут то все и началось. Напряжение на нагрузке 100 В (измерялось В3-38), чего быть не может, т.к. косвенными методами удалось выяснить что мощность где-то 30-50 Вт. Подскажите как в домашних условиях (не очень сложно) определить реальную выходную мощность с допустимой для меня погрешностью ну хотя бы 10%
Остался еще один не понятый мною вопрос — как оценить (контролировать) предельные параметры напряжение питания и ток потребления транзистором, т.е. какой мах ток нельзя превысить при фиксированном напряжении чтобы не сжечь транзистор?

Может лучше через тройник и ламповый вольтметр? И насколько достоверна безиндуктивная нагрузка? В3-38 критичен к форме измеряемого напряжения. Полезно ещё осциллограф подключить для контроля формы напряжения.

Ну В3-38 это почти "ламповый", безиндуктивная нагрузка — куча МЛТ резисторов без "канавки", соответственно форма напряжения контролировалась осциллографом, но тройник. не знаю, вольтметр подключался непосредственно на нагрузку.

Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.

Ссылка на основную публикацию
Как разблокировать телефон samsung galaxy j1 mini
Характеристики Samsung Galaxy J1 mini Отзывы о Samsung Galaxy J1 mini Инструкция Samsung Galaxy J1 mini Прошивка Samsung Galaxy J1...
Как поставить темную тему на яндекс браузер
Многие разработчики программ и сервисов стараются добавлять альтернативное оформление в виде темного интерфейса. Замена белого цвета удобна тем, кто много...
Как поставить фото в телеграмме на аватарку
Как в Телеграмме поставить фото на аву (аватар) — ведь трудно недооценить ее значение, картинка в профиле не только формирует...
Как разблокировать флешку от защиты записи
Извиняюсь за заголовок, но именно так задают вопрос, когда при действиях с USB флешкой или SD картой памяти Windows сообщает...
Adblock detector