Hallo,
ich bin gerade dabei einen kleinen diskreten 10MHz Versärker aufzubauen.
Mein Problem ist nun die Wahl des Transistors der Ausgangsstufe
(Kollektorschaltung).
Im Betrieb treten am Transistor folgende Werte auf:
V_ce,max 8V
I_c,max 160mA
W_max 517mA
W_avg 340mA
(bei einer maximalen Arbeitsfrequenz von 10MHz)
Nun zur eigentlichen Frage:
In den Datenblättern der Transistoren ist ja bekanntermaßen die Leistung
P_tot angegeben. Um welchen Faktor sollte in der Praxis die tatsächlich
auftretende Leistung niedriger als dieser Wert sein
(Standard-Kleinsignaltransitoren im TO 92 Gehäuse)?
PS: Im Artikel
https://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#Analog sind
für die gängisten Transitoren sinnvolle Stromwerte angegeben (Warum?).
Muss man in der Praxis nicht viel mehr auf die im Transistor auftretende
Leistung achten?
lg
Micheal
Max Mustermann schrieb:> Im Betrieb treten am Transistor folgende Werte auf:> V_ce,max 8V> I_c,max 160mA
Kling nach 50R.
> W_max 517mA> W_avg 340mA
Hää?
> In den Datenblättern der Transistoren ist ja bekanntermaßen die Leistung> P_tot angegeben.
Ja, unter ganz bestimmten Bedingungen und nicht einfach so.
> Um welchen Faktor sollte in der Praxis die tatsächlich> auftretende Leistung niedriger als dieser Wert sein> (Standard-Kleinsignaltransitoren im TO 92 Gehäuse)?
Hängt von den Betriebsbedingungen bei dir (Derating) und der gewünschten
Lebensdauer ab.
ArnoR schrieb:>> W_max 517mA>> W_avg 340mA>> Hää?
Oh verdammt. Ich meinte P_max = 517mW (Spitzenleistung) und P_avg =
340mW (Leistungs-Mittelwert).
ArnoR schrieb:> Hängt von den Betriebsbedingungen bei dir (Derating) und der gewünschten> Lebensdauer ab.
Die Lebensdauer ist nicht so kritisch, da der Verstärker nicht dauernd
im Betrieb ist.
Kann man die üblichen Standard-Transistoren unter diesen Bedingungen
noch einsetzen. Zum Beispiel haben BC337 und BC639 einen Wert von P_tot
= 625mW angegeben. Ich gehe mal davon aus, dass bei 10MHz der
Leistungsmittelwert ausschlaggebend ist. Das entspräche einem Verhältnis
von P_tot / P_avg = 1,8.
Kann man mit diesen Werten einen Versuch mit einem BC337 wagen oder ist
davon auszugehen, dass der Transistor ohnehin gleich stirbt?
P_tot heisst: Dann ist er tot.
Man tut wirklich gut daran nicht mal die Hälfte real umzusetzen.
340mW in TO92 wird schon warm, geht aber noch.
Wenn die 517mW nur so kurz sind daß die thermische Trägheit überwiegt,
geht das auch.
Sind die 517mW aber lange genug um das Plastik aufzuwärmen, würde ich
das lassen.
MaWin schrieb:> P_tot heisst: Dann ist er tot.
Kann man sagen, dass dann die maximale Betriebstemperatur vom Silizium
(~125°C) erreicht wird, oder besteht damit kein zusammenhang?
> Man tut wirklich gut daran nicht mal die Hälfte real umzusetzen.>> 340mW in TO92 wird schon warm, geht aber noch.>> Wenn die 517mW nur so kurz sind daß die thermische Trägheit überwiegt,> geht das auch.>> Sind die 517mW aber lange genug um das Plastik aufzuwärmen, würde ich> das lassen.
Rein theoretisch pulsiert die Leistung dann ja mit den 10MHz bzw. 20MHz.
Ich vermute mal dass die genannte thermische Trägheit bei dieser
Frequenz schon überwiegt.
Max Mustermann schrieb:>> P_tot heisst: Dann ist er tot.>> Kann man sagen, dass dann die maximale Betriebstemperatur vom Silizium> (~125°C) erreicht wird, oder besteht damit kein zusammenhang?
Natürlich geht es um die Sperrschicht-Temperatur. In deinem Fall aber
150°C, Ta=25°C + 0,625W*200K/W = 150°C. Und je heißer, desto schneller
die Alterung und desto geringer die Zuverlässigkeit.
> Rein theoretisch pulsiert die Leistung dann ja mit den 10MHz bzw. 20MHz.> Ich vermute mal dass die genannte thermische Trägheit bei dieser> Frequenz schon überwiegt.
Ja.
Über 600mW verträgt so ein kleiner mit Kunststoffgehäuse nicht. Ich hab
was mit meistens 300mW in Erinnerung. Die Angaben sind oft
gekühlt/ungekühlt.
Überhaupt ist das Datenblatt ausschlaggebend.
Die mit Metallgehäuse vertragen allgemein mehr und lassen sich besser
kühlen.
Die Umgebungstemperatur, und ich würde sagen, die elektrische
Belastung(Spannung) spielt auch eine Rolle.
Kurzzeitig, also sehr kurze Impulse, können wesentlich größere
Leistungen vertragen werden. Da geht es dann um die erreichte
Substrattemperatur und Stromverträglichkeit der Bonds.
Nimm einen mit etwas mehr als ausreichender Leistung, doppelte Leistung
ist bei den kleinen auch kein Problem und sicherer, und kühl den gut. Im
Datenblatt stehen meist auch die Sachen drin, welche die zulässige
Verlustleistung(Ptot) verringern.
Bei Leistungstransistoren kann es sein, das man Berechnungen mit
Wärmeleitfähigkeiten durchführen muss.
MfG
Max Mustermann schrieb:> )>> Nun zur eigentlichen Frage:> In den Datenblättern der Transistoren ist ja bekanntermaßen die Leistung> P_tot angegeben. Um welchen Faktor sollte in der Praxis die tatsächlich> auftretende Leistung niedriger als dieser Wert sein> (Standard-Kleinsignaltransitoren im TO 92 Gehäuse)?
Da muss man messen und rechnen.
kurze Anschlussbeine und große Kupferflächen auf der Platine können
helfen. Viel freier Platz auf der Platine und gute Belüftung kann auch
helfen.
Bei Transistoren mit Kunststoffgehäuse gilt: wenn sie unangenehm heiß
werden, ist die Leistung definitiv viel zu hoch.
Bei normaler Nutzung sollte man maximal 25% der im Datenblatt
angegebenen Verlustleistung nutzen. Bei Impulsbelastung die
Wärmekapazität berücksichtigen.
Kleintransistoren mit Metallgehäuse und Kühlfähnchen sind nicht so
teuer, dass man sie bei Kleinstserien nicht verwenden könnte.
Max Mustermann schrieb:> Kann man mit diesen Werten einen Versuch mit einem BC337 wagen oder ist> davon auszugehen, dass der Transistor ohnehin gleich stirbt?
nicht sofort sterben, aber besonders Zuverlässig wird es vermutlich
nicht werden. Mit einem vorteilhaften Platinendesign (große
Kupferflächen auf der Platine, kurze Anschlussbeinchen, gut belüftetes
Behäuse...) sollte es aber funktionieren.
Dann werde ich mich wohl nach einem anderen Transistor umschauen müssen.
Konnte jetzt auf die Schnelle keinen heraussuchen. Es ist gar nicht so
einfach einen passenden Transistor mit den anforderungen P_tot > 1W und
f_t >100MHz zu finden.
vielen Dank
Max Mustermann schrieb:> Dann werde ich mich wohl nach einem anderen Transistor umschauen müssen.> Konnte jetzt auf die Schnelle keinen heraussuchen. Es ist gar nicht so> einfach einen passenden Transistor mit den anforderungen P_tot > 1W und> f_t >100MHz zu finden.2N2219A im gut kühlbaren TO-Gehäuse.
MaWin schrieb:> P_tot heisst: Dann ist er tot.
nein, man kann bei sehr vorteilhaften Umgebungsbedingungen sogar über
P_tot hinaus gehen ohne ein Bauteil zu überlasten, wirtschaftlich ist es
aber meist nicht.
Eine Sperrschichttemperatur von 10°C bei Volllast zu erreichen ist zwar
möglich, ökonomisch vertretbar ist es aber höchstens bei arktischem
Winterwetter. In der Praxis geht man eher auf 50-100°C
Sperrschichttemperatur und muss bei der Verlustleistung das Derateing
berücksichtigen.
Max Mustermann schrieb:> ich bin gerade dabei einen kleinen diskreten> 10MHz Versärker aufzubauen. Mein Problem ist nun die> Wahl des Transistors der Ausgangsstufe> (Kollektorschaltung).
Man kann ggf. mehrere Transistoren parallelschalten
(Ausgleichswiderstände nicht vergessen).
Für 10 MHz findet man auch in TO126 noch was.
> Nun zur eigentlichen Frage:> In den Datenblättern der Transistoren ist ja bekanntermaßen> die Leistung P_tot angegeben.
Ja.
> Um welchen Faktor sollte in der Praxis die tatsächlich> auftretende Leistung niedriger als dieser Wert sein> (Standard-Kleinsignaltransitoren im TO 92 Gehäuse)?
Die totale Verlustleistung Ptot bezieht sich i.d.R. auf
bestimmte Kühlbedingungen (--> Wärmewiderstand) und eine
bestimmte zulässige Sperrschicht-Temperatur.
Rein theoretisch darfst Du diese Werte voll ausschöpfen.
In der Praxis bemühe ich mich, die Sperrschicht nicht
heißer als ungefähr 100°C werden zu lassen. Das bedeutet,
bei einem Drittel bis der Hälfte von P_tot_zulässig zu
bleiben.
> https://www.mikrocontroller.net/articles/Standardbauelemente#Analog> sind für die gängisten Transitoren sinnvolle Stromwerte> angegeben (Warum?).
Warum nicht?
Der Strom ist genauso ein Grenzwert wie die Verlustleistung;
bei der häufigsten Anwendung - nämlich als Schalter - ist
der Strom primäres Auswahlkriterium.
> Muss man in der Praxis nicht viel mehr auf die im Transistor> auftretende Leistung achten?
Nein - man muss natürlich beides respektieren, Strom UND
Verlustleistung.
Bei Schaltanwendungen wird man häufig durch Ic_max limitiert,
bei linearen Verstärkeranwendungen jedoch durch Pv_max.
Matthias K. schrieb:> Über 600mW verträgt so ein kleiner mit Kunststoffgehäuse> nicht.
TO92 wird häufig mit 625 mW angegeben; allerdings bei
Sperrschicht-Temperatur 150°C, Umgebungstemperatur 25°C,
Wärmewiderstand 200 K/W.
Wenn man mit Umgebungstemperatur 50°C und maximaler
Sperrschicht-Temperatur von 100°C rechnet, bleiben
nur noch 250 mW übrig.
ArnoR schrieb:> Max Mustermann schrieb:>> Dann werde ich mich wohl nach einem anderen Transistor umschauen müssen.>> Konnte jetzt auf die Schnelle keinen heraussuchen. Es ist gar nicht so>> einfach einen passenden Transistor mit den anforderungen P_tot > 1W und>> f_t >100MHz zu finden.>> 2N2219A im gut kühlbaren TO-Gehäuse.
Auch hier: Kühlung nicht vergessen.
Bei 25° Umgebungstemperatur und 0,8W Verlutleistung hat man eine
Sperrschichttemperatur von 177°C Das Datenblatt lässt 200°C
Sperrschichttemperatur zu, die Zuverlässigkeit verbessert man auf diesem
Wege jedoch nicht...
Wer auf Zuverlässigkeit wert legt, der sollte noch einen Kühlstern
aufstecken. Die paar Cent lohnen sich.
Schreiber schrieb:>> 2N2219A im gut kühlbaren TO-Gehäuse.>> Auch hier: Kühlung nicht vergessen.
Oh man, was glaubst du wohl hab ich mit "gut kühlbaren TO-Gehäuse"
gemeint? Natürlich die bekannten Kühlsterne bzw. Klemmkühlkörper.
