Регулятор эмиттерного повторителя с коммутационной парой, нагрев транзистора!

У вас есть груз, где вы хотите$3.3V_{DC}$и ток соответствия до$500mA$. Конструкция является линейной и питается от$12V_{DC}$поставлять. Мне непонятно (потому что я мог пропустить это, или по другим причинам), если это свинцово-кислотный аккумулятор, работающий в автомобиле, или лабораторный блок питания на стенде. У вас есть вопросы о$V_{BE}$в зависимости от температуры и ее влияния на рассматриваемую вами схему. У вас слишком горячий PNP BJT. У вас есть BJT, нет MOSFET. В настоящее время вы используете резисторный делитель для установки выходного напряжения.

Позвольте мне начать с того, что я просто подумаю вслух о дизайне, который вы уже показали.$Q_2$будет источником большей части тока. К счастью, он не работает в режиме насыщения, так как$V_{CE} > 1V$. Таким образом, вы можете ожидать$\beta \ge 50$для PNP и разумного базового тока. К сожалению, он не работает насыщенно, с$V_{CE} > 8V$, поэтому он рассеивается как сумасшедший - вероятно, более 4 Вт. Это, вероятно, больше, чем у пакета TO220 в воздухе. Итак, проблема выявлена. Запомните это на потом.$Q_1$просто обеспечивает базовый ток для$Q_2$. Это, вероятно, будет$I_{C_{Q1}} < 10mA$. И, к счастью,$Q_1$также не работает в режиме насыщения, поэтому снова можно ожидать$\beta \ge 80$для NPN и очень разумный базовый ток, который, вероятно,$I_{B_{Q_1}} \le 150\mu A$. Неплохой ток нагрузки, отбираемый от чего-то, задающего напряжение (резисторного делителя). Но это действительно отражается на вашем резисторном делителе, если вы намереваетесь сохранить его, с точки зрения жесткости , и вам необходимо тщательно рассмотреть последствия. (Конечно, вы также можете рассмотреть здесь стабилитрон. Но я буду придерживаться вашего резистивного делителя.)

Итак, давайте набросаем схему и пока проигнорируем проблемы с нагревом. Вы бы сделали что-то вроде этого:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Ну, есть грубая идея. Вы можете увидеть большую мощность в PNP BJT.

Теперь вам на самом деле не нужно сжигать всю эту мощность в PNP. Вы можете распространять его в другом месте, если хотите. Его нужно где-то сжечь. Но можно поставить резистор. Оказывается, легкое место было бы в коллекторной ветви ПНП (т.$V_{CE_{Q_1}}$тогда остается прежним.) Этому PNP нужно всего около$2V \le V_{CE} \le 4V$чтобы не допустить насыщения как самого себя, так и NPN. А корпус TO220, вероятно, может рассеивать 2 Вт в воздухе. Итак, давайте разделим разницу и вычислим$V_{CE_{Q_2}} = 3V$, так что$Q_2$сжигает только 1,5 Вт или около того, а остальное засунуть в какой-то другой резистор.

Новая схема выглядит так:

^{смоделируйте эту схему}

$R_3$рассеется о$3W$, худший случай. (Вышеуказанная схема действительно рассчитана на максимальное$485mA$, но я подумал, что вас это устроит, чтобы получить стандартное значение резистора.)$Q_2$как и предполагалось, будет около$1.5W$.

Если ток, скажем,$250mA$, то что происходит? Ну а PNP BJT вытянет свой коллектор и придется сбрасывать другой$3V$, всего около$6V$. Но ток теперь только$250mA$, слишком. Так что все равно рассеется о$1.5W$. Однако резистор уменьшит его рассеяние.

В любом случае вы можете обойтись маломощным сигналом NPN. Вам просто нужно получить упакованный PNP TO220, и это довольно дешево и легко получить.

Регулирование все еще не так уж хорошо. Ведь мы позволили$200mV$диапазон для делителя в расчетах. Вы могли бы пойти еще жестче для резистивного делителя. Но другим подходом было бы использование стабилитрона. (Соответствующего значения.)

Откуда я взял значение узла 4,025 В для делителя?? Ну, NPN BJT - это небольшое сигнальное устройство. У меня в голове засело, что у них есть$V_{BE} = 0.7V$когда$I_C = 4mA$. Так что я понял$3.3V + V_{BE} = 3.3V + 700mV + 60mV\cdot log10(\frac{10mA}{4mA}) = 4.025V$и вот откуда взялась цифра.

R2 должен быть стабилитроном 3V9 или опорным напряжением, потому что ваша 12-вольтовая батарея номинально 12 В, но она может быть, скажем, 14,4 В во время зарядки или, скажем, 11,5 В в стационарном режиме, если проводка провисла. горячий из-за рассеивания мощности. Это рассеивание мощности характерно для всех линейных регуляторов. Используйте более грубый PNP-транзистор, такой как BD140, на радиаторе. Если ваш перегревающийся транзистор выйдет из строя, он, вероятно, выйдет из строя. Резистор, скажем, 6R8 5 Вт в эмиттере транзистора PNP, вы получите некоторую защиту от короткого замыкания, что сделает систему более защищенной от идиотов.

В даташите на 2N3906 написано, что максимальный ток Ic равен -200мА, так почему он греется при 40? а также мне нужно больше, чем в два раза, чтобы управлять чипом Wi-Fi.

Короткий ответ:

Нагрев происходит из-за мощности, рассеиваемой транзистором, которая является произведением напряжения и тока через:

Это немаловажно. Далее, согласно техпаспорту 2N3906, максимальное рассеивание составляет$625\mathrm{mW}$

и так, вы на полпути к$40\mathrm{mA}$.