¿Cómo calcular la disipación de potencia en un transistor?

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Considere este simple boceto CircuitLab de un circuito (una fuente de corriente):

circuito

No estoy seguro de cómo calcular la disipación de potencia a través del transistor.

Estoy tomando una clase de electrónica y tengo la siguiente ecuación en mis notas (no estoy seguro si ayuda):

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

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

Entonces, la disipación de potencia es la disipación de potencia a través del colector y el emisor, la disipación de potencia a través de la base y el emisor y un factor misterioso $P_{base-resistor}$ . Tenga en cuenta que la β del transistor en este ejemplo se estableció en 50.

En general, estoy bastante confundido y las muchas preguntas aquí sobre transistores han sido muy útiles.

transistors bjt

— David Chouinard
fuente

Bueno, la especificación de transmisión lo pone como Pc = Ic * Vce

— Arjob Mukherjee

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El poder no es "a través" de algo. La potencia es el voltaje a través de algo multiplicado por la corriente que lo atraviesa. Dado que la pequeña cantidad de corriente que entra en la base es irrelevante en la disipación de potencia, calcule el voltaje CE y la corriente del colector. La potencia disipada por el transistor será el producto de esos dos.

Echemos un vistazo rápido a esto haciendo algunas suposiciones simplificadoras. Diremos que la ganancia es infinita y la caída BE es de 700 mV. El divisor R1-R2 establece la base en 1.6 V, lo que significa que el emisor está a 900 mV. Por lo tanto, R4 establece la corriente E y C en 900 µA. El peor caso de disipación de potencia en Q1 es cuando R3 es 0, de modo que el colector está a 20 V. Con 19.1 V a través del transistor y 900 µA a través de él, está disipando 17 mW. Eso no es suficiente para notar la calidez adicional al poner el dedo sobre él, incluso con un estuche pequeño como SOT-23.

— Olin Lathrop
fuente

Gracias Olin Muy apreciado, ahora es mucho más claro.

— David Chouinard

Este "principio" también es escalable a los grandes controladores IGBT para electrónica de potencia, pero es necesario leer las hojas de datos de los componentes donde se debe considerar la resistencia efectiva a corrientes particulares. También se aplica a diodos, SCR e inductores también. De hecho, todo lo que crea una caída de voltaje o resistencia.

— Cuchara

"La potencia es el voltaje a través de algo multiplicado por la corriente que lo atraviesa" Hay que tener cuidado de que se trate de energía eléctrica total, pero no necesariamente de energía disipada , solo el componente de corriente que está en fase con el voltaje contribuye al aumento de la entropía en el system

— lurscher

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El poder es la velocidad a la que la energía se convierte en otra energía. La energía eléctrica es el producto del voltaje y la corriente :

P = V I

$P = VI$

Por lo general, estamos convirtiendo energía eléctrica en calor, y nos preocupa la energía porque no queremos derretir nuestros componentes.

No importa si desea calcular la potencia en una resistencia, transistor, circuito o waffle, la potencia sigue siendo el producto del voltaje y la corriente.

Dado que un BJT es un dispositivo de tres terminales, cada uno de los cuales puede tener una corriente y voltaje diferentes, a los efectos del cálculo de la potencia, ayuda a considerar el transistor como dos partes. Parte de la corriente ingresa a la base y sale del emisor, a través del voltaje . Alguna otra corriente ingresa al colector y sale del emisor a través del voltaje . La potencia total en el transistor es la suma de estos dos: $V_{BE}$ $V_{CE}$

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

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

Dado que el objetivo del uso de un transistor generalmente es amplificar, la corriente del colector será mucho mayor que la corriente base, y la corriente base será pequeña, lo suficientemente pequeña como para ser descuidada. Entonces, y la potencia en el transistor se pueden simplificar para: $I_B \ll I_C$

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

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

— Phil Frost
fuente

Gracias Phil, eso es útil. Esa suposición es muy útil para simplificar los cálculos.

— David Chouinard

Además, la β del transistor es 50. Dado que ese valor es pequeño, no estoy seguro si eso causa que los otros factores sean lo suficientemente significativos como para ser importantes.

— David Chouinard

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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 Tienes razón, un condensador ideal no se calienta, pero eso no significa que P = VI sea falso. La potencia es la tasa de trabajo: no es necesario que el trabajo se convierta en calor (aunque ese es un caso muy común, y uno que se aplica en el caso de los transistores, el tema de la pregunta)

— Phil Frost,

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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

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

Ahora encontramos la corriente de R1 y R2. La corriente de la base se descuida:

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

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

El poder que la fuente le da al circuito es:

{PAGS}_{s o tu r do mi} = {yo}_{s o tu r do mi} V_{s o tu r do mi} = 21,2 metro W

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

Ahora encontramos la disipación de potencia en el transistor usando la primera relación anterior:

{PAGS}_{si J T} = 9.09 metro W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Zorich
fuente

¿Para qué valor de R3? Es variable de acuerdo con el enunciado del problema.

— Fizz

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@Respawnedfluff 10k.

— Zorich

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Aquí hay una respuesta que es más aproximada, pero fácil de recordar y útil como primera aproximación. Aquí solo se trata el caso de un transistor de unión bipolar NPN; Las cosas son similares para los transistores de unión bipolar 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
fuente