Jak obliczyć rozproszenie mocy w tranzystorze?

20

Rozważ ten prosty szkic obwodu CircuitLab (źródło prądu):

obwód

Nie jestem pewien, jak obliczyć rozproszenie mocy przez tranzystor.

Biorę zajęcia z elektroniki i mam następujące równanie w moich notatkach (nie jestem pewien, czy to pomaga):

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

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

Tak więc rozpraszanie mocy to rozpraszanie mocy przez kolektor i emiter, rozpraszanie mocy przez bazę i emiter oraz tajemniczy czynnik . Zauważ, że β tranzystora w tym przykładzie ustawiono na 50. $P_{base-resistor}$

Jestem ogólnie zdezorientowany i wiele pytań tutaj dotyczących tranzystorów było bardzo pomocnych.

transistors bjt

— David Chouinard
źródło

Cóż, specyfikacja tranzystora określa to jako Pc = Ic * Vce

— Arjob Mukherjee

26

Moc nie jest czymś „w poprzek”. Moc to napięcie w poprzek czegoś razy prąd przez nie. Ponieważ niewielka ilość prądu wpływającego do bazy nie ma znaczenia w rozpraszaniu mocy, oblicz napięcie CE i prąd kolektora. Moc rozpraszana przez tranzystor będzie iloczynem tych dwóch.

Pośpieszmy się, robiąc pewne uproszczenia. Powiemy, że wzmocnienie jest nieskończone, a spadek BE wynosi 700 mV. Dzielnik R1-R2 ustawia podstawę na 1,6 V, co oznacza, że emiter jest na 900 mV. R4 ustawia zatem prąd E i C na 900 µA. W najgorszym przypadku rozproszenie mocy w Q1 ma miejsce, gdy R3 wynosi 0, tak że kolektor ma 20 V. Z 19,1 V przez tranzystor i 900 µA przez niego, rozprasza on 17 mW. To nie wystarczy, aby zauważyć dodatkowe ciepło, gdy kładziesz na nim palec, nawet w przypadku małej skrzynki, takiej jak SOT-23.

— Olin Lathrop
źródło

Dziękuję Olin. Bardzo doceniane, teraz jest o wiele wyraźniejsze.

— David Chouinard

Ta „zasada” jest również skalowalna do dużych sterowników IGBT dla elektroniki mocy, ale trzeba przeczytać karty katalogowe komponentów, w których należy wziąć pod uwagę efektywną rezystancję przy poszczególnych prądach. Dotyczy to również diod, SCR i induktorów. W rzeczywistości wszystko, co powoduje spadek napięcia lub rezystancję.

— Łyżka

„Moc to napięcie w jakimś czasie razy prąd przez nią przepływy” Należy zadbać o to, aby była to całkowita energia elektryczna, ale niekoniecznie energia rozproszona , tylko składnik prądu, który jest w fazie z napięciem, przyczynia się do wzrostu entropii w system

— lurscher

11

Moc to szybkość, z jaką energia jest przekształcana w jakąś inną energię. Energia elektryczna jest iloczynem napięcia i prądu :

P = V I

$P = VI$

Zwykle przekształcamy energię elektryczną w ciepło i zależy nam na mocy, ponieważ nie chcemy stopić naszych komponentów.

Nie ma znaczenia, czy chcesz obliczyć moc w rezystorze, tranzystorze, obwodzie lub waflu, moc jest nadal iloczynem napięcia i prądu.

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

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

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

$I_B \ll I_C$

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

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

— Phil Frost
źródło

Dzięki, Phil, to jest pomocne. To założenie znacznie ułatwia uproszczenie obliczeń.

— David Chouinard

Również β tranzystora wynosi 50. Ponieważ ta wartość jest niewielka, nie jestem pewien, czy powoduje to, że inne czynniki na tyle istotne, aby były ważne.

— David Chouinard

2

V_{B E}

$V_{BE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

I_{C}

$I_C$

I_{B}

$I_B$

V \times I

$V \times I$

@lurscher Masz rację, idealny kondensator nie nagrzewa się, ale to nie znaczy, że P = VI jest fałszywe. Moc to szybkość wykonywania pracy: nie ma wymogu, aby praca przechodziła w wytwarzanie ciepła (chociaż jest to bardzo częsty przypadek i taki, który ma zastosowanie w przypadku tranzystorów, temat pytania)

— Phil Frost

1

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

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

Teraz znajdujemy prąd R1 i R2. Prąd bazy jest zaniedbywany:

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

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

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

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

Moc, którą źródło przekazuje do obwodu, to:

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

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

Teraz znajdujemy rozpraszanie mocy w tranzystorze na podstawie pierwszej zależności powyżej:

P_{B J T} = 9.09 m W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Zorich
źródło

Dla jakiej wartości R3? Jest zmienna zgodnie z opisem problemu.

— Fizz,

1

@Respawnedfluff 10k.

— Zorich,

1

Oto odpowiedź, która jest bardziej szorstka, ale łatwa do przypomnienia i przydatna jako pierwsze przybliżenie. Zajmuje się tylko przypadkiem bipolarnego tranzystora złącza NPN; podobnie jest w przypadku tranzystorów bipolarnych 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
źródło