¿Cuánta disipación de potencia en un transistor es menor cuando hay una señal presente?

Para el BJT en la configuración de Common-Emitter, la disipación de energía en el BJT es siempre igual a:

$$ P_D = I_C * V_ {CE} + I_B * V_ {V_ {BE}} \ approx I_C * V_ {CE} $$

En Saturación cuando el BJT está completamente ENCENDIDO, \ $ V_ {CE} \ $ alcanza el valor más bajo y la corriente del colector alcanza el valor máximo. Pero en general la disipación de poder es pequeña. Tenemos la misma situación cuando BJT se acerca al límite. Por lo tanto, la disipación de potencia máxima debe estar en algún lugar entre la saturación y la región de corte en la región activa.

Examinemos este circuito:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Y vamos a trazar Ic vs Vce y la disipación de potencia en el BJT

Como puede ver, el peor escenario es cuando:

\ $ V_ {CE} = \ frac {Vcc} {2} \ $ y \ $ I_C = \ frac {I_ {Cmax}} {2} \ $

Donde \ $ I_ {Cmax} = \ frac {Vcc} {R_L} \ $

Así que finalmente podemos encontrar:

$$ P_ {Dmax} = \ frac {Vcc} {2} * \ frac {\ frac {Vcc} {2}} {R_L} = \ frac {Vcc ^ 2} {4R_L} = \ frac {20V ^ 2} {4 * 500 \ Omega} = \ frac {400} {2000} = 0.2W $$

Desde la perspectiva de un amplificador simple y teórico de clase A, la potencia que se toma de la fuente de alimentación es la tensión x la corriente. Si la corriente es un valor de CC con una onda sinusoidal superpuesta en la parte superior (que representa la corriente entregada a una carga), siempre que la tensión de alimentación permanezca constante, la potencia promedio en el amplificador permanece sin cambios en el caso de CC inactiva.

Matemáticamente se puede dividir en: -

Potencia = promedio [(tensión de CC x corriente de CC) + (tensión de CC x corriente de CA)]

El promedio del segundo término es, por supuesto, cero.

Suponga que el punto de operación inactivo es \ $ \ pequeño (V_ {CEQ}, \: I_ {CQ}) \ $, por lo que la potencia inactiva disipada por el transistor es \ $ \ small P_Q = V_ {CEQ} I_ {CQ} \ $

Ahora, deje que la línea de carga sea de pendiente, \ $ \ small - \ frac {1} {R} \ $, y suponga que la señal de entrada a la base es una onda cuadrada que causa \ $ \ small V_ {CE} \ $ para variar entre \ $ \ small (V_ {CEQ} - \ Delta) \ $, y \ $ \ small (V_ {CEQ} + \ Delta) \ $, donde \ $ \ small \ Delta \ $ es la amplitud de la onda cuadrada superpuesta en \ $ \ small V_ {CEQ} \ $.

Las corrientes de recopilador correspondientes serán \ $ \ small \ left (I_ {CQ} + \ frac {\ Delta} {R} \ right) \ $, y \ $ \ small \ left (I_ {CQ} - \ frac {\ Delta} {R} \ right) \ $, respectivamente (recuerde la pendiente negativa de la línea de carga).

Por lo tanto, la potencia promedio disipada por el transistor en un ciclo completo de la onda cuadrada será: $$ P_ {sq.wave} \ small = \ frac {1} {2} \ left [\ small \ left (V_ {CEQ} - \ Delta \ right) (\ small I_ {CQ} + \ frac {\ Delta} {R}) + \ small \ left (V_ {CEQ} + \ Delta \ right) \ small (I_ {CQ} - \ frac {\ Delta} {R}) \ right] $$

dando:  $$ P_ {sq. wave} \ small = V_ {CEQ} I_ {CQ} - \ frac {\ Delta ^ 2} {R} = P_ {Q} - \ frac {\ Delta ^ 2} {R} $$

Por lo tanto, el transistor disipa menos potencia que la inactividad cuando se aplica una pequeña señal.

Una sinusoide de entrada dará un resultado similar, pero requiere integración para obtener la potencia promedio en un ciclo, en lugar del análisis lineal por partes requerido para una onda cuadrada. El resultado para una tensión sinusoidal de amplitud, \ $ \ small \ Delta \ $, sobre el punto de reposo es: $$ P_ {seno} \ pequeño = P_ {Q} - \ frac {\ Delta ^ 2} {2R} = P_ {Q} - \ frac {\ Delta_ {rms} ^ 2} {R} $$