晶体管的耗散功率

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晶体管的耗散功率

• 简介
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晶体管耗散功率也称集电极最大允许耗散功率PCM，是指晶体管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C，锗管的结温允许值为85°C左右。要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去.晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。

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- s$ Z# h  M) a0 M4 h2分类/耗散功率
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通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。

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4 {( g* G; Q5 ^, k5 j' q3原理/耗散功率编辑

如果给晶体管发射结施加正向偏压，给集电结施加反向偏压，使晶体管正常工作，那么电源在晶体管总的耗散功率为：.实际使用时，集电极允许耗散功率和散热条件与工作环境温度有关,增加散热片或增加风冷却,可提高PCM。所以在使用中应特别注意值IC不能过大，散热条件要好。

耗散功率和晶体管的热阻有很大的关系.而晶体管的热阻是表征晶体管散热能力的一个基本参量,该参量对于大功率晶体管的设计,制造和使用尤为重要.所谓热阻就是单位耗散功率引起结温升高的度数，其单位为℃/W。可由下面的公式表示:

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由热传导的途径，可以把一般晶体管的热阻分为两部分，即：
- L/ B; d+ [0 w& H& A其中的是热流由管子底座向周围空气或其他介质散热的热阻，是热流由集电结至晶体管底座的热阻。热阻和晶体管的封装有很大的关系。

集成电路的热阻和晶体管的热阻大至相同.集成电路(IC)的散热主要有两个方向，一个是由封装上表面传到空气中，另一个则是由IC向下传到PCB板上，再由板传到空气中。当IC以自然对流方式传热时，向上传的部分很小，而向下传到板子则占了大部分，以导线脚或是以球连接于板上的方式，其详细的散热模式不尽相同。
( g! w! D) b0 g# L0 D2 o封装热阻的改善手段主要可透过结构设计、材料性质改变以及外加散热增进装置三种方式.其中影响最大的加装散热器,但这会增加制造成本和复杂性[1]。

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4设计计算/耗散功率编辑编辑
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双极型晶体管

BJT的总耗散功率为Pc=IeVbe+IcVcb+Icrcs≈IcVcb），并且Pc关系到输出的最大交流功率Po：Po=(供给晶体管的直流功率Pd)–(晶体管耗散的功率Pc)=[η/(1–η)]Pc∝Pc，即输出交流功率与晶体管的耗散功率成正比（η=Po/Pd是转换效率）。晶体管功率的耗散(消耗)即发热，如果此热量不能及时散发掉,则将使集电结的结温Tj升高,这就限制了输出功率的提高；最高结温Tjm（一般定为175oC）时所对应的耗散功率即为最大耗散功率Pcm。为了提高Po，就要求提高Pc,但Pc的提高又受到结温的限制，为使结温不超过Tjm，就需要减小晶体管的热阻Rt；最大耗散功率Pcm∝1/Rt。最高结温Tjm时所对应的最大耗散功率为(Pcms≥Pcm)：稳态时，Pcm=(Tjm–Ta)/Rt；瞬态时，Pcms=(Tjm–Ta)/Rts。

提高PCM的措施，主要是降低热阻RT和降低环境温度Ta；同时，晶体管在脉冲和高频工作时,PC增大,安全工作区扩大，则最大耗散功率增大，输出功率也相应提高。

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MOSFET

其最大输出功率也要受到器件散热能力的限制：Pcm=(Tjm–Ta)/Rt，MOSFET的最高结温Tjm仍然定为175oC,发热中心是在漏结附近的沟道表面处,则Rt主要是芯片的热阻(热阻需要采用计算传输线特征阻抗的方法来求出)。

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9 A- h$ U& y/ }2 x% M0 S- S( [5三极管的耗散功率编辑
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三极管耗散功率也称集[2]电极最大允许耗散功率PCM，是指三极管参数变化不超过规定允许值时的最大集电极耗散功率。耗散功率与晶体管的最高允许结温和集电极最大电流有密切关系。硅管的结温允许值大约为150°C，锗管的结温允许值为85°C左右。

要保证管子结温不超过允许值,就必须将产生的热散发出去.晶体管在使用时，其实际功耗不允许超过PCM值，否则会造成晶体管因过载而损坏。

通常将耗散功率PCM小于1W的晶体管称为小功率晶体管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶体管被称为中功率晶体管，将PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。

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                    参考资料：        
                            1.                                                    

                                黄泽荣, 彭建春 肖文娴,等. 基于耗散功率转归分量的网损微增率新算法. 电力系统及其自动化学报                                                  

               
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                                                                    三极管的耗散功率                                                            

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