Bezpieczny+obszar+pracy 2c+pr c4 85d+kolektora 2c+moc+strat 2c+cz.+6.pdf

Pierwsze kroki

część 6

dla początkujących

Tranzystory

Bezpieczny obszar pracy

Prąd kolektora

Na początek pytanie: czy prąd kolekto−

ra może mieć dowolnie dużą wartość?

Teoretycznie biorąc, zwiększając prąd ba−

zy, można dowolnie zwiększyć prąd ko−

lektora.

Jednak w konkretnym układzie maksy−

malny prąd kolektora płynie w stanie na−

sycenia tranzystora i co ważne, nie jest

wyznaczony przez tranzystor, tylko przez

wartość napięcia zasilania i rezystancji

obciążenia. Zmniejszając rezystancję ob−

ciążenia zwiększamy ten prąd.

Jak się słusznie domyślasz, prądu tego

nie można zwiększać dowolnie. Każdy

tranzystor ma określony przez producen−

ta maksymalny prąd kolektora, oznaczany

w katalogach I Cmax .

Wartość tego prądu związana jest

z budową struktury tranzystora i gruboś−

cią połączeń wewnętrznych.

Przy przepływie prądu przez rezystan−

cję, wydziela się ciepło. Domyślasz się

prawdopodobnie, a może widziałeś na

własne oczy, że połączenia między krze−

mową strukturą tranzystora a wyprowa−

dzeniami wykonane są cienkim druci−

kiem. Pomimo że często jest to drucik ze

złota, przy przepływie nadmiernego prądu

zachowa się jak najzwyklejszy bezpiecz−

nik – rozgrzeje się i stopi.

Nie tylko ten drucik. Krzemowa struk−

tura tranzystora ma jakieś wymiary geo−

metryczne. Jeśli spróbowałbyś przepuś−

cić wielki prąd przez w sumie niewielki

przekrój tej struktury, uzyskasz dużą, zbyt

dużą gęstość prądu. Nie zapominaj, że

masz do czynienia z delikatną strukturą

półprzewodnikową i nadmierny wzrost

gęstości prądu spowoduje nie tylko

wzrost temperatury, ale i różne inne

szkodliwe zjawiska. Wspomnę tylko

o zmniejszaniu współczynnika wzmocnie−

nia prądowego (

Ale na razie zajmiemy się pokrewną

sprawą. Jak myślisz, czy jeśli nie przekro−

czysz katalogowego prądu I Cmax , oraz ka−

talogowego napięcia U CEmax , to czy twoje−

mu tranzystorowi nic nie grozi?

) ze wzrostem prądu ko−

Moc strat

Zaczynamy omawiać ważny i jak się

okaże – trochę trudny temat. Musisz go

dobrze zrozumieć! Najtrudniejsze infor−

macje podam za miesiąc, dziś zajmiemy

się elementarzem.

Na pewno spotkałeś się już z określe−

niem: moc tranzystora .

Co to takiego jest ta moc tranzystora ?

A co to jest w ogóle moc?

Z pojęciem mocy masz do czynienia

w przypadku wielu urządzeń: jakiś silnik

ma moc 100 watów, grzejnik elektryczny

ma moc 2000 watów, lutownica ma moc

40W. Masz też dwie żarówki o mocy

60W: typową na napięcie 220V oraz sa−

mochodową na napięcie 12V.

Wszystkie te urządzenia pobierają ze

źródła energię elektryczną i zamieniają ją

na inne rodzaje energii: na ciepło, na

energię mechaniczną (silnik), na energię

świetlną (żarówka).

Czym większa moc, tym więcej ener−

gii pobiera w każdym momencie dane

urządzenie. Obie wspomniane żarówki

pobierają tę samą moc 60W. Czym się

różnią? Na pewno tym, że jedna pracuje

lektora.

Uzasadniłem tu w największym skró−

cie, że ze względu na grzanie doprowa−

dzeń i ograniczoną gęstość prądu

w strukturze, nie można bezkarnie zwięk−

szać prądu kolektora ponad wartość usta−

loną przez producenta.

Jeśli się chwilę zastanowisz, dojdziesz

pewnie do wniosku, że jeśli tranzystor

pracowałby w trybie impulsowym, czyli

otwierałby się i przepuszczał prąd tylko

przez krótkie odcinki czasu, to wspomnia−

ne składniki nie zdążą się nagrzać aż do

stopienia, a więc taki chwilowy, impulso−

wy prąd kolektora mógłby być większy,

niż prąd maksymalny przy pracy ciągłej.

Masz rację! W katalogach często po−

daje się maksymalny prąd kolektora przy

pracy ciągłej oraz maksymalny prąd ko−

lektora przy pracy impulsowej. Potwier−

dzenie zobaczysz za chwilę na charakte−

rystyce tranzystora mocy.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

Pierwsze kroki

rys. 43

W żadnym wypadku! Nie masz chyba

wątpliwości, że jeśli struktura tranzystora

byłaby dobrze odizolowana termicznie od

otoczenia, to wydzielające się i groma−

dzone ciepło powodowałoby wzrost tem−

peratury. To szkodliwe ciepło trzeba od−

prowadzić do otoczenia i rozproszyć. Ilu−

struje to rysunek 43.

Zasada jest prosta: ciepło przepływa

od ośrodka cieplejszego do ośrodka zim−

niejszego.

Wiesz już, co to jest moc strat tranzys−

tora. Ale właśnie tu początkujący popeł−

niają kardynalny błąd. Rozumują następu−

jąco: jeśli tranzystor może pracować przy

katalogowym maksymalnym napięciu ko−

lektora U CE0 i maksymalnym prądzie ko−

lektora Icmax, to maksymalna „moc tran−

zystora” wynosi P=U CE0 ×I Cmax .

Jest to absolutna bzdura, nie wolno

tak liczyć, trzeba poszukać w katalogu do−

puszczalnej całkowitej mocy strat, ozna−

czanej Ptot. Zakoduj sobie pod sufitem

raz na zawsze: całkowita moc strat tran−

zystora Ptot jest zawsze mniejsza niż ilo−

czyn U CE0 ×I cmax .

Dla rysunku 44a najpierw policzymy

napięcie na obciążeniu, potem napięcie

na tranzystorze, a potem obie moce.

Napięcie na rezystorze obciążenia:

U R =5mA×1k

=5V

Moc wydzielana w rezystorze obciążenia:

P R =5V×5mA=25m

=0,025

przy napięciu 12 woltów i pobiera 5 am−

perów prądu (co daje 12V×5A = 60W ),

a druga, pracująca przy napięciu 220V,

pobiera nieco ponad 0,27 ampera (co też

daje 220V×0,27(27)A = 60W ).

Czyli tę samą moc można uzyskać

przy różnych prądach i napięciach. Oto

proste wzory potrzebne do obliczeń mo−

cy, jaką pobierają urządzenia elektryczne

pracujące przy prądzie stałym (przy prą−

dzie zmiennym dotyczą obciążenia rezys−

tancją). Zapamiętaj je raz na zawsze:

(to samo mogliśmy obliczyć ze wzoru

P = I2R)

Napięcie na tranzystorze:

U T =12V–5V=7V

Moc strat w tranzystorze:

P T =7V×5mA=35mW

Dla rysunku 44b:

Moc wydzielana w żarówce:

P Z =8V×0,5A=4W

Napięcie na tranzystorze:

U T =24V–8V=16V

Moc strat w tranzystorze:

PT=16V×0,5A = 8W

Dla rysunku 44c:

Prąd obciążenia (czyli prąd kolektora):

PUI

= ×

Ponieważ U = I×R, po podstawieniu:

PI R

= ×

Ponieważ I=U/R, po podstawieniu:

A teraz obliczmy wspólnie, jaka moc

wydzieli się w układach z rysunku 44

w tranzystorze, a jaka w obciążeniu.

Wracając do pytania o moc tranzysto−

ra: Czy chodzi o moc wydzielaną w obcią−

żeniu? Czy może moc wydzielaną w tran−

zystorze? A może jeszcze o coś innego?

Wcześniej tłumaczyłem, że obwód ko−

lektorowy tranzystora jest sterowanym

źródłem prądowym, a nie zmiennym re−

zystorem, jednak nie zmienia to faktu, że

w strukturze tranzystora przy przepływie

prądu będzie się wydzielać moc strat

w postaci ciepła. Wielkość tych strat

cieplnych wyznaczona jest wzorem:

rys. 44

200

Moc wydzielana w rezystorze:

P=U×I = I 2 ×R

PR = 10V * 50mA = 500mW = 0,5W

Napięcie na tranzystorze:

U T =15V–10V=5V

Moc strat tranzystora:

P T =5V×50mA=250mW=0,25W

dla rysunku 44d:

Napięcie na rezystorze:

U R =20V–8V=12V

Prąd obciążenia (czyli prąd kolektora):

Moc wydzielana w rezystorze:

P R =12V×12µA=144µW=0,144mW=

0,000144W

Moc strat tranzystora:

P T =8V×12µA=96µW=0,096mW=

0,000096W

Jak widzisz, obliczenia wcale nie są

trudne. Idziemy więc dalej.

Znasz już trzy ograniczenia warunków

pracy tranzystora:

1. Napięcie zasilające nie może być więk−

sze niż katalogowe napięcie U CE0 . Naj−

wyższe napięcia na kolektorze wystę−

puje w stanie zatkania tranzystora.

2. Prąd kolektora nie może być większy

niż I Cmax . Największy prąd płynie przez

tranzystor w stanie nasycenia.

3. Moc strat tranzystora w żadnych wa−

runkach nie może przekroczyć dopusz−

czalnej mocy strat P tot .

Te trzy ograniczenia dla przykładowe−

go tranzystora ( U CE0 =25V, I Cmax =100mA,

PU I

CE C

U CE to aktualne napięcie miedzy kolek−

torem a emiterem, a I C to aktualny prąd

kolektora. (Ściślej biorąc, powinniśmy też

uwzględnić dodatkową moc strat w ob−

wodzie bazy równą U BE ×I B , jednak zwyk−

le ją pomijamy, bo jest dużo mniejsza, niż

moc strat kolektora U CE ×I C )

Jak więc rozumieć „moc tranzysto−

ra”? Chodzi tu o moc strat tranzystora,

czyli o ciepło wydzielane na bieżąco

w strukturze tranzystora. Moc elektrycz−

na P=U CE ×I C przez cały czas zamienia się

na ciepło, dokładnie tak samo, jak w elek−

trycznym grzejniku. Krótko mówiąc, pra−

cujący tranzystor jest niewielkim grzej−

niczkiem, piecykiem. Jak się łatwo do−

myślić, wydzielane ciepło jest produktem

ubocznym, który do niczego nie jest nam

potrzebny, a tylko stwarza mnóstwo

problemów.

A co się dalej dzieje z tym ciepłem?

Czy pozostaje ono w tranzystorze?

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

Pierwsze kroki

rys. 45

Zauważ jednak, że charakterystyka

z rysunku 47 jest jakby dodatkowo obcię−

ta w porównaniu z rysunkiem 46. To

„obcięcie”, czyli dodatkowe ograniczenie

związane jest ze zjawiskiem tak zwanego

drugiego przebicia (second breakdown).

Wystąpienie zjawiska drugiego przebicia

doprowadza do uszkodzenia tranzystora.

Szczegóły na ten temat możesz znaleźć

w książkach. Nie będę ich tłumaczył, bo

nie jest to teraz niezbędne. W każdym ra−

zie mamy tu kolejne ograniczenie.

W każdym razie doszliśmy do punktu

szczytowego naszych dzisiejszych roz−

ważań: projektując układ musisz zmieścić

się w bezpiecznym obszarze pracy tran−

zystora. W katalogach często spotkasz

skrót SOA lub SOAR. To właśnie skrót od

Safe Operating Area (Region), czyli właś−

nie bezpieczny obszar pracy. Rysunek 47

pokazuje bezpieczny obszar pracy dla

tranzystorów BD243 i BD244.

Ściśle biorąc, projektując układ powi−

nieneś znaleźć w katalogu rysunek

przedstawiający bezpieczny obszar pra−

cy tranzystora (taki jak na rysunku 47),

przeprowadzić obliczenia, ewentualnie

zaznaczyć na rysunku zakres pracy tran−

zystora i upewnić się, czy mieścisz się

w dozwolonym obszarze. Przykłady, któ−

re rozważaliśmy przed chwilą dotyczą

najprostszego przypadku – obciążenia

tranzystora rezystancją. W wielu ukła−

dach sprawa jest znacznie bardziej

skomplikowana. Takie na przykład tran−

zystory pracujące w stopniu wyjścio−

wym wzmacniacza mocy również mu−

szą pracować w bezpiecznym obszarze

pracy i to w każdych warunkach – także

w przypadku zwarcia wyjścia, dołącze−

nia obciążenia pojemnościowego (długi

kabel) czy indukcyjnego (głośnik). W ra−

mach podstawowego kursu nie będzie−

my zajmować się takimi obliczeniami.

Chcę tylko zasygnalizować problem, a ty

z czasem samodzielnie zdobędziesz

dość wiedzy, by poradzić sobie nawet

z trudniejszymi zadaniami.

Na razie możesz przyjąć prostą zasa−

dę: stosować tranzystory o parametrach

przekraczających wymagane minimum.

W praktyce zazwyczaj dla bezpieczeńs−

twa stosujemy tranzystory o paramet−

rach granicznych 50...100% większych

niż planowane napięcia, prądy i moce

w projektowanym układzie. Wtedy ma−

my margines bezpieczeństwa i nie musi−

my się obawiać uszkodzenia. Stosowanie

tranzystorów „większych i mocniej−

szych”, jest też korzystne z kilku innych

względów, a ewentualna drobna różnica

ceny nie ma żadnego znaczenia. Nie po−

padnij jednak w przesadę i nie stosuj

tranzystorów mocy oraz tranzystorów

wysokonapięciowych tam, gdzie to nie

jest konieczne.

Wydawałoby się, że sprawa jest bez−

nadziejnie prosta i bez trudu tak dobie−

rzesz warunki pracy (napięcie zasilania

i rezystancję obciążenia) i zmieścisz się

w dozwolonym obszarze pracy tranzysto−

ra. Rzeczywiście z napięciem zasilania

i prądem maksymalnym sprawa jest

prosta, ale z mocą strat nie pójdzie tak

łatwo. W grę wchodzą tu bowiem dwa

ważne zagadnienia, które musisz dobrze

zrozumieć:

– zależność mocy strat od napięcia zasila−

nia i rezystancji obciążenia,

– kwestię odprowadzania ciepła ze struk−

tury.

Dziś zajmiemy się tylko pierwszym za−

gadnieniem.

Okazuje się jednak, że często nie trze−

ba liczyć mocy strat w wyżej podany spo−

sób. W praktyce zwykle interesuje nas

najgorszy przypadek. Jeśli obliczymy

moc strat dla najgorszego przypadku, to

nie ma potrzeby przeprowadzać dalszych

obliczeń.

Rysunek 48 pomoże zrozumieć, co

mam na myśli, mówiąc o najgorszym

przypadku. Przedstawiłem na nim kon−

kretną sytuację: jakiś tranzystor współ−

pracuje z rezystancją obciążenia R L przy

napięciu zasilania Uzas (w tym przypad−

ku R L =250W, U zas =20V ). Rysunek 48b do−

tyczy w zasadzie układu pokazanego na

rysunku 48a, ale bardzo podobnie przed−

stawia się sytuacja w układzie z rysunku

48c. Idąc o krok dalej możemy rozsze−

rzyć zagadnienie: ponieważ układ scalo−

ny też zbudowany jest z tranzystorów,

podobne obliczenia dotyczą również

układów scalonych, w tym zwłaszcza

stabilizatorów. Przykład masz na rysunku

48d. We wszystkich przypadkach (rysun−

ki 48a, 48c, 48d) na tranzystorze wystę−

puje jakieś napięcie U T , a na obciążeniu –

napięcie U L .

Czy dobrze rozumiesz sens tego ry−

sunku?

Rysunek 48b mógłbyś z powodze−

niem narysować sam. Wróć do rysun−

ku 44d. Gdy prąd bazy nie płynie, nie pły−

nie też prąd kolektora i napięcie na kolek−

torze jest równe napięciu zasilającemu.

Gdy pojawi się prąd bazy i będzie się

zwiększał, odpowiednio zwiększać się

będzie prąd kolektora, a napięcie na ko−

lektorze będzie się zmniejszać. Znając

napięcie zasilające oraz rezystancję ob−

ciążenia R L możesz przeprowadzić obli−

czenia dla kilku czy kilkudziesięciu napięć

U T . Możesz obliczyć nie tylko prąd kolek−

tora, ale też moc wydzielaną w obciąże−

niu oraz w tranzystorze dla różnych na−

pięć kolektora (czyli różnych prądów ba−

zy). Gdybyś zaznaczył na wykresie punk−

ty, dla których przeprowadzałeś oblicze−

nia oraz połączył je ze sobą otrzymasz

właśnie charakterystyki z rysunku 48b.

P tot =500mW ) zaznaczamy na rysunku 45.

Jeśli napięcie i prąd na wykresie zazna−

czymy w skali liniowej, wtedy linia repre−

zentująca moc P=U×I ) będzie mieć

kształt hiperboli, jak na rysunku 45.

Jeśli jednak napięcie i prąd zaznaczy−

my w skali logarytmicznej, wtedy krzywa

ta jakby się wyprostuje. Zobaczysz to na

rysunku 46. Nie ma tu żadnego oszustwa

– rysunki 45 oraz 46 pokazują ten sam

przypadek, tyle, że narysowany troszkę

inaczej: raz w skali liniowej, raz w logaryt−

micznej.

rys. 46

W katalogach spotkasz charakterysty−

ki podobne do rysunku 46.

Na rysunku 47 znajdziesz kopię cha−

rakterystyki konkretnych tranzystorów

BD243 i BD244, wziętą z katalogu. Tu do−

datkowo masz informację, że jeśli tran−

zystor pracowałby w sposób impulsowy,

zarówno chwilowy prąd, jak i chwilowa

moc mogą być większe, niż przy prądzie

ciągłym (stałym).

rys. 47

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

Pierwsze kroki

rys. 48

nie zatkania nie płynie żaden prąd i nie

ma żadnych strat mocy ani w tranzysto−

rze, ani w obciążeniu.

Teraz zwróć uwagę, co dzieje się

w stanie nasycenia – pokazuje to punkt

B. Prąd jest wprawdzie duży, ale napięcie

na tranzystorze jest bardzo małe (napię−

cie nasycenia U CEsat rzędu dziesiątek czy

setek miliwoltów). Tym samym w stanie

nasycenia moc strat cieplnych wydzielo−

nych na tranzystorze jest niewielka, moż−

na powiedzieć bliska zeru ,bo P=U CEsat ×I .

Jesteś zaskoczony?

Okazało się, że w stanie nasycenia,

gdy płynie największy prąd, moc strat

tranzystora jest bliska zeru! Tak jest!

Duża moc ( P = Uzas×I ) wydziela się

wtedy tylko w rezystancji obciążenia,

a nie w tranzystorze. Krótko mówiąc,

jeśli tranzystor pracuje jako przełącz−

nik, zarówno podczas zatkania, jak i na−

sycenia wydziela się w nim niewielka

moc strat. Już teraz powinieneś wie−

dzieć, że przy pracy impulsowej naj−

więcej strat wydziela się w krótkich

chwilach przełączania. Do tego zagad−

nienia być może jeszcze wrócimy. Na

razie zajmujemy się tranzystorem pod−

czas pracy liniowej.

Jak widzisz z rysunku 48b, największa

moc wydziela się w tranzystorze, gdy na−

pięcie kolektora jest równe połowie na−

pięcia zasilającego. I właśnie to jest ten

najgorszy przypadek, o którym wspo−

mniałem. Najgorszy, bo moc strat w tran−

zystorze jest wtedy największa. Na ry−

sunku 48b pokazuje go punkt C.

Jak łatwo zauważyć, moc strat w tran−

zystorze jest wtedy równa mocy strat

w obciążeniu. Jeśli tak, to maksymalną

moc strat, jaka wydzieli się w tranzysto−

rze, można obliczyć w beznadziejnie

prosty sposób: ponieważ w najgorszych

warunkach moc strat tranzystora jest

równa mocy strat w rezystancji obciąże−

nia RL, a napięcie zasilania dzieli się na

dwie równe części, obliczamy

P (strat tranzystora) =P (obciążenia) = (Uzas/2)×I

Ponieważ I=(U zas /2)/R L

ostatecznie:

(

zas

tot

) 2

Pozwoli też obliczyć maksymalne na−

pięcie zasilania dla danej oporności obcią−

żenia i katalogowej mocy strat

U R P

zas

L tot

Jak się przekonałeś, nie trzeba być or−

łem w matematyce. Powyższe wzory też

powinieneś zapamiętać, albo zapisać sobie

na widocznym miejscu. Są to wzory doty−

czące największej mocy strat, jaka wydzie−

li się w tranzystorze przy napięciu zasilają−

cym Uzas i rezystancji obciążenia RL.

A może jeszcze zapytasz, jak te obli−

czenia mają się do krzywej reprezentują−

cej maksymalną moc strat tranzystora,

pokazanej na rysunku 45 oraz 46?

To ciekawe pytanie!

, gdzie

napięcie na tranzystorze może się płynnie

zmieniać od zera do pełnego napięcia za−

silania?

Obliczamy moc strat dla najgorszego

przypadku:

4 250

625

1000

T =

0 625

Ponieważ podczas pracy może wystą−

pić ten najgorszy przypadek, nasz przykła−

dowy tranzystor w podanych warunkach

będzie przeciążony. Ale czy mógłby praco−

wać w jakimś układzie przełączającym,

gdzie występują tylko dwa stany: zatkania

i nasycenia? Ponieważ w obu tych sta−

nach moc wydzielana w tranzystorze jest

równa lub bliska zeru, jest to możliwe.

Nie musimy obliczać mocy dla najgorsze−

go przypadku, bo ten przypadek w ukła−

dzie przełączającym nigdy nie występuje.

Wracając do rysunku 45 można powie−

dzieć, że aby nie przekroczyć dopuszczal−

nej mocy strat, musimy zmieścić się z na−

szą prostą obciążenia w bezpiecznym ob−

szarze pracy tranzystora. Kilka przykła−

dów znajdziesz na rysunku 49. Masz tu

Na tym rysunku niebieską linią naryso−

wałem zależność prądu kolektora od na−

pięcia U CE (czyli napięcia na tranzystorze),

przy czym prąd kolektora zaznaczyłem na

lewej skali. Jest to prosta reprezentująca

obciążenie R L . Czerwoną linią zaznaczy−

łem moc strat jaka będzie się wydzielać

w tranzystorze. Linia fioletowa pokazuje

jaka moc wydzieli się w rezystancji obcią−

żenia (uwaga! moc zaznaczona odnosi

się do skali zaznaczonej po prawej stro−

nie rysunku).

Zauważ: przy braku prądu bazy i prądu

kolektora, moc strat tranzystora jest rów−

na zeru, bo P=Uzas×0 . Na rysunku 48b

pokazuje to punkt A. To oczywiste, w sta−

zas

) =

strattranzystora

rys. 49

czyli:

zas

(

strattranzystora

)

Tak obliczona moc oczywiście nie mo−

że być większa, niż odczytana z katalogu

moc strat tranzystora Ptot.

Powyższy wzór po przekształceniu po−

zwoli obliczyć minimalną rezystancję ob−

ciążenia przy danym napięciu zasilającym

i katalogowej mocy strat:

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

Sprawdźmy razem, czy nasz przykła−

dowy tranzystor o charakterystykach z ry−

sunków 45 oraz 46 może pracować

w układzie z rysunku 48a przy napięciu

25V o rezystancji obciążenia 250

( )

(

Pierwsze kroki

proste obciążenia dla różnych napięć zasi−

lania i różnych rezystancji obciążenia.

Na rysunku 49 proste obciążenia poka−

załem na tle „liniowego” rysunku 45. Spró−

buj samodzielnie zaznaczyć podobne linie

na rysunkach 46 oraz 47. Czy będą to pros−

te? Sprawdź zaznaczając kilka punktów.

W rzeczywistym układzie tranzystor

będzie pracował przy napięciu zasilają−

cym U zas znacznie mniejszym, niż dopusz−

czalne napięcie U CE0 , a zastosowana re−

zystancja obciążenia w kolektorze ograni−

czy maksymalny prąd do wartości znacz−

nie mniejszej niż I Cmax . Jak już mówiłem,

zapas rzędu 50...100% jest tu jak najbar−

dziej na miejscu.

A teraz ćwiczenia. Wszystkie dotyczą

pracy liniowej.

rys. 51

Jeśli wydaje ci się, że już wiesz wszys−

tko na temat mocy strat tranzystora, to

muszę cię zmartwić. Gdyby nasze rozwa−

żania dotyczyły tylko tranzystorów małej

mocy, podane wiadomości od biedy by

wystarczyły. Ale w przypadku tranzysto−

rów większej mocy wchodzą w grę do−

datkowe czynniki. Podana w katalogu do−

puszczalna moc strat Ptot jest ściśle

związana z temperaturą struktury pół−

przewodnikowej i skutecznością odpro−

wadzania stamtąd ciepła. Tym ważnym

tematem zajmiemy się za miesiąc.

rys. 52

Powtórka

Każdy stosowany przez ciebie tranzys−

tor musi pracować w tak zwanym bez−

piecznym obszarze pracy.

Obszar ten jest ograniczony przez:

– maksymalne napięcie kolektora UCE0

– maksymalny prąd kolektora ICmax

– dopuszczalną moc strat Ptot

– zjawisko tak zwanego drugiego prze−

bicia.

Obszar bezpiecznej pracy zazwyczaj

podany jest w katalogu w postaci ry−

sunku.

W praktyce należy unikać pracy tran−

zystora przy napięciu, prądzie i mocy

zbliżonych do maksymalnych. Zastoso−

wanie tranzystora „większego i silniej−

szego” o 50...100% niż wymagane mi−

nimum jest korzystniejsze i pozwala

uniknąć długich obliczeń.

Ćwiczenie 1.

Tranzystor ma następujące parametry:

U CE0 =25V, I Cmax =300mA, P tot =100mW . Do−

rysuj na rysunku 50 krzywą reprezentują−

cą moc maksymalną 100mW.

Oblicz, jaka maksymalna moc wydzieli

się (w najgorszym przypadku) w tym tran−

zystorze w następujących warunkach:

1. Uzas = 10V, R L =1k

U CE0 =45V, I Cmax =500mA, P tot =300mW . Ob−

licz, w jakim zakresie napięć zasilających

nie będzie on przeciążony.

Ćwiczenie 4

Tranzystor T1 w układzie stabilizatora

z rysunku 53 ma następujące parametry:

U CE0 =50V, I Cmax =100mA, P tot =300mW

Ω

2. Uzas = 25V, R L = 390

rys. 53

Ω

4. Uzas = 25V, R L = 100

Ω

Zaznacz na rysunku 50 proste obciąże−

nia dla tych czterech przypadków. Czy

tranzystor może pracować w takich wa−

runkach?

Piotr Górecki

rys. 50

Oblicz, jaki prąd maksymalny może

płynąć przez ten tranzystor przy napięciu

wyjściowym stabilizatora równym 5V.

Przeprowadź obliczenia dla dwóch napięć

zasilających:

a) Uzas = 25V

b) Uzas = 7V

Konkurs

Wśród osób, które przez najbliższy

miesiąc (do czasu ukazania się następ−

nego numeru EdW) nadeślą prawidło−

we rozwiązania ćwiczeń 2 – 5, zostaną

rozlosowane nagrody – niespodzianki.

Ćwiczenie 5

Mając tranzystor o parametrach: U CE0 =45V,

I Cmax =500mA, P tot =300mW sprawdź, czy

może on pracować w układzie płynnej re−

gulacji jasności świecenia zespołu żół−

tych diod LED w układzie z rysunku 54.

Wykonaj proponowane ćwiczenia.

Odpowiedzi znajdziesz w następnym

odcinku.

Ćwiczenie 2

Mając tranzystor o parametrach jak w po−

przednim ćwiczeniu oblicz, jaka może być

minimalna rezystancja obciążenia w ukła−

dzie z rysunku 51.

A jaka moc wydzieli się w tej rezystan−

cji przy pełnym otwarciu (nasyceniu) tran−

zystora?

rys. 54

Ćwiczenie 3

W układzie z rysunku 52 chcemy za−

stosować tranzystor o parametrach:

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98

3. Uzas = 9V, R L =51

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: