Dr. Pap László jegyzete - BME Hálózati Rendszerek és ...

86 5. TELJESÍTMÉNY ÉS HATÁSFOK, TELJESÍTMÉNYFOKOZATOK
P D
P D R thjc R thca
T j T c T a
réteg
tok
külvilág
5.15. ábra. A tranzisztor eredő hőellenállása a p-n átmenet és a külvilág között.
i Cmax = U t −U m
R f
< I Cmeg . (5.72)
A tranzisztoron disszipálódó teljesítmény hatása. A tranzisztoron disszipálódó teljesítmény hatására
a tranzisztor félvezető átmenete felmelegszik, de a félvezető átmenet hőmérséklete nem léphet túl
egy abszolút korlátot. A tranzisztoron disszipált átlagos teljesítmény és a tranzisztor belső hőmérséklete
közötti kapcsolatot a termikus és elektromos mennyiségek analógiája alapján lehet meghatározni.
A termikus mennyiségek (hőteljesítmény, hőmérséklet) és az elektromos mennyiségek (áram, feszültség)
közötti analógia alapja az, hogy a statikus és kvázi-statikus termikus és elektromos mennyiségek
leírására szolgáló egyenletek megfeleltethetők egymásnak (megjegyzendő, hogy a termikus "világban"
a mágneses térnek nincsen megfelelője, így természetesen nincsenek hullámegyenletek sem). Az
analógiát az alábbi megfeleltetések alapján fogalmazhatjuk meg:
U [V] =⇒ T [ K 0( C 0)]
I [A] =⇒ P [W]
R [Ω] =⇒ R th
[
K
0 ( C 0) /W ]
C [F] =⇒ C th
[
Ws/K
0 ] (5.73)
azaz az elektromos feszültségnek a hőmérséklet különbség, az elektromos áramnak a hőteljesítmény
felel meg, így definiálható a hőellenállás (R th
[
K 0 /W ] ) és a hőkapacitás is (C th
[
Ws/K
0 ] ). Ezekre
a mennyiségekre érvényesek az Ohm-törvény és a Kirchoff-egyenletek, tehát a tranzisztor p-n átmenete
(T j ) statikus réteghőmérsékletének és a (T a ) külső hőmérsékletnek a különbségét a
P D = T j −T a
R the
(5.74)
egyenlet segítségével lehet meghatározni, ahol P D a tranzisztoron disszipált átlagos teljesítmény és
R the a tranzisztor p-n átmenete és a külvilág közötti eredő hőellenállás. Az eredő hőellenállás két
sorosan kapcsolt hőellenállás összege (lásd az 5.15. ábrát).
Az ábrán R thjc a p-n átmenet és a tranzisztor tokozása, R thca pedig a tranzisztor tokozása és a
külvilág közötti hőellenállás értéke, és az eredő hőellenállás az
R the = R thjc +R thca (5.75)
egyenlet alapján számolható. Érdemes megjegyezni, hogy az R thjc értékét a félvezető gyártása során
a lapka kialakítása és a tokozás egyértelműen meghatározza, míg az R thca értéke a tranzisztor
elhelyezésétől és hűtésétől függ. A hűtés konvekciós (hőelvezetéses) és sugárzásos (radiációs) lehet.