Ţin minte că la primele mele experienţe
cu amplificatoare audio de putere, când nu aveam la îndemână
tranzistoarele de putere propuse în schemă, mă uitam rapid după altele
alese după un criteriu foarte simplu: să suporte valorile maxime ale
curenţilor şi tensiunilor din montaj. Habar nu aveam de SOA (Safe
Operating Area) şi de aceea uneori tranzistoarele respective pur şi
simplu crăpau. Pentru a explica de ce mi se stricau atunci
tranzistoarele, astăzi vom vorbi despre:
- Ce reprezintă puterea unui tranzistor ?
- Ce este SOA (Safe Operating Area) ?
Ce reprezintă puterea unui tranzistor ?
Mulţi au impresia că puterea unui
tranzistor este puterea pe care o poţi obţine dintr-un montaj realizat
cu acesta. În realitate puterea unui tranzistor este puterea electrică
pe care acesta o poate pierde aiurea datorită imperfecţiunilor sale sau
datorită modului de lucru impus de montajul electronic din care face
parte. Un tranzistor nu poate pierde putere electrică decât
transformând-o în căldură. Acestea fiind zise putem concluziona că:
Puterea unui tranzistor reprezintă puterea electrică pe care acesta o poate transforma în căldură fără să se distrugă.
Puterea unui tranzistor este dată de producătorul acestuia într-o specificaţie tehnică (sau datasheet).
Eu însă la început, când aveam nevoie de
un tranzistor de putere, mă uitam repede în datasheet-ul lui după
tensiunea şi curentul maxim pe care îl suportă, înmulţeam aceste valori
una cu alta, şi aşa (credeam eu că) obţin puterea tranzistorului.
Puterea asta o comparam din ochi cu puterea electrică cu care lucra
schema unde voiam să folosesc eu acel tranzistor şi de fiecare dată
concluzionam că „trebuie să ţină”. Însă „calculul meu” dădea greş
aproape de fiecare dată.
În timp am observat că în datasheet-ul
unui tranzistor este trecută puterea lui şi că aceasta este mult, mult
mai mică decât îmi ieşea cu calculul de care vorbeam mai sus. Apoi am
mai înţeles că, chiar dacă datasheet-ul unui tranzistor spune că rezistă
la tensiuni şi la curenţi mari, asta nu înseamnă neapărat că îl poţi
folosi fără nici o grijă în regimuri de lucru în care trebuie să suporte
şi tensiune şi curent în acelaşi timp. De ce ? Pentru că U (tensiune) x
I (curent) = P (Putere), ceea ce înseamnă că dacă expui tranzistorul în
acelaşi timp şi la tensiune şi la curent, puterea electrică pe care el
trebuie s-o transforme în căldură poate depăşi valoarea maximă, moment
în care se încălzeşte până crapă.
Să luăm exemplul unui tranzistor de
100V/50A, despre care producătorul declară că poate disipa 100W. Acesta
va funcţiona până la adânci bătrâneţi într-un regim de lucru care-i cere
să suporte la borne 100V şi să lase să treacă prin el 0,5 A, deoarece
puterea disipată pe el va fi de doar 100V X 0,5A =50W. La fel de bine va
funcţiona şi într-un regim de lucru care-i cere să suporte la borne 1V
şi să lase să treacă prin el 50A, pentru că puterea disipată pe el va fi
tot de 50W. Când însă regimul de lucru îi cere să suporte, de exemplu
100V şi să lase să treaca 10 A este evident că avem o problemă: puterea
disipată pe el va fi de 100V X 10A = 1000W, adică de 10 ori mai mare
decât puterea declarată de producător (care în exemplul nostru era de
100 W).
O analogie simplă: funcţionarea
tranzistorului se aseamănă foarte bine cu situaţia în care tragi cu mâna
o sfoară legată la celalalt capăt de un obiect fix. În funcţie de
comanda primită, un tranzistor lasă să treacă prin el un curent mai mare
sau mai mic. Analog, în funcţie de cât de tare strângi sfoara, poţi
transfera sforii o forţă mai mare sau mai mică. Când strângi foarte
puţin sfoara sau când o strângi tare încât să nu-ţi alunece deloc, totul
e bine. Când însă încerci să tragi sfoara strângând-o undeva între
foarte încet şi foarte tare o să simţi că frecarea dintre sfoară şi
palmă o să-ţi încălzească sau chiar o să-ţi frigă palmele. Exact la fel
se întâmplă şi la tranzistoare. Când le ţii doar puţin deschise este ca
şi cum ai strânge sfoara foarte puţin; când le ţii deschise, foarte
aproape de saturaţie, este ca şi cum ai ţine sfoara foarte strâns iar
când le ţii parţial deschise se vor încălzi, la fel ca şi palmele tale
când nu ţii bine strânsă frânghia.
Puterea unui tranzistor, aşa cum este ea
dată în datasheet-uri, este un mod brut, aproximativ prin care
producătorul lui îţi dă o idee despre cât de solid este acel tranzistor.
Pentru o evaluare mai precisă există grafice SOA, despre care voi vorbi
imediat. Concret, dacă vrei să afli dacă un tranzistor va funcţiona
mult şi bine într-un anumit montaj trebuie:
- să înmulţeşti curentul mediu cu tensiunea medie pe care tranzistorul trebuie să le suporte. Astfel obţii puterea electrică medie care se pierde pe tranzistor;
- să compari puterea electrică medie care se pierde pe tranzistor cu puterea tranzistorului luată din datasheet-ul acestuia. Dacă prima este mai mică decât ultima înseamnă că poţi folosi acel tranzistor fără grija în respectivul montaj. Dacă nu, mergi la risc.
Ce este SOA (Safe Operating Area) ?
Pentru a putea ţine mai uşor cont de
puterea disipată atunci când tranzistorul trebuie să suporte simultan şi
tensiune şi curent a fost introdus termenul de Safe Operating Area,
prescurtat SOA. Acesta arată sub forma grafică, pentru un anumit
tranzistor, valorile maxime ale intensităţii curentului prin tranzistor
în funcţie de tensiunea aplicată la bornele acestuia. Ca să-ţi fie şi
mai clar, îţi prezint în figura 1 graficul SOA pentru 2N3055, unul din cele mai cunoscute tranzistoare de putere.
Figura 1. Safe Operating Area (SOA) pentru un tranzistor 2N3055
Prima linie (notata cu dc) este
limita sub care tranzistorul poate fi folosit în regim de lucru
continuu. Celelalte linii (notate 1 ms, 500 us, 250 us etc.) reprezintă
limitele până la care tranzistorul poate fi folosit dacă este folosit în
regim de lucru în impulsuri; altfel spus, chiar dacă pentru scurt timp
se depăşeşte puterea maximă suportată de tranzistor, dacă durata
impulsului este suficient de mică, tranzistorul nu are timp să se
încălzească periculos de tare.
Depăşirea SOA este probabil cea mai
importantă cauza de defectare a tranzistoarelor de putere. În mod ideal,
când construieşti sau repari un montaj care are ceva tranzistoare de
putere, ar trebui mereu să verifici dacă modul de lucru nu forţeaza
tranzistoarele respective dincolo de SOA-ul precizat în datasheet. Mai
mult, cel mai indicat ar fi ca graficul SOA pe care-l iei ca referinţă
să fie cel dat pentru regimul de lucru în curent continuu (linia dc
din figura de mai sus) pentru că este cel mai sigur. În practică, din
motive economice şi în funcţie de cât de mult se respectă cel care
proiectează/construieşte/repară respectivul montaj, limita SOA nu este
mereu strict respectată.
Acum nu mai trebuie să mergi orbeşte pe
recomandările experţilor care spun sec cum că pentru aplicaţia X trebuie
să foloseşti doar tipul Y de tranzistor. Dacă vei compara curenţii şi
tensiunile din schema ta, cu SOA-ul din datasheet-ul unui anumit
tranzistor, vei înţelege singur dacă tranzistorul Y va rezista în
montajul tău. Bineînţeles, pentru a creşte SOA unui tranzistor poţi
folosi două sau mai multe tranzistoare de acelaşi tip. Însă acest
artificiu presupune unele mici modificări în schemă, fapt despre care
voi vorbi în alt articol.
Dacă ţi-a plăcut acest articol, distribuie-l mai departe în grupul tău de prieteni !
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu