Como calcular a dissipação de energia em um transistor?

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Considere este esboço simples de um circuito do CircuitLab (uma fonte de corrente):

o circuito

Não sei como calcular a dissipação de energia no transistor.

Estou tendo uma aula de eletrônica e tenho a seguinte equação em minhas anotações (não tenho certeza se isso ajuda):

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

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

Portanto, a dissipação de energia é a dissipação de energia através do coletor e emissor, a dissipação de energia através da base e do emissor e um fator misterioso . Observe que o β do transistor neste exemplo foi definido como 50. $P_{base-resistor}$

Estou bastante confuso no geral e as muitas perguntas aqui sobre transistores foram muito úteis.

transistors bjt

— David Chouinard
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Assim as puts especificação transister-lo como Pc = Ic * Vce

— Arjob Mukherjee

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O poder não está "atravessando" alguma coisa. Potência é a tensão através de algo que é a corrente que passa por ela. Como a pequena quantidade de corrente que entra na base é irrelevante na dissipação de energia, calcule a tensão CE e a corrente do coletor. A energia dissipada pelo transistor será o produto desses dois.

Vamos dar uma rápida olhada nisso, fazendo algumas suposições simplificadoras. Vamos dizer que o ganho é infinito e a queda de BE é de 700 mV. O divisor R1-R2 define a base em 1,6 V, o que significa que o emissor está em 900 mV. Portanto, R4 define a corrente E e C para 900 µA. A pior dissipação de potência no Q1 é quando R3 é 0, de modo que o coletor está em 20 V. Com 19,1 V atravessando o transistor e 900 µA através dele, está dissipando 17 mW. Isso não é suficiente para observar o calor extra ao colocar o dedo nele, mesmo com um estojo pequeno como o SOT-23.

— Olin Lathrop
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Obrigado, Olin. Muito apreciado, está muito mais claro agora.

— David Chouinard 07/07

Esse "princípio" também é escalável para os grandes drivers IGBT para eletrônica de potência, mas você precisa ler as folhas de dados dos componentes onde é necessário considerar a resistência efetiva em correntes específicas. Também se aplica a diodos, SCRs e indutores. De fato, qualquer coisa que crie uma queda de tensão e / ou resistência.

— Colher

"Energia é a tensão através de algo que é a corrente que passa por ela" É preciso ter cuidado para que seja energia elétrica total, mas não necessariamente dissipada , apenas o componente de corrente que está em fase com a tensão contribui para o aumento da entropia na corrente. system

— lurscher 20/04

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Potência é a taxa na qual a energia está sendo convertida em outra energia. A energia elétrica é o produto de tensão e corrente :

P = V I

$P = VI$

Normalmente, estamos convertendo energia elétrica em calor e nos preocupamos com energia, porque não queremos derreter nossos componentes.

Não importa se você deseja calcular a energia em um resistor, transistor, circuito ou waffle, a energia ainda é o produto de tensão e corrente.

$V_{BE}$ $V_{CE}$

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

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

$I_B \ll I_C$

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

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

— Phil Frost
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Obrigado, Phil, isso é útil. Essa suposição ajuda bastante na simplificação de cálculos.

— David Chouinard 07/07

Além disso, o β do transistor é 50. Como esse valor é pequeno, não tenho certeza se isso causa outros fatores significativos o suficiente para serem importantes.

— David Chouinard 07/07

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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 Você está certo, um capacitor ideal não esquenta, mas isso não significa que P = VI seja falso. Potência é a taxa de execução do trabalho: não há exigência de que o trabalho entre em produção de calor (embora esse seja um caso muito comum e que se aplique no caso de transistores, o assunto da pergunta)

— 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

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

Agora encontramos a corrente de R1 e R2. A corrente da base é negligenciada:

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

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

A energia que a fonte fornece ao circuito é:

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

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

Agora encontramos a dissipação de energia no transistor usando a primeira relação acima:

P_{B J T} = 9.09 m W

$P_{BJT}=9.09mW$

— Zorich
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Para qual valor de R3? É variável de acordo com a declaração do problema.

— Fizz

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@Respawnedfluff 10k.

— Zorich

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Aqui está uma resposta que é mais grosseira, mas fácil de lembrar e útil como primeira aproximação. Somente o caso de um transistor de junção bipolar NPN é tratado aqui; as coisas são semelhantes para os transistores de junção bipolar do PNP.

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

$I_E = I_C = I.$ Se essa suposição não se mantiver, o transistor provavelmente será mal utilizado ou sujeito a uma falha catastrófica.

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
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