Regulador seguidor de emisor con par sziklai, ¡transistor calentándose!

Tienes una carga donde quieres$3.3V_{DC}$y una corriente de cumplimiento de hasta$500mA$. El diseño es lineal y obtiene su poder de un$12V_{DC}$suministrar. No me queda claro (porque es posible que no lo haya leído o por otras razones) si se trata de una batería de plomo ácido que funciona en un automóvil o una fuente de alimentación de laboratorio en un banco. Tienes algunas preguntas sobre$V_{BE}$en función de la temperatura y su impacto en el circuito que está considerando. Tienes un PNP BJT demasiado caliente. Tienes BJT, no MOSFET. Actualmente está utilizando un divisor de resistencia para establecer su voltaje de salida.

Permítanme comenzar pensando en voz alta sobre el diseño que ya muestran.$Q_2$será fuente de la mayor parte de la corriente. Por suerte, no está funcionando saturado, como$V_{CE} > 1V$. Entonces puedes esperar$\beta \ge 50$para el PNP y una corriente de base razonable. Por desgracia, no está funcionando saturado, con$V_{CE} > 8V$, por lo que se está disipando como un loco, probablemente a más de 4W. Eso es probablemente más de lo que un paquete TO220 hará bien en el aire. Así que ese es un problema identificado. Recuérdalo para más tarde.$Q_1$solo está proporcionando corriente base a$Q_2$. Es probable que eso sea$I_{C_{Q1}} < 10mA$. y afortunadamente,$Q_1$tampoco está operando saturado, por lo que una vez más puede esperar$\beta \ge 80$para el NPN y una corriente base muy razonable que probablemente sea$I_{B_{Q_1}} \le 150\mu A$. No es una mala corriente de carga extraída de algo que establece el voltaje (divisor de resistencia). Pero esto se refleja en su divisor de resistencia, si tiene la intención de mantenerlo, en términos de rigidez y debe considerar cuidadosamente las implicaciones. (También podría considerar un zener aquí, por supuesto. Pero me quedaré con su divisor de resistencia).

Entonces, dibujemos un diseño e ignoremos los problemas de calefacción por ahora. Harías algo como esto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Bueno, hay una idea aproximada. Puedes ver mucho poder en el PNP BJT.

Ahora, en realidad no tienes que quemar todo ese poder en la PNP. Puede distribuirlo en otro lugar, si lo desea. Tiene que ser quemado en alguna parte. Pero puedes insertar una resistencia. Resulta que un lugar fácil sería en la pata colectora de la PNP (la$V_{CE_{Q_1}}$permanece igual entonces.) Ese PNP solo necesita aproximadamente$2V \le V_{CE} \le 4V$para mantener tanto a sí mismo como a la NPN fuera de la saturación. Y un paquete TO220 probablemente pueda disipar 2W en el aire. Así que dividamos la diferencia y calculemos$V_{CE_{Q_2}} = 3V$, así que eso$Q_2$está quemando solo 1.5W más o menos, y mete el resto en alguna otra resistencia.

El nuevo esquema se ve así:

^{simular este circuito}

$R_3$se disipará sobre$3W$, peor de los casos. (El circuito anterior está realmente dirigido a un máximo de$485mA$, pero pensé que estaría de acuerdo con eso para obtener un valor de resistencia estándar allí).$Q_2$, como se predijo, será sobre$1.5W$.

Si la corriente es, digamos,$250mA$, entonces que pasa? Bueno, el PNP BJT estirará su colector y tendrá que dejar caer otro.$3V$, para un total de aproximadamente$6V$. Pero la corriente es ahora sólo$250mA$, también. Así que todavía se disipará sobre$1.5W$. Sin embargo, la resistencia reducirá su disipación.

En cualquier caso, puede salirse con la suya con una pequeña señal NPN. Solo necesita obtener un PNP empaquetado TO220 y estos son bastante baratos y fáciles de conseguir.

La regulación no es tan buena, todavía. Después de todo, permitimos$200mV$rango para el divisor en los cálculos. Podrías ir aún más rígido para el divisor de resistencia. Pero otro enfoque sería usar un zener. (De un valor apropiado.)

¿De dónde obtuve el valor de nodo de 4.025 V para el divisor? Bueno, el NPN BJT es un pequeño dispositivo de señal. Atascado en mi cabeza es que tienen$V_{BE} = 0.7V$cuándo$I_C = 4mA$. Asi que me imagine$3.3V + V_{BE} = 3.3V + 700mV + 60mV\cdot log10(\frac{10mA}{4mA}) = 4.025V$y de ahí salió el número.

R2 debe ser un zener de 3V9 o una referencia de voltaje porque su batería de 12V es nominalmente de 12V, pero podría ser de 14,4 V mientras está en carga o de 11,5 V mientras está estacionario si el cableado está caído. El Zener propuesto mejora su regulación de LÍNEA. caliente debido a la disipación de energía. Esta disipación de energía es común a todos los reguladores lineales. Use un transistor PNP más grueso como un BD140 en un disipador de calor. una resistencia de, digamos, 6R8 5W en el emisor del transistor PNP, obtendrá cierta protección contra cortocircuitos, lo que hará que el sistema sea más a prueba de idiotas.

La hoja de datos 2N3906 dice que la corriente máxima de Ic es de -200 mA, entonces, ¿por qué se calienta a 40? y también necesito más del doble de eso para manejar el chip wifi.

Respuesta corta:

El calentamiento se debe a la potencia disipada por el transistor, que es el producto del voltaje y la corriente a través de:

Eso no es insignificante. Además, según la hoja de datos 2N3906, la disipación máxima es$625\mathrm{mW}$

y entonces, estás a mitad de camino en$40\mathrm{mA}$.