Emitterfolgerregler mit Sziklai-Paar, Transistor erwärmt sich!

Sie haben eine Ladung, wo Sie wollen$3.3V_{DC}$und einem Compliance-Strom von bis zu$500mA$. Das Design ist geradlinig und bezieht seine Kraft aus a$12V_{DC}$liefern. Es ist mir nicht klar (weil ich es möglicherweise nicht gelesen habe oder aus anderen Gründen), ob dies eine Blei-Säure-Batterie ist, die in einem Auto oder einem Labornetzteil auf einer Bank betrieben wird. Sie haben einige Fragen bzgl$V_{BE}$als Funktion der Temperatur und deren Einfluss auf die Schaltung, die Sie in Betracht ziehen. Sie haben einen allzu heißen PNP BJT. Sie haben BJTs, keine MOSFETs. Sie verwenden derzeit einen Widerstandsteiler, um Ihre Ausgangsspannung einzustellen.

Lassen Sie mich zunächst laut über das Design nachdenken, das Sie bereits zeigen.$Q_2$wird den größten Teil des Stroms beziehen. Zum Glück ist es nicht gesättigt, da$V_{CE} > 1V$. Sie können also erwarten$\beta \ge 50$für den PNP und einen angemessenen Basisstrom. Leider ist es nicht gesättigt, mit$V_{CE} > 8V$, also zerstreut es sich wie verrückt - wahrscheinlich bei mehr als 4 W. Das ist wahrscheinlich mehr, als ein TO220-Gehäuse gut in die Luft bringen kann. Das ist also ein erkanntes Problem. Merken Sie sich das für später.$Q_1$liefert nur Basisstrom an$Q_2$. Das ist wahrscheinlich$I_{C_{Q1}} < 10mA$. Und zum Glück$Q_1$Auch ist der Betrieb nicht gesättigt, so dass Sie erneut damit rechnen können$\beta \ge 80$für den NPN und einen sehr vernünftigen Basisstrom ist das wahrscheinlich$I_{B_{Q_1}} \le 150\mu A$. Kein schlechter Laststrom, der von etwas abgezogen wird, das die Spannung einstellt (Widerstandsteiler). Dies spiegelt sich jedoch in Bezug auf die Steifigkeit Ihres Widerstandsteilers wider, wenn Sie beabsichtigen, ihn beizubehalten, und Sie müssen die Auswirkungen sorgfältig abwägen. (Sie könnten hier natürlich auch einen Zener in Betracht ziehen. Aber ich bleibe bei Ihrem Widerstandsteiler.)

Lassen Sie uns also ein Design entwerfen und Heizprobleme vorerst ignorieren. Du würdest so etwas tun:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Nun, es gibt eine grobe Idee. Sie können viel Leistung im PNP BJT sehen.

Jetzt müssen Sie nicht wirklich all diese Energie im PNP verbrennen. Sie können es woanders verteilen, wenn Sie möchten. Es muss irgendwo verbrannt werden. Aber Sie können einen Widerstand einfügen. Es stellt sich heraus, dass ein einfacher Platz im Kollektorbein der PNP (the$V_{CE_{Q_1}}$bleibt dann gleich.) Das PNP braucht nur ungefähr$2V \le V_{CE} \le 4V$um sowohl sich selbst als auch das NPN aus der Sättigung zu halten. Und ein TO220-Gehäuse kann wahrscheinlich 2 W an die Luft abgeben. Lassen Sie uns also die Differenz aufteilen und berechnen$V_{CE_{Q_2}} = 3V$, damit$Q_2$brennt nur etwa 1,5 W und schiebt den Rest in einen anderen Widerstand.

Der neue Schaltplan sieht so aus:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

$R_3$wird sich auflösen$3W$, schlimmsten Fall. (Die obige Schaltung ist eigentlich auf max$485mA$, aber ich dachte, Sie wären damit einverstanden, um dort einen Standardwiderstandswert zu erhalten.)$Q_2$, wie vorhergesagt, wird ungefähr sein$1.5W$.

Wenn der Strom, sagen wir,$250mA$, was passiert dann? Nun, der PNP BJT wird seinen Kollektor ausstrecken und einen anderen fallen lassen müssen$3V$, für insgesamt ca$6V$. Aber der Strom ist jetzt nur$250mA$, zu. Es wird sich also noch auflösen$1.5W$. Der Widerstand reduziert jedoch seine Verlustleistung.

In beiden Fällen können Sie mit einem kleinen NPN-Signal davonkommen. Sie müssen nur ein TO220-gepacktes PNP besorgen, und diese sind ziemlich billig und leicht zu bekommen.

Regulierung ist noch nicht so gut. Wir haben es schließlich zugelassen$200mV$Bereich für den Teiler in den Berechnungen. Sie könnten für den Widerstandsteiler noch steifer werden. Ein anderer Ansatz wäre jedoch die Verwendung eines Zeners. (Von einem angemessenen Wert.)

Woher habe ich den 4,025-V-Knotenwert für den Teiler? Nun, der NPN BJT ist ein kleines Signalgerät. Fest in meinem Kopf ist, dass sie haben$V_{BE} = 0.7V$wann$I_C = 4mA$. Also dachte ich$3.3V + V_{BE} = 3.3V + 700mV + 60mV\cdot log10(\frac{10mA}{4mA}) = 4.025V$und da kam die Nummer her.

R2 sollte ein 3V9-Zener oder eine Spannungsreferenz sein, da Ihre 12-V-Batterie nominell 12 V hat, aber es könnte 14,4 V während des Ladevorgangs oder 11,5 V im Stillstand sein, wenn die Verkabelung herunterhängt. Der vorgeschlagene Zener verbessert Ihre LINE-Regelung. Der Transistor wird immer heiß aufgrund von Verlustleistung. Diese Verlustleistung ist allen Linearreglern gemeinsam. Verwenden Sie einen grunzigeren PNP-Transistor wie einen BD140 auf einem Kühlkörper Mit einem Widerstand von beispielsweise 6R8 5W im Emitter des PNP-Transistors erhalten Sie einen Kurzschlussschutz, der das System idiotensicherer macht.

Das Datenblatt des 2N3906 besagt, dass der maximale Ic-Strom -200 mA beträgt. Warum erwärmt er sich also bei 40? und ich brauche auch mehr als das Doppelte davon, um den WLAN-Chip zu betreiben.

Kurze Antwort:

Die Erwärmung ist auf die vom Transistor abgegebene Leistung zurückzuführen, die das Produkt aus der Spannung über und dem Strom durch ist:

Das ist nicht unerheblich. Darüber hinaus beträgt die maximale Verlustleistung gemäß dem Datenblatt 2N3906$625\mathrm{mW}$

und so, Sie haben mehr als die Hälfte erreicht$40\mathrm{mA}$.