Bir transistördeki güç kaybı nasıl hesaplanır?

20

Bir devrenin (akım kaynağı) bu basit CircuitLab çizimini düşünün:

devre

Transistördeki güç kaybının nasıl hesaplanacağından emin değilim.

Elektronik dersi alıyorum ve notlarımda aşağıdaki denklem var (yardımcı olup olmadığından emin değilim):

P = P_{C E} + P_{B E} + P_{b bir s e - r e s ben s t Ö r}

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

Dolayısıyla güç dağılımı, toplayıcı ve yayıcı arasındaki güç yayılımı, taban ve yayıcı arasındaki güç yayılımı ve bir gizem faktörü . Bu örnekteki transistörün β değerinin 50 olarak ayarlandığına dikkat edin. $P_{base-resistor}$

Oldukça genel karıştı ve birçok soru burada transistör üzerinde çok yararlı olmuştur.

transistors bjt

— David Chouinard
kaynak

Transister özellikleri Pc = Ic * Vce olarak koyar

— Arjob Mukherjee

26

Güç bir şeyin "karşısında" değildir. Güç, içinden geçen akımın bir katındaki voltajdır. Tabana giren az miktarda akım, güç dağıtımında önemsiz olduğundan, CE voltajını ve toplayıcı akımını hesaplayın. Transistör tarafından harcanan güç, bu ikisinin ürünü olacaktır.

Bunu basitleştirici varsayımlar yaparak hızlıca inceleyelim. Kazancın sonsuz olduğunu ve BE düşüşünün 700 mV olduğunu söyleyeceğiz. R1-R2 bölücü, tabanı 1,6 V'a ayarlar, yani yayıcı 900 mV'dir. Bu nedenle R4, E ve C akımını 900 uA'ya ayarlar. Q1'deki en kötü güç dağılımı, R3'ün 0 olması ve böylece toplayıcının 20 V'de olmasıdır. Transistörün karşısında 19,1 V ve içinden 900 µA ile 17 mW dağıtır. SOT-23 gibi küçük bir çantada bile parmağınızı koyarken ekstra sıcaklığı fark etmek yeterli değildir.

— Olin Lathrop
kaynak

Teşekkürler, Olin. Çok takdir ediyorum, şimdi çok daha net.

— David Chouinard

Bu "prensip" aynı zamanda güç elektroniği için büyük IGBT sürücüleri için ölçeklendirilebilir, ancak belirli akımlarda etkili direncin dikkate alınması gereken bileşen veri sayfalarını okumanız gerekir. Diyotlar, SCR'ler ve İndüktörler için de geçerlidir. Aslında gerilim düşümü ve / veya direnç yaratan her şey.

— Kaşık

"Güç, içinden geçen akımın bir katındaki voltajdır." Bunun toplam elektrik gücü olmasına dikkat etmeli, ama mutlaka dağıtılmış güç olmamalıdır , sadece voltaj ile fazda olan akım bileşeni, entropinin artmasına katkıda bulunur. sistemi

— lurscher

11

Güç , enerjinin başka bir enerjiye dönüştürülme hızıdır. Elektrik gücü, voltaj ve akımın ürünüdür :

P = V ben

$P = VI$

Genellikle elektrik enerjisini ısıya dönüştürüyoruz ve gücü önemsiyoruz çünkü bileşenlerimizi eritmek istemiyoruz.

Bir direnç, transistör, devre veya waffle'daki gücü hesaplamak isteyip istemediğiniz önemli değildir, güç hala voltaj ve akımın ürünüdür.

Bir BJT, her biri farklı bir akım ve gerilime sahip olabilen üç terminalli bir cihaz olduğundan, güç hesaplaması için transistörü iki parça olarak düşünmeye yardımcı olur. Bazı akımlar tabana girer ve yayıcıyı voltajıyla terk eder . Başka bir akım toplayıcıya girer ve voltajından terk eder . Transistördeki toplam güç, bu ikisinin toplamıdır: $V_{BE}$ $V_{CE}$

P = V_{B E} {ben}_{B} + V_{C E} {ben}_{C}

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

Bir transistör kullanmanın amacı genellikle yükseltmek olduğundan, kolektör akımı taban akımından çok daha büyük olacaktır ve taban akımı küçük, ihmal edilecek kadar küçük olacaktır. Böylece, ve transistördeki güç basitleştirilebilir: $I_B \ll I_C$

P \approx V_{C E} {ben}_{C}

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

— Phil Frost
kaynak

Teşekkürler Phil, bu yardımcı oldu. Bu varsayım, hesaplamaların basitleştirilmesinde uzun bir yol kat etmektedir.

— David Chouinard

Ayrıca, transistörün β değeri 50'dir. Bu değer küçük olduğundan, diğer faktörlerin önemli olacak kadar önemli olup olmadığından emin değilim.

— David Chouinard

2

Güçlerin nispi önemi de oranına bağlıdır @DavidChouinard için , fakat eğer 50 kat daha büyüktür , bu anlamlı nedeniyle baz akımına güç için zor olacak. Basitleştirilmiş hesaplamayı ekledim, böylece bunun ne kadar alakalı olduğunu görebilirsiniz.

V_{B E}

$V_{BE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

I_{C}

$I_C$

I_{B}

$I_B$

— Phil Frost

Biri sadece bir kapasitör veya indüktör üzerinde kullanacaksa , bu bileşenler (saf halde) sistemin entropisini arttırmadıklarından, dağıtılmış güç değil, birikmiş güç elde edilir. Ben bu argümanı ikna değilim

V \times I

$V \times I$

— lurscher

@lurscher Doğru bir ideal kapasitör ısınmıyor, ancak bu P = VI'nın yanlış olduğu anlamına gelmiyor. Güç, iş yapma oranıdır: işin ısı yapmaya gitmesine gerek yoktur (bu çok yaygın bir durum olmasına rağmen ve transistörler söz konusu olduğunda, sorunun konusu)

— Phil Frost

1

Devrenizin özel durumunda, sadece bir transistör bulunduğundan, devrenizdeki gücün korunmasını kullanarak güç kaybını bulabilirsiniz:

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

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

{ben}_{R, 1} = {ben}_{R, 2} = \frac{V_{1}}{{R,}_{1} + {R,}_{2}} = 0.16 m bir

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

Şimdi R1 ve R2 akımını buluyoruz. Bazın akımı ihmal edilir:

V_{R, 4} + V_{B E} = V_{R, 2} \to {ben}_{R, 3} = {ben}_{R, 4} = 0.9 m bir

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

Böylece dirençlerde harcanan toplam güç:

Σ_{{R,}_{1}}^{{R,}_{4}} {R,}_{ben} {ben}_{ben}^{2} = 12.11 m W

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

Kaynağın devreye sağladığı güç:

P_{s Ö u r c e} = {ben}_{s Ö u r c e} V_{s Ö u r c e} = 21.2 m W

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

Şimdi yukarıdaki ilk ilişkiyi kullanarak transistördeki güç dağılımını buluyoruz:

P_{B J T} = 9.09 m W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Zorich
kaynak

Hangi R3 değeri için? Sorun ifadesine göre değişkendir.

— Fizz

1

@Respawnedfluff 10k.

— Zorich

1

İşte daha kaba, ancak hatırlanması kolay ve ilk yaklaşım olarak kullanışlı bir cevap. Burada sadece bir NPN iki kutuplu kavşak transistörü söz konusudur; şeyler PNP iki kutuplu bağlantı transistörleri için benzerdir.

Temel varsayım, BE akımının toplayıcıdan geçen akıma göre ihmal edilebilir olmasıdır, bu nedenle, toplayıcı akımı yaklaşık olarak taban akımına eşittir: Bu varsayım geçerli değilse, transistör muhtemelen yanlış kullanılır veya yıkıcı bir başarısızlığa maruz kalır.

{ben}_{E} = {ben}_{C} = ben .

$I_E = I_C = I.$

Şimdi, transistör tarafından harcanan güç elbette . Genel durumda faydalı bir üst sınır elde etmek için, toplayıcının 'ye bir direnç ve tabanın bir direnç (bu yükü içerir) aracılığıyla toprağa bağlı olduğunu . Bu OP probleminde tam olarak böyledir. Sahibiz:

P = V_{C E} ben .

$P = V_{CE} I.$

V_{C C}

$V_{CC}$

R_{3}

$R_3$

R_{4}

$R_4$

V_{C E} = V_{C C} - {R,}_{3} ben - {R,}_{4} ben = V_{C C} - ({R,}_{3} + {R,}_{4}) ben,

$V_{CE} = V_{CC} - R_3 I - R_4 I = V_{CC} - (R_3+R_4)I,$ dolayısıyla Sonsuz hesaplamayı kullanarak, olduğunda P'nin bu ifadesini maksimuma ve Bu, ve bilindiği zaman harcanan güç için istenen üst sınırdır . Bu demektir:

P = (V_{C C} - ({R,}_{3} + {R,}_{4}) ben) ben .

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

ben = 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}

$R_4$

Teorem: Transistör tarafından dağıtılan güç , doğrudan bağlanırlarsa ve dirençleri tarafından dağıtılacak gücün den büyük değildir . ${1\over 4}$ $R_3$ $R_4$

OP probleminde ayrıca 0 ve 10kOhm arasında değişmesine izin verilir, bu nedenle ifadesinin için maksimum olacağı . Bu, üst sınır , Olin daha büyük, ancak çok uzak olmayan bir değer verir. $R_3$ $P^*$ $R_3=0$

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

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

— MikeTeX
kaynak