การคำนวณการกระจายพลังงานของทรานซิสเตอร์ NPN เป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจัดการกับการใช้งานที่การจัดการความร้อนและประสิทธิภาพการใช้พลังงานมีความสำคัญสูงสุด ในฐานะซัพพลายเออร์ทรานซิสเตอร์ NPN ฉันเข้าใจถึงความสำคัญของการให้ข้อมูลที่ถูกต้องเกี่ยวกับหัวข้อนี้แก่ลูกค้าของเรา ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะแนะนำคุณผ่านกระบวนการคำนวณการกระจายพลังงานของทรานซิสเตอร์ NPN อธิบายแนวคิดและสมการที่เกี่ยวข้อง
ทำความเข้าใจกับทรานซิสเตอร์ NPN
ก่อนที่จะเจาะลึกลงไปในการคำนวณการกระจายพลังงานลองทบทวนสั้น ๆ ว่าทรานซิสเตอร์ NPN คืออะไร ทรานซิสเตอร์ NPN เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์เทอร์มินัลสามตัวประกอบด้วยชั้นเซมิคอนดักเตอร์ P - แบบพกพาที่คั่นกลางระหว่างชั้นเซมิคอนดักเตอร์สองชนิด N - เทอร์มินัลทั้งสามคือ emitter (e), ฐาน (b) และตัวสะสม (c)
ทรานซิสเตอร์ NPN มักใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลายเช่นแอมพลิฟายเออร์สวิตช์และตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันเฉพาะมีการใช้ทรานซิสเตอร์ NPN ประเภทต่าง ๆ สำหรับแอปพลิเคชันการสลับความเร็วสูงคุณสามารถพิจารณาของเราสูง - การสลับความเร็ว NPN ทรานซิสเตอร์- หากการใช้พลังงานต่ำเป็นสิ่งสำคัญของคุณการใช้พลังงานต่ำทรานซิสเตอร์ NPNเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม
พื้นฐานการกระจายพลังงาน
การกระจายพลังงานในทรานซิสเตอร์ NPN หมายถึงปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ถูกแปลงเป็นความร้อนภายในทรานซิสเตอร์ การสร้างความร้อนนี้เป็นผลมาจากธรรมชาติของกระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์และแรงดันไฟฟ้าลดลงในขั้วของมัน การกระจายพลังงานมากเกินไปอาจนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปซึ่งอาจลดประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์และทำให้เกิดความเสียหายถาวร ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญในการคำนวณและจัดการการกระจายพลังงานเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่เชื่อถือได้ของทรานซิสเตอร์และวงจรทั้งหมด
สูตรทั่วไปสำหรับการกระจายพลังงาน (P) ในส่วนประกอบไฟฟ้าจะได้รับจากผลิตภัณฑ์ของแรงดันไฟฟ้า (v) ข้ามส่วนประกอบและกระแส (i) ไหลผ่าน:
[p = v \ times i]
ในกรณีของทรานซิสเตอร์ NPN การกระจายพลังงานทั้งหมดคือผลรวมของพลังงานที่กระจายไปที่ตัวสะสม - emitter junction ((p_ {ce})) และพลังงานกระจายไปที่ฐาน - emitter junction ((p_ {be}) อย่างไรก็ตามในการใช้งานที่ใช้งานได้จริงส่วนใหญ่พลังงานจะกระจายไปที่ทางแยก - ตัวปล่อยสัญญาณมีขนาดค่อนข้างเล็กเมื่อเทียบกับพลังงานที่กระจายไปที่ทางแยกของตัวสะสม ดังนั้นเรามักจะมุ่งเน้นไปที่การคำนวณ (p_ {ce})
การคำนวณ Collector - Emitter Power Dissipation ((p_ {ce})))
พลังงานกระจายไปที่ตัวเก็บสะสม - emitter junction ของทรานซิสเตอร์ NPN สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
[P_ {What} = V_ {What} \ Times I_ {C}]
โดยที่ (v_ {ce}) คือแรงดันไฟฟ้าทั่วตัวสะสมและตัวส่งสัญญาณและ (i_ {c}) เป็นกระแสสะสม
การกำหนด (v_ {ce})
ค่าของ (v_ {ce}) ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าวงจรและโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ ในวงจรแอมพลิฟายเออร์ทั่วไป - ตัวอย่างเช่น (V_ {CE}) สามารถคำนวณได้โดยใช้กฎหมายแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff พิจารณาวงจร Emitter ทั่วไปที่มีตัวต้านทานตัวต้านทาน (R_ {C}) ที่เชื่อมต่อระหว่างตัวสะสมและแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวก (V_ {CC}) และตัวต้านทานตัวต้านทาน (R_ {E}) ที่เชื่อมต่อระหว่างตัวส่งสัญญาณและพื้นดิน
ใช้กฎหมายแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff กับนักสะสม - Emitter Loop เรามี:
[v_ {cc} = i_ {c} r_ {c}+v_ {ce}+i_ {e} r_ {e}]
ในกรณีส่วนใหญ่ (i_ {e} \ aperx i_ {c}) (ตั้งแต่ (i_ {e} = i_ {c}+i_ {b}) และ (i_ {b}) มักจะเล็กกว่า (i_ {c})) ดังนั้นเราสามารถเขียนสมการใหม่เป็น:
[v_ {ce} = v_ {cc} -i_ {c} (r_ {c} + r_ {e})
การกำหนด (i_ {c})
สามารถกำหนดกระแสไฟฟ้าได้ (i_ {c}) โดยใช้อัตราขยายปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ ((\ beta)) และกระแสพื้นฐาน (i_ {b}) ความสัมพันธ์ระหว่าง (i_ {c}), (i_ {b}) และ (\ beta) ได้รับโดย:
[i_ {c} = \ beta \ times i_ {b}]
ค่าของ (\ beta) เป็นลักษณะของทรานซิสเตอร์และสามารถพบได้ในแผ่นข้อมูลของทรานซิสเตอร์ ในการค้นหา (i_ {b}) เราจำเป็นต้องวิเคราะห์วงจรฐาน - ไบอัส ในฐานที่เรียบง่าย - วงจรอคติที่มีตัวต้านทานฐาน (r_ {b}) เชื่อมต่อระหว่างฐานและแรงดันไฟฟ้าจ่ายไฟบวก (v_ {cc}) และฐานไปข้างหน้า - ฐานอคติ
[i_ {b} = \ frac {v_ {cc} -v_ {be}} {r_ {b}}]
การคำนวณตัวอย่าง
ลองพิจารณาวงจรแอมพลิฟายเออร์ทั่วไปที่มีพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
- (v_ {cc} = 12 \ space v)
- (r_ {c} = 2 \ space k \ omega)
- (r_ {e} = 1 \ space k \ omega)
- (r_ {b} = 100 \ Space K \ Omega)
- (\ beta = 100)
- (v_ {be} = 0.7 \ space v)
ก่อนอื่นเราคำนวณกระแสพื้นฐาน (i_ {b}):
[i_ {b} = \ frac {v_ {cc} -v_ {be}} {r_ {b}} = \ frac {12 - 0.7} {100 \ time10^{3}} = 0.113 \ space ma]
ต่อไปเราคำนวณกระแสสะสม (i_ {c}):
[i_ {c} = \ beta \ times i_ {b} = 100 \ times0.113 \ space ma = 11.3 \ space ma]
จากนั้นเราคำนวณตัวสะสม - แรงดันไฟฟ้า (v_ {ce}):
[v_ {ce} = v_ {cc} -i_ {c} (r_ {c}+r_ {e})
[v_ {ce} = 12- (11.3 \ times10^{- 3}) (2 \ times10^{3} +1 \ time10^{3})]
[V_ {What} = 12 - 33.9 = - 21.9 \ Space V]
ค่าลบนี้บ่งบอกถึงข้อผิดพลาดในสมมติฐานของเรา ในความเป็นจริงทรานซิสเตอร์มีแนวโน้มที่จะอยู่ในโหมดอิ่มตัว ในความอิ่มตัว (v_ {ce}) โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กมากประมาณ 0.2 V. ดังนั้นเราจึงใช้ (V_ {ce} = 0.2 \ Space V) เพื่อคำนวณการกระจายพลังงาน:
[p_ {ce} = v_ {ce} \ times i_ {c} = 0.2 \ space v \ times11.3 \ space ma = 2.26 \ space mw]
ปัจจัยที่มีผลต่อการกระจายพลังงาน
มีหลายปัจจัยที่สามารถส่งผลกระทบต่อการกระจายพลังงานของทรานซิสเตอร์ NPN:
- ความต้านทานโหลด: ความต้านทานการโหลดที่สูงขึ้น (r_ {c}) ในวงจรทั่วไป - วงจรอีโมเดอร์จะส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลงข้าม (r_ {c}) และขนาดเล็กกว่า (v_ {ce}) สำหรับ (i_ {c}) สิ่งนี้สามารถลดการกระจายพลังงานได้ที่ทางแยกของตัวสะสม
- สัญญาณอินพุต: ในวงจรแอมพลิฟายเออร์แอมพลิจูดและความถี่ของสัญญาณอินพุตสามารถส่งผลกระทบต่อกระแสสะสมและแรงดันไฟฟ้าข้ามทางแยกตัวสะสม - ตัวปล่อยซึ่งส่งผลต่อการกระจายพลังงาน
- อุณหภูมิ: ลักษณะทางไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ NPN เช่น (\ beta) และ (v_ {be}) คืออุณหภูมิ - ขึ้นอยู่กับ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น (\ beta) อาจเพิ่มขึ้นนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของ (i_ {c}) และการกระจายพลังงานที่สูงขึ้น
การพิจารณาความร้อน
เมื่อคำนวณการกระจายพลังงานของทรานซิสเตอร์ NPN มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาการจัดการความร้อนของทรานซิสเตอร์ แผ่นข้อมูลของทรานซิสเตอร์มักจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายพลังงานสูงสุด ((p_ {d (สูงสุด)})) ที่อุณหภูมิแวดล้อมที่กำหนด หากการกระจายพลังงานที่คำนวณได้สูงกว่า (p_ {d (สูงสุด)}) ทรานซิสเตอร์อาจร้อนเกินไป
เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปการระบายความร้อนหรือวิธีการระบายความร้อนอื่น ๆ สามารถใช้ได้ อ่างล้างจานเป็นอุปกรณ์ทำความเย็นแบบพาสซีฟที่เพิ่มพื้นที่ผิวของทรานซิสเตอร์ทำให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพไปยังสภาพแวดล้อมโดยรอบ ความต้านทานความร้อนของอ่างล้างจาน ((\ theta_ {hs})) และทางแยก - ถึง - ความต้านทานความร้อนของเคสของทรานซิสเตอร์ ((\ theta_ {jc}) เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกอ่างล้างจาน
ความต้านทานความร้อนทั้งหมดจากทางแยกไปยังสภาพแวดล้อม ((\ theta_ {ja})) ได้รับโดย:
[Jaiv
โดยที่ (\ theta_ {cs}) คือความต้านทานความร้อนของสารประกอบความร้อน (ถ้าใช้) ระหว่างทรานซิสเตอร์และอ่างล้างจาน
อุณหภูมิทางแยกสูงสุด (T_ {J (สูงสุด)}) ของทรานซิสเตอร์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
[t_ {j} = t_ {a}+p_ {d} \ times \ theta_ {ja}]
โดยที่ (t_ {a}) คืออุณหภูมิแวดล้อมและ (p_ {d}) คือการกระจายพลังงานของทรานซิสเตอร์
บทสรุป
การคำนวณการกระจายพลังงานของทรานซิสเตอร์ NPN เป็นขั้นตอนพื้นฐานในการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยการพิจารณาอย่างถูกต้องการกระจายพลังงานที่ทางแยกของตัวสะสมและพิจารณาการจัดการความร้อนของทรานซิสเตอร์เราสามารถมั่นใจได้ว่าการทำงานที่เชื่อถือได้ของทรานซิสเตอร์และวงจรทั้งหมด
ในฐานะซัพพลายเออร์ทรานซิสเตอร์ NPN เรานำเสนอทรานซิสเตอร์ NPN ที่มีคุณภาพสูงที่หลากหลายซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย หากคุณมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับการคำนวณการกระจายพลังงานหรือต้องการความช่วยเหลือในการเลือกทรานซิสเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณโปรดติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อและการอภิปรายเพิ่มเติม
การอ้างอิง
- Sedra, As, & Smith, KC (2015) วงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด
- Boylestad, RL, & Nashelsky, L. (2017) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และทฤษฎีวงจร เพียร์สัน
