NPNトランジスタの電力散逸を計算する方法は？

NPNトランジスタの電力散逸を計算することは、特に熱管理とエネルギー効率が最も重要なアプリケーションを扱う場合、電子回路設計において重要な側面です。 NPNトランジスタサプライヤーとして、このトピックに関する正確な情報をお客様に提供することの重要性を理解しています。このブログ投稿では、NPNトランジスタの電力散逸を計算するプロセスを案内し、関連する重要な概念と方程式を説明します。

NPNトランジスタの理解

電力散逸計算を掘り下げる前に、NPNトランジスタとは何かを簡単に確認しましょう。 NPNトランジスタは、2つのn -type半導体層の間に挟まれたp -type半導体層で構成される3つの端子半導体デバイスです。 3つの端子は、エミッタ（e）、ベース（b）、およびコレクター（c）です。

NPNトランジスタは、アンプ、スイッチ、電圧調整器などのさまざまな電子回路で一般的に使用されます。特定のアプリケーション要件に応じて、さまざまな種類のNPNトランジスタが利用可能です。高速度スイッチングアプリケーションの場合、あなたは私たちを考慮することができます高速スイッチングNPNトランジスタ。低消費電力があなたの優先事項である場合、私たち低消費電力NPNトランジスタ素晴らしい選択です。

電力散逸の基本

NPNトランジスタの電力散逸とは、トランジスタ内の熱に変換される電力の量を指します。この熱生成は、トランジスタを通過する電流が端子全体に流れ込む電流の自然な結果です。過度の電力散逸は過熱につながり、トランジスタの性能を低下させ、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。したがって、電力散逸を計算して管理して、トランジスタと回路全体の信頼できる動作を確保することが不可欠です。

電気成分の電力散逸の一般式（P）は、コンポーネント全体の電圧（v）の積とそれを流れる電流（i）によって与えられます。

[p = v \ times i]

NPNトランジスタの場合、総電力散逸は、コレクター - エミッタジャンクション（（P_ {CE}））で消散した電力の合計であり、ベース - エミッタジャンクション（（P_ {be}））で消費されます。ただし、ほとんどの実用的なアプリケーションでは、ベース - エミッタジャンクションで消費される電力は、コレクター - エミッタジャンクションで消散した電力と比較して比較的小さいです。したがって、私たちはしばしば計算（p_ {ce}）に焦点を当てます。

コレクターの計算 - エミッタ電源消散（（p_ {ce}））

コレクターで消散した電力 - NPNトランジスタのエミッタ接合部は、次の式を使用して計算できます。

[p_ {what} = v_ {what} \ times i_ {c}]

ここで、（v_ {ce}）はコレクターとエミッターの電圧であり、（i_ {c}）はコレクター電流です。

決定（v_ {ce}）

（v_ {ce}）の値は、回路構成とトランジスタの動作モードに依存します。たとえば、一般的なエミッターアンプ回路では、Kirchhoffの電圧則を使用して（V_ {CE}）を計算できます。コレクターとポジティブ電源電圧（V_ {{CC}）の間に接続されたコレクター抵抗（R_ {{C}）と、エミッタとグランドの間で接続されたエミッタ抵抗器（R_ {{e}）を備えた単純な一般的なエミッター回路を考えてみましょう。

Kirchhoffの電圧法をコレクターに適用する - エミッターループ、私たちは次のようにしています。

[v_ {cc} = i_ {c} r_ {c}+v_ {ce}+i_ {e} r_ {e}]

ほとんどの場合、（i_ {e} \ emptx i_ {c}）（（i_ {e} = i_ {c}+i_ {b}）および（i_ {b}）は通常（i_ {c}）よりもはるかに小さい）。したがって、方程式を次のように書き換えることができます。

[v_ {ce} = v_ {cc} -i_ {c}（r_ {c} + r_ {e}）]

決定（i_ {c}）

コレクター電流（i_ {c}）は、トランジスタの電流ゲイン（（\ beta））とベース電流（i_ {b}）を使用して決定できます。（i_ {{c}）、（i_ {b}）、および（\ beta）の関係は、次のように与えられます。

[i_ {c} = \ beta \ times i_ {b}]

（\ beta）の値はトランジスタの特性であり、トランジスタのデータシートにあります。（i_ {{b}）を見つけるには、ベースバイアス回路を分析する必要があります。ベースと正の電源電圧（v_ {cc}）の間に接続されたベース抵抗（r_ {{b}）を備えた単純なベース - バイアス回路、および電圧（v_ {be}との偏りのあるベースジャンクション（v_ {be}）（通常、シリコントランジスタの場合は0.7 V前後）、OHMを使用することができます。

[i_ {b} = \ frac {v_ {cc} -v_ {be}} {r_ {b}}]

例の計算

次のパラメーターを備えた一般的な - エミッタアンプ回路を考えてみましょう。

（v_ {cc} = 12 \ space v）
（r_ {c} = 2 \ space k \ omega）
（r_ {e} = 1 \ space k \ omega）
（r_ {b} = 100 \ space k \ omega）
（\ beta = 100）
（v_ {be} = 0.7 \ space v）

最初に、ベース電流（i_ {b}）を計算します。

[i_ {b} = \ frac {v_ {cc} -v_ {be}} {r_ {b}} = \ frac {12-0.7} {100 \ times10^{3}} = 0.113 \ space ma]

次に、コレクター電流（i_ {c}）を計算します。

2SC5866 new and original Low Power Consumption NPN Transistor

[i_ {c} = \ beta \ times i_ {b} = 100 \ times0.113 \ space ma = 11.3 \ space ma]

次に、コレクター-Emitter電圧（V_ {CE}）を計算します。

[v_ {ce} = v_ {cc} -i_ {c}（r_ {c}+r_ {e}）]

[v_ {ce} = 12-（11.3 \ times10^{ - 3}）（2 \ times10^{3} +1 \ times10^{3}]]

[v_ {what} = 12-33.9 = -21.9 \ space v]

この負の値は、私たちの仮定のエラーを示します。実際には、トランジスタは飽和モードにある可能性があります。飽和では、（v_ {ce}）は通常非常に小さく、0.2 V前後です。したがって、電力散逸を計算するために（v_ {ce} = 0.2 \ space v）を使用します。

[P_ {ce} = v_ {ce} \ times i_ {c} = 0.2 \ space v \ times11.3 \ space ma = 2.26 \ space mw]

電力散逸に影響する要因

いくつかの要因は、NPNトランジスタの電力散逸に影響を与える可能性があります。

負荷抵抗：一般的なエミッター回路のより高い負荷抵抗（r_ {c}）は、与えられた（i_ {c}）に対してより大きな電圧低下（r_ {c}）と小さい（v_ {ce}）をもたらします。これにより、コレクター - エミッタジャンクションでの電力散逸が減少する可能性があります。
入力信号：アンプ回路では、入力信号の振幅と周波数は、コレクター電流とコレクターの電圧に影響を与える可能性があり、それにより電力散逸に影響します。
温度：（\ beta）や（v_ {be}）などのNPNトランジスタの電気的特性は、温度に依存します。温度が上昇すると、（\ beta）が増加する可能性があり、（i_ {{c}）の増加と潜在的に高い電力散逸につながります。

熱に関する考慮事項

NPNトランジスタの電力散逸が計算されると、トランジスタの熱管理を考慮することが重要です。トランジスタのデータシートは通常、特定の周囲温度での最大電力散逸（（P_ {D（MAX）}}）に関する情報を提供します。計算された電力散逸が（p_ {d（max）}）を超えると、トランジスタが過熱する可能性があります。

過熱を防ぐために、ヒートシンクまたはその他の冷却方法を使用できます。ヒートシンクは、トランジスタの表面積を増加させるパッシブ冷却装置であり、周囲の環境へのより効率的な熱伝達を可能にします。ヒートシンクの熱抵抗（（\ theta_ {hs}））と接合部 - トランジスタ（（\ theta_ {jc}）の症例の熱抵抗は、ヒートシンクを選択する際に考慮すべき重要なパラメーターです。

接合部から周囲への総熱抵抗（（\ theta_ {ja}））は次のように与えられます。

[Jaiv

ここで、（\ theta_ {cs}）は、トランジスタとヒートシンクの間の熱化合物（使用する場合）の熱抵抗です。

トランジスタの最大接合温度（T_ {j（max）}）は、次の式を使用して計算できます。

[t_ {j} = t_ {a}+p_ {d} \ times \ theta_ {ja}]

ここで、（t_ {a}）は周囲温度であり、（p_ {d}）はトランジスタの電力散逸です。