Bezpieczny+obszar+pracy 2c+pr c4 ...

[ Pobierz całość w formacie 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.
26
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
I
U
R
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:
I
V
M
12
A
(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
= ×
2
Ponieważ
I=U/R,
po podstawieniu:
U
R
2
A teraz obliczmy wspólnie, jaka moc
wydzieli się w układach z rysunku 44
w tranzystorze, a jaka w obciążeniu.
P
I
U
R
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
I
10
200
V
50
A
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
27
R
12
1
R
 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
28
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:
R
(
U
zas
tot
)
2
L
4
P
a)
Pozwoli też obliczyć maksymalne na−
pięcie zasilania dla danej oporności obcią−
żenia i katalogowej mocy strat
U R P
zas
4
L tot
b)
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:
c)
25
4 250
V
2
625
1000
T
=
0 625
W
d)
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−
U
zas
2
2
P
)
=
strattranzystora
R
L
rys. 49
czyli:
U
2
zas
2
P
(
strattranzystora
)
4
R
L
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
29
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
( )
P
,
(
 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:
30
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 6/98
3. Uzas = 9V, R
L
=51
[ Pobierz całość w formacie PDF ]