Меню

Рассеиваемая мощность при рабочем напряжении



Какая мощность рассеивается на полупроводнике в виде тепла?

Диод, светодиод, транзистор, микросхема: Вычисление значений рассеиваемой
тепловой мощности с последующим расчётом площади радиатора.

Простая, казалось бы, задача, связанная с расчётом мощности, выделяемой полупроводником в виде тепла, для некоторых на поверку может оказаться и не так уж и очевидной, как это виделось с первого взгляда.
Конечно, мозг опытного и высокоразвитого радиолюбителя возмутится подобной постановке вопроса, ибо совершит подобное незамысловатое действие до того, как его владелец доберётся до середины статьи. Однако, базируясь на немалом количестве писем в мой адрес по данной тематике, а также, для того, чтобы тупо избежать ряда неясностей и ошибок при оценке выделяемого тепла — всё ж таки подниму данную тему и продолжу:

1. Тепловая мощность, выделяемая (рассеиваемая) на диоде.

Тут всё просто как ситцевые трусы! В соответствии с основными законами электротехники тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна Pt = Uд × Iд , где Uд — напряжение на выводах диода, возникающее при прохождении через него прямого рабочего тока, а Iд — это сам рабочий ток диода.
Принято считать, что величина падения напряжения на диоде составляет 0,6…0,8 В для кремниевых диодов и 0,3…0,4 В — для германиевых и диодов Шоттки. Однако, если внимательно посмотреть справочные характеристики выпрямительных диодов (а, как правило, именно они работают при существенных токах), то окажется, что при токах, близких к максимальным, падение напряжения на кремниевых диодах составляет 1…1,1 В, а на диодах Шоттки — 0,5. 0,6 В. Значения падений напряжений на светодиодах имеют довольно большой разброс (в зависимости от цвета) и составляют величины 1,5. 3 В. Именно эти значения и следует подставлять в формулу для расчёта выделяемой диодами тепловой мощности.

2. Тепловая мощность, выделяемая на выпрямительных мостах.

Тут всё рассчитывается точно так же, как и в предыдущем случае с диодами — Pt = Uпр × Iнагр , только в качестве Uпр подставляем значение падения прямого напряжения на мосте, а в качестве Iнагр — максимальный ток, протекающий через нагрузку.
Поскольку в диодных мостах используются силовые диоды с малым падением прямого напряжения, то параметр Uпр обычно составляет величину 1. 1,1 В (справочная характеристика).

Читайте также:  Уаз патриот мощность 128

3. Тепловая мощность, выделяемая на линейных стабилизаторах.

Данный тип стабилизаторов может быть выполнен как на дискретных элементах (когда основную часть тепла выделяет регулирующий транзистор), так и в виде интегральной микросхемы — в этом случае тепло рассеивается на всём корпусе элемента. Тепловая мощность, выделяемая транзистором или ИМС, равна Pt ≈ (Uвх — Uвых) × Iнагр

4. Тепловая мощность, выделяемая на импульсных (ключевых) стабилизаторах.

В импульсных стабилизаторах напряжения регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть периодически открывается и закрывается, а поэтому по сравнению с линейным стабилизатором имеет значительно меньшие потери энергии на нагрев, а потому и более высокий показатель КПД. В данном случае тепловая мощность, выделяемая полупроводником, равна Pt ≈ Uоткр × Iнагр , где Uоткр — падение напряжения на полностью открытом управляющем ключевом элементе (Uкэ нас — для биполярного транзистора или Iнагр × Rоткр — для полевого).
Современные силовые полевые транзисторы за счёт очень низких величин сопротивлений сток-исток открытого канала (Rоткр) являются предпочтительными для использования в ключевых схемах. Значение Uоткр для них, как правило, не превышает величины 1В даже при очень высоких токах нагрузки.

5. Тепловая мощность, выделяемая выходными каскадами транзисторных усилителей.

Этот пункт имеет массу нюансов и вызывает максимальное количество вопросов. Связано это, прежде всего, с многообразием классов режимов работы транзисторов в выходных каскадах усилителей. Все эти режимы мы подробно рассмотрели на странице (ссылка на страницу).
Самым простым методом, позволяющим определить примерную величину тепловой мощности, выделяемой выходным каскадом, является примитивное перемножение величины максимальной выходной мощности, отдаваемой в нагрузку, и значения КПД выходного каскада.
Для этого нам, естественным образом, надо понимать в каком классе у нас работает выходной каскад. Итак, вспоминаем.
1. Класс А однотактный: КПД — около 30%,
2. Класс А двухтактный: КПД 40. 45%,
3. Класс АВ двухтактный: КПД 60. 75% (зависит от тока покоя транзисторов и выходной мощности),
4. Класс В двухтактный: КПД — около 80%,
5. Класс С двухтактный: КПД 80. 90%,
3. Класс D: КПД 90. 95%.

Читайте также:  Усилитель мощности с band

Ну вот, а теперь можно подставить значения в формулу для расчёта выделяемой тепловой мощности:
Pt ≈ Pвых × (100 — КПД) / КПД и далее со спокойной совестью переходить на следующую страницу для расчёта площади радиатора.

Источник

Мощность резистора

Как рассчитать мощность резистора?

Мощность рассеивания резистораМощность рассеивания резистора

У резистора есть довольно важный параметр, который целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Этот параметр называется мощностью рассеивания. Он уже упоминался в статье о параметрах резистора.

Сама по себе мощность постоянного тока рассчитывается по простой формуле:

Формула мощности постоянного тока

Как видим, мощность зависит от напряжения и тока. В реальной цепи через резистор протекает определённый ток. Поскольку резистор обладает сопротивлением, то под действием протекающего тока резистор нагревается. На нём выделяется какое-то количество тепла. Это и есть та мощность, которая рассеивается на резисторе.

Если в схему установить резистор меньшей мощности рассеивания, чем требуется, то резистор будет нагреваться и в результате сгорит. Поэтому, если в схеме нужно заменить резистор мощностью 0,5 Ватт, то ставим на 0,5 Ватт и более. Но никак не меньше !

Каждый резистор рассчитан на свою мощность. Стандартный ряд мощностей рассеивания резисторов состоит из значений:

  • 0,125 Вт
  • 0,25 Вт
  • 0,5 Вт
  • 1 Вт
  • 2 Вт
  • Более 2 Вт.

Чем больше резистор по размерам, тем, как правило, на большую мощность рассеивания он рассчитан.

Резисторы разной мощности

Допустим, у нас есть резистор с номинальным сопротивлением 100 Ом. Через него течёт ток 0,1 Ампер. На какую мощность должен быть рассчитан этот резистор?

Тут нам потребуется формула. Выглядит она так:

Формула: Сопротивление - Мощность

R(Ом) – сопротивление цепи (в данном случае резистора);

I(А) – ток, протекающий через резистор.

Все расчёты следует производить, строго соблюдая размерность. Так, если сопротивление резистора не 100 Ом, а 1 кОм, то в формулу нужно подставить значение в Омах, т.е. 1000 Ом (1 кОм = 1000 Ом). Тоже правило касается и других величин (тока, напряжения).

Рассчитаем мощность для нашего резистора:

Расчёт мощности резистора

Мы получили мощность 1 Ватт. Теперь небольшое отступление.

В реальную схему необходимо устанавливать резистор с мощностью в полтора – два раза выше рассчитанной.

Поэтому нам подойдёт резистор мощностью 2 Вт (см. стандартный ряд мощностей резисторов).

Читайте также:  Как проверить мощность дома

Также есть и другая формула для расчёта мощности. Она применяется в том случае, если неизвестен ток, который протекает через резистор.

Формула расчёта мощности через напряжение и сопротивление

Всё бы хорошо, но в жизни бывают случаи, когда применяется последовательное или параллельное соединение резисторов. Как рассчитать мощность рассеивания для каждого из резисторов в последовательной или параллельной цепи?

Допустим, нам требуется заменить резистор сопротивлением 100 Ом. Протекающий через него ток равен 0,1 Ампер. Следовательно, мощность этого резистора 1 Ватт.

Для его замены можно применить два соединённых последовательно резистора сопротивлением 20 Ом и 80 Ом. На какую мощность должны быть рассчитаны эти резисторы?

Для последовательной цепи действует одно правило. Через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же ток. Теперь применим формулу для расчёта мощности и получим, что мощность рассеивания резистора на 20 Ом должна быть равна 0,2 Вт, а резистора на 80 Ом — 0,8 Вт. Выбираем резисторы согласно стандартному ряду мощностей:

Как видим, если сопротивления резисторов будут разные, то и мощность на них будет выделяться разная.

Мощность, рассеивающаяся на резисторе, зависит в первую очередь от тока, который течёт через данный резистор. А ток зависит от сопротивления резистора. Поэтому, если вы соединяете последовательно резисторы разных номиналов, то и рассеивающаяся мощность распределиться между ними.

Это обстоятельство необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электронных самоделок иначе при неправильном подборе резисторов может получиться так, что на одном резисторе выделиться больше мощности, чем на другом, и он будет работать в тяжёлом температурном режиме.

Чтобы не ломать голову и не рассчитывать мощность каждого в отдельности резистора, можно поступать так:

Мощность каждого резистора, входящего в составляемую нами цепь (параллельную или последовательную) должна быть равна мощности заменяемого резистора. Иными словами, если нам надо заменить резистор, мощностью 1 Вт, то каждый из резисторов для его замены должен иметь мощность не менее 1 Ватта. На практике это самое быстрое и эффективное решение.

Для параллельного соединения резисторов нужно учитывать, что через резистор с меньшим сопротивлением протекает больший ток. Следовательно, и мощности на нём будет рассеиваться больше.

Источник