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

Как рассчитать рассеиваемую мощность в транзисторе?

Ответы: