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  • 耗散功率是什么,耗散功率計算公式介紹
    • 發布時間:2024-05-13 20:03:58
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    耗散功率是什么,耗散功率計算公式介紹
    耗散功率
    晶體管耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM,是指晶體管參數變化不超過規定允許值時的最大集電極耗散功率。耗散功率與晶體管的最高允許結溫和集電極最大電流有密切關系。硅管的結溫允許值大約為150°C,鍺管的結溫允許值為85°C左右。要保證管子結溫不超過允許值,就必須將產生的熱散發出去.晶體管在使用時,其實際功耗不允許超過PCM值,否則會造成晶體管因過載而損壞。
    通常將耗散功率PCM小于1W的晶體管稱為小功率晶體管,PCM等于或大于1W、小于5W的晶體管被稱為中功率晶體管,將PCM等于或大于5W的晶體管稱為大功率晶體管。
    晶體管耗散功率是指晶體管在工作過程中消耗的電能,通常以瓦特(Watt)為單位來表示。
    它代表了晶體管內部的能量損耗,主要由兩個部分組成:
    導通狀態時的功耗: 當晶體管處于導通狀態時,電流流經晶體管的通道,導致通道中的電阻產生功耗。這部分功耗通常由晶體管的導通電阻(通常以RDS(on)表示)和電流大小決定。
    截止狀態時的功耗: 當晶體管處于截止狀態時,雖然電流不流過晶體管,但由于存在漏電流(主要是由于熱激發引起的),仍然會有一小部分功耗。
    晶體管耗散功率的理解對于電子電路設計非常重要,因為它直接關系到晶體管的溫度升高和性能穩定性。較高的耗散功率會導致晶體管升溫,而過熱可能會損壞晶體管或降低其壽命。因此,電子工程師需要在設計中考慮降低耗散功率的方法,以確保電路的可靠性。
    耗散功率計算公式
    最大耗散功率(Maximum dissipation power):
    (1)對于雙極型晶體管:
    BJT的總耗散功率為Pc=Ie Vbe + Ic Vcb + Ic rcs ≈ Ic Vcb),并且Pc關系到輸出的最大交流功率Po:Po = (供給晶體管的直流功率Pd) – (晶體管耗散的功率Pc) = [η/(1–η)]Pc ∝ Pc,即輸出交流功率與晶體管的耗散功率成正比(η= Po / Pd是轉換效率)。
    晶體管功率的耗散(消耗)即發熱,如果此熱量不能及時散發掉, 則將使集電結的結溫Tj升高, 這就限制了輸出功率的提高;最高結溫Tjm(一般定為175 oC)時所對應的耗散功率即為最大耗散功率Pcm 。
    為了提高Po,就要求提高Pc, 但Pc的提高又受到結溫的限制,為使結溫不超過Tjm,就需要減小晶體管的熱阻Rt;最大耗散功率Pcm ∝1/ Rt 。最高結溫Tjm時所對應的最大耗散功率為(Pcms≥Pcm ):穩態時, Pcm = (Tjm–Ta) / Rt ;瞬態時,Pcms = (Tjm–Ta) / Rts 。
    提高PCM的措施,主要是降低熱阻RT和降低環境溫度Ta ;同時,晶體管在脈沖和高頻工作時, PC增大, 安全工作區擴大,則最大耗散功率增大,輸出功率也相應提高。
    (2)對于MOSFET:
    其最大輸出功率也要受到器件散熱能力的限制:Pcm = (Tjm–Ta) / Rt,MOSFET的最高結溫Tjm仍然定為175 oC, 發熱中心是在漏結附近的溝道表面處, 則Rt主要是芯片的熱阻 (熱阻需要采用計算傳輸線特征阻抗的方法來求出)。
    降低晶體管的耗散功率可以采取以下方法:
    選擇低導通電阻(RDS(on))的晶體管: 較低的導通電阻會減少導通狀態下的功耗。
    有效的電源管理: 在不需要時將晶體管置于截止狀態,以減小截止狀態下的漏電流。
    散熱設計: 提供足夠的散熱措施,如散熱器,以降低晶體管的溫度。
    電流限制: 控制電流大小,以確保晶體管工作在安全的范圍內,避免過度耗散功率。
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