Мощность, рассеиваемая на транзисторе

Важным параметром мощных транзисторов является максимальная мощность рассеивания РРАСС. Это та мощность, которая в транзисторе превращается в тепло:

РРАСС = UКЭIК + UБЭIБ ≈ UКЭIК . (5.10)

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 :

∆ tК-П = R К-ПּРРАСС ,

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 :

∆ tР-К = R Р-КּРРАСС ,

где RР-К – тепловое сопротивление между корпусом транзистора и радиатором охлаждения.

Радиатор охлаждения теплее окружающей среды на ∆ tС-Р :

∆ tС-Р = R С-РּРРАСС ,

где R С-Р – тепловое сопротивление между радиатором и окружающей средой.

Таким образом, pn-переход теплее окружающей среды на ∆ tС-П :

∆ tС-П = (R К-П + R Р-К + R С-Р)ּРРАСС = РДОП ּ∑ R t .

Отсюда: РДОП = (tС – tП ) / ∑ R t . (5.11)

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;

Мощность, рассеиваемая на транзисторе - student2.ru

· 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).

Мощность, рассеиваемая на транзисторе - student2.ru

· 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

На их основе

Наши рекомендации