Важным параметром мощных транзисторов является максимальная мощность рассеивания РРАСС. Это та мощность, которая в транзисторе превращается в тепло:
Из (5.10) следует, что мощность в транзисторе выделяется в основном на коллекторном переходе.
Температура pn – перехода не должна превышать определённого значения tПЕР. В паспорте на транзистор указывается РРАСС при температуре корпуса транзистора tК = 25 0 С. Если tК > 25 0 С, то РРАСС должна быть уменьшена, иначе tПЕР превысит допустимое значение и транзистор выйдет из строя (сгорит). Типовые значения tПЕР:
· у германиевых транзисторов tПЕР ≤ + 90 0 С;
· у кремниевых транзисторов tПЕР ≤ + 175 0 С.
В транзисторе pn-переход теплее корпуса на ∆ tК-П :
где RК-П – тепловое сопротивление между pn-переходом и корпусом транзистора, Кельвин/Вт.
Для отвода тепла транзистор обычно устанавливается на радиатор охлаждения. Корпус транзистора теплее радиатора на ∆ tР-К :
где RР-К – тепловое сопротивление между корпусом транзистора и радиатором охлаждения.
Радиатор охлаждения теплее окружающей среды на ∆ tС-Р :
где R С-Р – тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой.
Таким образом, pn-переход теплее окружающей среды на ∆ tС-П :
Чтобы увеличить РДОП , нужно уменьшить суммарное тепловое сопротивление ∑ R t , то есть уменьшить каждое слагаемое ∑ R t .
Для уменьшения (практически, до нуля) теплового сопротивления RК-П между pn-переходом и корпусом коллекторную часть кристалла припаивают непосредственно к корпусу транзистора. У мощных транзисторов выводы эмиттера и базы проходят через изоляторы, вывод коллектора припаян к корпусу.
Для уменьшения теплового сопротивления RР-К между корпусом транзистора и радиатором охлаждения применяют следующие меры:
· если можно допустить, чтобы радиатор находился под потенциалом коллектора, то соприкасающиеся поверхности корпуса транзистора и радиатора полируют, плотно прижимают и стягивают болтами;
· если радиатор должен быть электрически изолирован от коллектора, то используют тонкую слюдяную прокладку, имеющую высокое электрическое сопротивление и хорошую теплопроводность (малое тепловое сопротивление);
· для лучшего теплового контакта иногда применяют изолирующую теплопроводящую пасту.
Для уменьшения теплового сопротивления RС-Р между радиатором и окружающей средой применяют следующие меры:
· радиатор должен иметь большую теплоизлучающую поверхность SРАД (пример зависимости SРАД от РРАСС дан на рис. 5.17). Без радиатора охлаждения РРАСС не превышает (1…4) Вт;
· для большего теплоизлучения радиатор должен иметь чёрный цвет;
· для увеличения SРАД у радиаторов делают «рёбра» или штыри. Оптимальное конструирование радиаторов охлаждения и их расположение в аппаратуре – сложная теплофизическая задача. В ряде случаев радиаторы располагают вне корпуса аппаратуры, иногда закрывая их защитным кожухом;
· в большинстве случаев радиаторы рассчитаны на естественную конвекцию воздуха. Но применение обдува (вентиляторов) позволяет снизить R С-Р и соответственно повысить РРАСС (рис. 5. 18).
· для охлаждения pn-перехода транзистора или, например, полупроводникового лазера иногда используются микрохолодильники, использующие эффект Пельтье – охлаждение точки спая металла и полупроводника (теллурид висмута) при прохождении тока в определенном направлении.
Задача увеличения допустимой РРАСС касается не только мощных транзисторов, но и мощных полупроводниковых диодов, микросхем, лазеров и других радиоэлементов, выделяющих тепло.
Глава 6. Операционные усилители и устройства
Здравствуйте уважаемые !
Возник вот, такой вопрос и нет у меня ответа 
, наставьте на путь истинный.
Итак имеем выходной каскад генератора на транзисторе IRF510, паспортная мощность транзистора 43 Вт (power dissipation 43 W),если нужен даташит пришлю. Производим измерение 32 В питание, потребляемый ток 1,5 А. Перемножаем 32*1,5 = 48 Вт потребляемой мощности, это как бы многовато, ведь паспортная всего 43 Вт. Или 43 Вт это его выходная мощность?
Тогда если кпд=55%, выходная 48*0.55 = 26,4 Вт это уже вроде красиво. Где я ошибаюсь?
Для транзистора не существует выходной мощности. Выходная мощность бывает у законченного устройства, например у усилителя. Для транзистора же указывается рассеиваемая мощность.
Power dissipation — рассеиваемая мощность! Эта та величина мощности, которая может быть рассеяна транзистором в виде тепла (ограничивается допустимой температурой нагрева кристалла) за счет неэффективных процессов преобразования энергии.
Эффективность преобразования оценивается КПД. Если КПД = 100%, то транзистор будет холодным, и вся потребляемая от источника питания мощность попадет в нагрузку. Если КПД = 80%, то 20% потребляемой от источника мощности может выделится в виде тепла на транзисторе, а 80% — в нагрузке. Значит при 43 Вт допустимой рассеиваемой мощности на данном транзисторе, в нагрузке можно получить 172 Вт!
Lerik Где я ошибаюсь?
Как здесь уже писали — 43 ватта — это максимальная мощность, рассеиваемая транзистором. Какое напряжение питание — никакого значения при этом не имеет. Потребление от источника питания также неважно. Важно падение напряжения на транзисторе и ток через него. Вот произведение _этих_ двух величин и даст вам мощность, рассеиваемую транзистором. Именно она не должна превышать 43W.
Вы совершенно верно посчитали _потребляемую_ мощность — 48 ватт. Это означает, что генератор _в_целом_ рассеивает столько. А где именно — это уже зависит от схемы. Наверняка большая часть рассеивается на транзисторе, но еще какая-то часть рассеивается на активных элементах, да и про нагрузку тоже забывать нельзя.
И ещё : для мощных транзисторов в справочниках указывается рассеиваемая мощность с радиатором, без радиатора не более 1-2 Вт.
Мощность, рассеиваемая на транзисторе, определяется как падение напряжения на транзисторе умноженное на ток через транзистор. Если эти величины не постоянные, то берется среднее значение. Допустимая рассеиваемая мощность на транзисторе напрямую связана с температурой кристала и корпуса. Поэтому нагляднее всего считать через тепловые сопротивления кристал-корпус. Например, мы знаем что макс. допустимая температура кристалла у транзистора 175 град. Тепловое сопротивление кристал-корпус 2 гр. на ватт. Значит при рассеиваемой на транзисторе мощности в 10 ватт температура кристалла будет на 20 гр. выше чем температура корпуса. Поэтому корпус транзистора мы можем теоретически нагреть до 155 гр. Запомнили эту температуру. Идем дальше. Тепловое сопротивление корпус-окр. среда для корпусов ТО-220 составляет примерно 70 гр. на ватт. Значит если мы будем корпусом рассеивать нашу мощность в 10 ватт то транзистор нагреется до 700 гр. а кристал соответственно до 720 гр. Это конечно многовато. Значит нужен радиатор. Зададимся максимальной температурой корпуса транзистора 80 градусов, соответственно температура кристала у нас будет 100 гр., что допустимо по документации на наш транзистор. Посичтаем какое должно быть тепловое сопротивление радиатор-окр. среда у нашего радиатора. 80 гр. разделим на 10 ватт получим 8 гр. на ватт. Обычно в каталогах на радиаторы указывается данная характеристика. Берем такой радиатор и имеем при 10 ваттах температуру радиатора 80 гр. Правда надо еще сделать поправку на тепл. сопротивление корпус транзистора-радиатор. При хорошем прижатии корпуса к радиатору и использовании теплопроводящих паст эта величина будет порядка 0.5 гр. на ватт. если это так, то в нашем случае корпус транзистора будет горячее радиатора на 5 гр. те 85 гр. , температура кристала будет 105 гр. Что вполне допустимо для импортных транзисторов.
Ребята, спасибо ОГРОМНОЕ всем откликнувшимся.
Все вроде стало стало на свои места, все я правильно понимал по сути, но в некоторых моментах все же заблуждался.
Теперь собственно почему я полез в расчеты. Повторил вот такую схему http://www.qrz.ru/schemes/contribute/amplifiers/ut2xs2.phtml только на IRF510, и встал вопрос измерить выходную мощность. Прицепил нагрузку безиндукционную 50 Ом. и тут то все и началось. Напряжение на нагрузке 100 В (измерялось В3-38), чего быть не может, т.к. косвенными методами удалось выяснить что мощность где-то 30-50 Вт. Подскажите как в домашних условиях (не очень сложно) определить реальную выходную мощность с допустимой для меня погрешностью ну хотя бы 10%
Остался еще один не понятый мною вопрос — как оценить (контролировать) предельные параметры напряжение питания и ток потребления транзистором, т.е. какой мах ток нельзя превысить при фиксированном напряжении чтобы не сжечь транзистор?
Может лучше через тройник и ламповый вольтметр? И насколько достоверна безиндуктивная нагрузка? В3-38 критичен к форме измеряемого напряжения. Полезно ещё осциллограф подключить для контроля формы напряжения.
Ну В3-38 это почти "ламповый", безиндуктивная нагрузка — куча МЛТ резисторов без "канавки", соответственно форма напряжения контролировалась осциллографом, но тройник. не знаю, вольтметр подключался непосредственно на нагрузку.
Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.
Здравствуйте уважаемые !
Возник вот, такой вопрос и нет у меня ответа , наставьте на путь истинный.
Итак имеем выходной каскад генератора на транзисторе IRF510, паспортная мощность транзистора 43 Вт (power dissipation 43 W),если нужен даташит пришлю. Производим измерение 32 В питание, потребляемый ток 1,5 А. Перемножаем 32*1,5 = 48 Вт потребляемой мощности, это как бы многовато, ведь паспортная всего 43 Вт. Или 43 Вт это его выходная мощность?
Тогда если кпд=55%, выходная 48*0.55 = 26,4 Вт это уже вроде красиво. Где я ошибаюсь?
Для транзистора не существует выходной мощности. Выходная мощность бывает у законченного устройства, например у усилителя. Для транзистора же указывается рассеиваемая мощность.
Power dissipation — рассеиваемая мощность! Эта та величина мощности, которая может быть рассеяна транзистором в виде тепла (ограничивается допустимой температурой нагрева кристалла) за счет неэффективных процессов преобразования энергии.
Эффективность преобразования оценивается КПД. Если КПД = 100%, то транзистор будет холодным, и вся потребляемая от источника питания мощность попадет в нагрузку. Если КПД = 80%, то 20% потребляемой от источника мощности может выделится в виде тепла на транзисторе, а 80% — в нагрузке. Значит при 43 Вт допустимой рассеиваемой мощности на данном транзисторе, в нагрузке можно получить 172 Вт!
Lerik Где я ошибаюсь?
Как здесь уже писали — 43 ватта — это максимальная мощность, рассеиваемая транзистором. Какое напряжение питание — никакого значения при этом не имеет. Потребление от источника питания также неважно. Важно падение напряжения на транзисторе и ток через него. Вот произведение _этих_ двух величин и даст вам мощность, рассеиваемую транзистором. Именно она не должна превышать 43W.
Вы совершенно верно посчитали _потребляемую_ мощность — 48 ватт. Это означает, что генератор _в_целом_ рассеивает столько. А где именно — это уже зависит от схемы. Наверняка большая часть рассеивается на транзисторе, но еще какая-то часть рассеивается на активных элементах, да и про нагрузку тоже забывать нельзя.
И ещё : для мощных транзисторов в справочниках указывается рассеиваемая мощность с радиатором, без радиатора не более 1-2 Вт.
Мощность, рассеиваемая на транзисторе, определяется как падение напряжения на транзисторе умноженное на ток через транзистор. Если эти величины не постоянные, то берется среднее значение. Допустимая рассеиваемая мощность на транзисторе напрямую связана с температурой кристала и корпуса. Поэтому нагляднее всего считать через тепловые сопротивления кристал-корпус. Например, мы знаем что макс. допустимая температура кристалла у транзистора 175 град. Тепловое сопротивление кристал-корпус 2 гр. на ватт. Значит при рассеиваемой на транзисторе мощности в 10 ватт температура кристалла будет на 20 гр. выше чем температура корпуса. Поэтому корпус транзистора мы можем теоретически нагреть до 155 гр. Запомнили эту температуру. Идем дальше. Тепловое сопротивление корпус-окр. среда для корпусов ТО-220 составляет примерно 70 гр. на ватт. Значит если мы будем корпусом рассеивать нашу мощность в 10 ватт то транзистор нагреется до 700 гр. а кристал соответственно до 720 гр. Это конечно многовато. Значит нужен радиатор. Зададимся максимальной температурой корпуса транзистора 80 градусов, соответственно температура кристала у нас будет 100 гр., что допустимо по документации на наш транзистор. Посичтаем какое должно быть тепловое сопротивление радиатор-окр. среда у нашего радиатора. 80 гр. разделим на 10 ватт получим 8 гр. на ватт. Обычно в каталогах на радиаторы указывается данная характеристика. Берем такой радиатор и имеем при 10 ваттах температуру радиатора 80 гр. Правда надо еще сделать поправку на тепл. сопротивление корпус транзистора-радиатор. При хорошем прижатии корпуса к радиатору и использовании теплопроводящих паст эта величина будет порядка 0.5 гр. на ватт. если это так, то в нашем случае корпус транзистора будет горячее радиатора на 5 гр. те 85 гр. , температура кристала будет 105 гр. Что вполне допустимо для импортных транзисторов.
Ребята, спасибо ОГРОМНОЕ всем откликнувшимся.
Все вроде стало стало на свои места, все я правильно понимал по сути, но в некоторых моментах все же заблуждался.
Теперь собственно почему я полез в расчеты. Повторил вот такую схему http://www.qrz.ru/schemes/contribute/amplifiers/ut2xs2.phtml только на IRF510, и встал вопрос измерить выходную мощность. Прицепил нагрузку безиндукционную 50 Ом. и тут то все и началось. Напряжение на нагрузке 100 В (измерялось В3-38), чего быть не может, т.к. косвенными методами удалось выяснить что мощность где-то 30-50 Вт. Подскажите как в домашних условиях (не очень сложно) определить реальную выходную мощность с допустимой для меня погрешностью ну хотя бы 10%
Остался еще один не понятый мною вопрос — как оценить (контролировать) предельные параметры напряжение питания и ток потребления транзистором, т.е. какой мах ток нельзя превысить при фиксированном напряжении чтобы не сжечь транзистор?
Может лучше через тройник и ламповый вольтметр? И насколько достоверна безиндуктивная нагрузка? В3-38 критичен к форме измеряемого напряжения. Полезно ещё осциллограф подключить для контроля формы напряжения.
Ну В3-38 это почти "ламповый", безиндуктивная нагрузка — куча МЛТ резисторов без "канавки", соответственно форма напряжения контролировалась осциллографом, но тройник. не знаю, вольтметр подключался непосредственно на нагрузку.
Форум про радио — сайт, посвященный обсуждению электроники, компьютеров и смежных тем.