Bagaimana cara menghitung disipasi daya pada transistor?

20

Pertimbangkan sketsa CircuitLab sederhana dari rangkaian ini (sumber saat ini):

sirkuit

Saya tidak yakin bagaimana cara menghitung disipasi daya pada transistor.

Saya mengambil kelas dalam elektronik dan memiliki persamaan berikut dalam catatan saya (tidak yakin apakah itu membantu):

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

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

Jadi disipasi daya adalah kekuatan disipasi seluruh kolektor dan emitor, kekuatan disipasi seluruh basis dan emitor dan faktor misteri . Perhatikan bahwa β dari transistor dalam contoh ini ditetapkan ke 50. $P_{base-resistor}$

Saya cukup bingung secara keseluruhan dan banyak pertanyaan di sini tentang transistor sangat membantu.

transistors bjt

— David Chouinard
sumber

Nah spesifikasi transister menempatkannya sebagai Pc = Ic * Vce

— Arjob Mukherjee

26

Kekuasaan bukanlah "lintas" sesuatu. Daya adalah tegangan melintasi sesuatu kali arus melewatinya. Karena sejumlah kecil arus yang masuk ke pangkalan tidak relevan dalam disipasi daya, hitung tegangan CE dan arus kolektor. Kekuatan yang dihamburkan oleh transistor akan menjadi produk dari keduanya.

Mari kita cepat menusuk ini membuat beberapa asumsi sederhana. Kami akan mengatakan keuntungannya tidak terbatas dan drop BE adalah 700 mV. Pembagi R1-R2 menetapkan basis pada 1,6 V, yang berarti emitor berada pada 900 mV. Karenanya R4 mengatur arus E dan C ke 900 µA. Disipasi daya kasus terburuk pada Q1 adalah ketika R3 adalah 0 sehingga kolektor berada pada 20 V. Dengan 19.1 V melintasi transistor dan 900 μA melaluinya, ia menghamburkan 17 mW. Itu tidak cukup untuk melihat kehangatan ekstra ketika meletakkan jari Anda di atasnya, bahkan dengan kasing kecil seperti SOT-23.

— Olin Lathrop
sumber

Terima kasih, Olin. Sangat dihargai, sekarang jauh lebih jelas.

— David Chouinard

"Prinsip" ini juga dapat disesuaikan dengan driver IGBT besar untuk elektronika daya tetapi Anda perlu membaca lembar data komponen di mana resistensi yang efektif pada arus tertentu perlu dipertimbangkan. Juga berlaku untuk Dioda, SCR dan Induktor juga. Bahkan apa pun yang menciptakan drop tegangan dan atau hambatan.

— Sendok

"Daya adalah tegangan melintasi sesuatu kali arus melewatinya" Orang harus berhati-hati bahwa ini adalah daya total listrik, tetapi daya tidak harus dihamburkan , hanya komponen arus yang dalam fase dengan tegangan berkontribusi pada peningkatan entropi dalam system

— lurscher

11

Daya adalah tingkat di mana energi diubah menjadi energi lain. Daya listrik adalah produk dari tegangan dan arus :

P = V I

$P = VI$

Biasanya kita mengubah energi listrik menjadi panas, dan kita peduli dengan daya karena kita tidak ingin melelehkan komponen kita.

Tidak masalah jika Anda ingin menghitung daya dalam resistor, transistor, sirkuit, atau wafel, daya masih merupakan produk dari tegangan dan arus.

Karena BJT adalah perangkat tiga terminal, yang masing-masing mungkin memiliki arus dan tegangan yang berbeda, untuk keperluan perhitungan daya, ada baiknya mempertimbangkan transistor sebagai dua bagian. Beberapa saat memasuki dasar, dan daun emitor, melalui beberapa tegangan . Beberapa saat lain memasuki kolektor dan meninggalkan emitor melalui beberapa tegangan . Total daya dalam transistor adalah jumlah dari keduanya: $V_{BE}$ $V_{CE}$

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

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

Karena tujuan menggunakan transistor biasanya adalah untuk memperkuat, arus kolektor akan jauh lebih besar dari arus basis, dan arus basis akan kecil, cukup kecil untuk diabaikan. Jadi, dan daya pada transistor dapat disederhanakan untuk: $I_B \ll I_C$

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

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

— Phil Frost
sumber

Terima kasih, Phil, itu membantu. Asumsi itu sangat membantu dalam menyederhanakan perhitungan.

— David Chouinard

Juga, β dari transistor adalah 50. Karena nilainya kecil, tidak yakin apakah itu menyebabkan faktor-faktor lain yang cukup signifikan menjadi penting.

— David Chouinard

2

@ DavidChouinard Signifikansi relatif dari kekuatan juga tergantung pada rasio

ke

, tetapi jika

50 kali lebih besar dari

, akan sulit untuk daya karena arus basis menjadi signifikan. Saya menambahkan perhitungan yang tidak disederhanakan sehingga Anda dapat melihat bagaimana itu relevan.

V_{B E}

$V_{BE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

I_{C}

$I_C$

I_{B}

$I_B$

— Phil Frost

jika seseorang hanya akan menggunakan

pada kapasitor atau induktor, orang akan memperoleh daya akumulasi TETAPI bukan daya yang hilang, karena komponen-komponen tersebut (dalam bentuk murni) tidak meningkatkan entropi sistem. Saya tidak yakin dengan argumen ini

V \times I

$V \times I$

— lurscher

@ lurscher Anda benar kapasitor ideal tidak menjadi panas, tapi itu tidak berarti P = VI salah. Kekuatan adalah tingkat melakukan pekerjaan: tidak ada persyaratan bahwa pekerjaan digunakan untuk membuat panas (meskipun itu adalah kasus yang sangat umum, dan yang berlaku dalam kasus transistor, subjek pertanyaan)

— 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

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

Sekarang kita temukan arus R1 dan R2. Arus pangkalan diabaikan:

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

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

So the total power dissipated in resistors will be :

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

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

The power that source gives to the circuit is:

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

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

Now we find the power dissipation in transistor using the first relation above:

P_{B J T} = 9.09 m W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Zorich
sumber

For what value of R3? It's variable according to the problem statement.

— Fizz

1

@Respawnedfluff 10k.

— Zorich

1

Here is an answer which is more rough, but easy to recall and useful as a first approximation. Only the case of a NPN bipolar junction transistor is dealt here; things are similar for PNP bipolar junction transistors.

The basic assumption is that the B-E current is negligible with respect to the current through the collector, so, the collector current is approximately equal to the base current:

I_{E} = I_{C} = I .

$I_E = I_C = I.$ If this assumption does not hold, then the transistor is probably misused or subject to a catastrophic failure.

Now, the power dissipated by the transistor is of course

P = V_{C E} I .

$P = V_{CE} I.$ To obtain an upper bound that is useful in the general case, we model the problem by considering that the collector is connected to

V_{C C}

$V_{CC}$ through a resistor

R_{3}

$R_3$ , and that the base is connected to the ground through a resistor

R_{4}

$R_4$ (this includes the load etc.). This is exactly the case in the OP problem. We have:

V_{C E} = V_{C C} - R_{3} I - R_{4} I = V_{C C} - (R_{3} + R_{4}) I,

$V_{CE} = V_{CC} - R_3 I - R_4 I = V_{CC} - (R_3+R_4)I,$ hence

P = (V_{C C} - (R_{3} + R_{4}) I) I .

$P = (V_{CC} - (R_3 + R_4)I) I.$ Using infinitesimal calculus, you find this expression of P is maximal whenever

I = V_{C C} / 2 (R_{3} + R_{4}),

$I = V_{CC}/2(R_3+R_4),$ and equal to

P^{*} = V_{C C}^{2} / 4 (R_{3} + R_{4}) .

$P^* = V_{CC}^2/4(R_3+R_4).$ This is the desired upper bound for the dissipated power whenever

R_{3}

$R_3$ and

R_{4}

$R_4$ are known. It means that:

Theorem: the power dissipated by the transistor is not larger than ${1\over 4}$ of the power that would be dissipated by the two resistors $R_3$ and $R_4$ if they were directly connected.

In the OP problem, $R_3$ is furthermore allowed to vary between 0 and 10kOhm, so, it is obvious that the expression of $P^*$ will be maximal for $R_3=0$ . This gives the upper bound

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

$P^{**} = V_{CC}^2/4R_4 = 100mW,$ larger than, but not so far from, Olin Lathrop's bound.

— MikeTeX
sumber