Làm thế nào để tính toán công suất tiêu tán trong một bóng bán dẫn?

20

Hãy xem xét bản phác thảo CircuitLab đơn giản này của một mạch (nguồn hiện tại):

mạch

Tôi không chắc làm thế nào để tính toán công suất tiêu thụ trên bóng bán dẫn.

Tôi đang tham gia một lớp học về điện tử và có phương trình sau trong ghi chú của mình (không chắc nó có giúp ích không):

P = = P_{C E} + P_{B E} + P_{b một S e - r e S tôi S t o r}

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

Vì vậy, công suất tiêu tán là công suất tiêu tán trên bộ thu và bộ phát, công suất tiêu tán trên cơ sở và bộ phát và một yếu tố bí ẩn $P_{base-resistor}$ . Lưu ý rằng của bóng bán dẫn trong ví dụ này được đặt thành 50.

Tôi khá bối rối về tổng thể và nhiều câu hỏi ở đây về bóng bán dẫn đã rất hữu ích.

transistors bjt

— David Chouinard
nguồn

Vâng, đặc điểm kỹ thuật của bộ chuyển đổi đặt nó là Pc = Ic * Vce

— Arjob Mukherjee 7/07/13

26

Quyền lực không "vượt qua" một cái gì đó. Công suất là điện áp trên một cái gì đó nhân với dòng điện đi qua nó. Vì một lượng nhỏ dòng điện đi vào cơ sở không liên quan đến việc tiêu tán công suất, hãy tính điện áp CE và dòng điện thu. Sức mạnh tiêu tan bởi bóng bán dẫn sẽ là sản phẩm của hai người đó.

Chúng ta hãy nhanh chóng làm điều này để đưa ra một số giả định đơn giản hóa. Chúng tôi sẽ nói mức tăng là vô hạn và mức giảm BE là 700 mV. Bộ chia R1-R2 đặt cơ sở ở mức 1.6 V, có nghĩa là bộ phát ở mức 900 mV. Do đó, R4 đặt dòng E và C thành 900 PhaA. Trường hợp tiêu tán công suất tồi tệ nhất trong Q1 là khi R3 bằng 0 để bộ thu ở mức 20 V. Với 19,1 V đi qua bóng bán dẫn và 900 LờiA qua nó, nó tiêu tan 17 mW. Điều đó không đủ để nhận thấy sự ấm áp thêm khi đặt ngón tay của bạn lên nó, ngay cả với một trường hợp nhỏ như SOT-23.

— Máy tiện Olin
nguồn

Cảm ơn bạn, Olin. Rất đánh giá cao, bây giờ nó rõ ràng hơn nhiều.

— David Chouinard

"Nguyên tắc" này cũng có thể mở rộng cho các trình điều khiển IGBT lớn cho các thiết bị điện tử công suất, nhưng bạn cần phải đọc các bảng dữ liệu thành phần trong đó cần xem xét đến khả năng chống hiệu quả ở các dòng điện cụ thể. Cũng áp dụng cho Điốt, SCR và cuộn cảm. Trong thực tế, bất cứ điều gì tạo ra sụt áp và hoặc điện trở.

— Thìa

"Công suất là điện áp trên một số lần dòng điện chạy qua" Người ta phải quan tâm rằng đây là tổng công suất điện, nhưng không nhất thiết phải tiêu tán năng lượng, chỉ có thành phần của dòng điện cùng pha với điện áp góp phần làm tăng entropy trong hệ thống

— lurscher

11

Sức mạnh là tốc độ mà năng lượng đang được chuyển đổi thành một số năng lượng khác. Điện năng là sản phẩm của điện áp và dòng điện :

P = = V tôi

$P = VI$

Thông thường chúng ta đang chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt và chúng ta quan tâm đến năng lượng vì chúng ta không muốn làm tan chảy các thành phần của mình.

Không thành vấn đề nếu bạn muốn tính toán công suất trong điện trở, bóng bán dẫn, mạch hoặc bánh quế, năng lượng vẫn là sản phẩm của điện áp và dòng điện.

Vì BJT là một thiết bị ba cực, mỗi thiết bị có thể có dòng điện và điện áp khác nhau, với mục đích tính toán công suất, nó giúp coi bóng bán dẫn là hai phần. Một số hiện tại đi vào căn cứ, và rời khỏi emitter, thông qua một số điện áp . Một số hiện hành khác đi vào nhà sưu tập và lá phát thông qua một số điện áp . Tổng công suất trong bóng bán dẫn là tổng của hai: $V_{BE}$ $V_{CE}$

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

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

Vì mục tiêu sử dụng bóng bán dẫn thường là khuếch đại, dòng collector sẽ lớn hơn nhiều so với dòng cơ sở và dòng cơ sở sẽ nhỏ, đủ nhỏ để bị bỏ qua. Vì vậy, và sức mạnh trong các bóng bán dẫn có thể được đơn giản hóa để: $I_B \ll I_C$

P \approx V_{C E} {tôi}_{C}

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

— Phil Frost
nguồn

Cảm ơn, Phil, thật hữu ích. Giả định đó đi một chặng đường dài trong việc đơn giản hóa các tính toán.

— David Chouinard

Ngoài ra, của bóng bán dẫn là 50. Vì giá trị đó là nhỏ, không chắc điều đó có khiến các yếu tố khác đủ quan trọng để trở nên quan trọng hay không.

— David Chouinard

2

@DavidChouinard Tầm quan trọng tương đối của các quyền lực cũng phụ thuộc vào tỷ lệ của

so với

, nhưng nếu

lớn hơn 50 lần so với

, thì sức mạnh do dòng điện cơ sở là đáng kể. Tôi đã thêm phép tính không xác định để bạn có thể thấy nó có liên quan như thế nào.

V_{B E}

$V_{BE}$

V_{C E}

$V_{CE}$

I_{C}

$I_C$

I_{B}

$I_B$

— Phil Frost

nếu người ta chỉ sử dụng

trên tụ điện hoặc cuộn cảm, người ta sẽ có được công suất tích lũy NHƯNG không phải là công suất tiêu tán, vì các thành phần đó (ở dạng nguyên chất) không làm tăng entropy của hệ thống. Tôi không bị thuyết phục bởi lập luận này

V \times I

$V \times I$

— lurscher

@lurscher Bạn đúng là một tụ điện lý tưởng không bị nóng, nhưng điều đó không có nghĩa là P = VI là sai. Sức mạnh là tỷ lệ thực hiện công việc: không có yêu cầu nào khiến công việc trở nên nóng bỏng (mặc dù đó là trường hợp rất phổ biến và một trường hợp áp dụng trong trường hợp bóng bán dẫn, chủ đề của câu hỏi)

— Phil Frost

1

Trong trường hợp đặc biệt của mạch của bạn, vì chỉ tồn tại một bóng bán dẫn, bạn có thể tìm thấy nó tiêu tán năng lượng bằng cách sử dụng bảo toàn năng lượng trong mạch của bạn:

P_{S o bạn r c e} = = P_{R 1} + P_{R 2} + P_{R 3} + P_{R 4} + P_{B J T}

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

{tôi}_{R 1} = = {tôi}_{R 2} = = \frac{V_{1}}{R_{1} + R_{2}} = = 0,16 m Một

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

Bây giờ chúng tôi tìm thấy hiện tại của R1 và R2. Hiện tại của cơ sở bị bỏ qua:

V_{R 4} + V_{B E} = = V_{R 2} \to {tôi}_{R 3} = = {tôi}_{R 4} = = 0,9 m Một

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

Vì vậy, tổng công suất tiêu tan trong điện trở sẽ là:

Σ_{R_{1}}^{R_{4}} R_{tôi} {tôi}_{tôi}^{2} = = 12.11 m W

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

Nguồn điện mà nguồn cung cấp cho mạch là:

P_{S o bạn r c e} = = {tôi}_{S o bạn r c e} V_{S o bạn r c e} = = 21.2 m W

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

Bây giờ chúng tôi tìm thấy sự tiêu tán năng lượng trong bóng bán dẫn bằng cách sử dụng mối quan hệ đầu tiên ở trên:

P_{B J T} = = 9 tháng 9 m W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Zorich
nguồn

Với giá trị nào của R3? Đó là biến theo báo cáo vấn đề.

— Fizz

1

@Respawnedfluff 10k.

— Zorich

1

Đây là một câu trả lời thô hơn, nhưng dễ nhớ và hữu ích như là một xấp xỉ đầu tiên. Chỉ có trường hợp của một bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực NPN được xử lý ở đây; điều tương tự đối với các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực PNP.

{tôi}_{E} = = {tôi}_{C} = = tôi .

$I_E = I_C = I.$

P = = V_{C E} tôi .

$P = V_{CE} I.$

V_{C C}

$V_{CC}$

R_{3}

$R_3$

R_{4}

$R_4$

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

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

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

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

tôi = = 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
nguồn