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可靠性元器件降额设计_三极管(1)

NUOJIYAE66
德凯宜特
上篇分享了二极管的降额案例,这篇分享下常用常用的双极型三极管(Bipolar Junction Transistor)的降额案例,依旧采用IPC9592的降额规范,截图如下。
由图可知,降额要求如下:
1)功耗(Power)<75%;
2)  集电极-发射极电压(Collector-Emitter Voltage)<80%;
3) 发射极-基极电压(Emitter-Base Voltage)<80%;
4)集电极电流(Collector Current)<60%;
5) 最大结温(Maximum Junction Temperature)<0.75(Tjmax-25°C)+20°C

选取一颗双极型三极管(SST3904T116),截取Datasheet如下图,得出如下降额有用信息(如下均为25度下额定值):

1)额定功耗(Rated Power):200mW ;允许降额为:200*75%=150mW;(注意如下截图有有两个额定功耗,200mW和350mW,下面截图有对这两种功耗有注解,这里选第一种是因为如下举例的电路图中此三极管接地); 
2)  集电极-发射极电压(VCEO)=40V; 允许降额为:40*80%=32V;
3) 发射极-基极电压(VEBO)=6V; 允许降额为:6*80%=4.8V;
4)集电极电流(Ic)=200mA; 允许降额为:200*60%=120mA;
5) 最大结温(Tj)=150°C;允许降额为:0.75*(150-25)+20=114°C








假设如上电路图中,三极管周围温度为60°C,则壳温Tc=60°C, Tj=Tc+P*Rjc;
Tc=Case Temperature, 壳体温度--周围表面温度即工作环境温度;
P=Power Dissipated in the Device,实际功率;
Rjc=Junction-to-Case Thermal Resistance, 结温到壳体温度的功率热阻,单位(°C/W),此三极管Datesheet中无此数据,精确计算可以询问供应商,或者假设为线性关系,即假设150度时Pj=0, 25度时Pc=200mW, 则Rjc=(150-25)/0.2=625°C/W;
上图电路中,因为是降额分析,可以粗略计算(忽略等效内阻及前段电阻分压),则实际工作中:
Ic<2.5/10000=0.25mA;
Ib<2.5/11000=0.23mA; 
VCEO<2.5V;
VEBO<2.5V;
P<(VCEO*Ic+VEBO*Ib)=1.2mW; 注意这里额定值需要和60度下额定功耗比较,假设符合线性关系,60度下额定功耗为(150-60)*200/(150-25)=144mW;
Tj<60+1.2*625*10^(-3)=60.75°C


由如上数字可见几个参数均远小于降额要求。


在写这篇时也看了几篇三极管在放大电路中的应用文章,可能与上面的案例没多大关联,不过还是罗列几个笔记如下:
1)IE=IB+Ic; Ic=β*IB; β为放大倍数,由三极管材料和工艺结构决定,通常硅三极管取值30~200,锗三极管取值30~100;
2)经典NPN硅管启动电压Vbe为0.6V,锗管为0.3V;

3)三极管中易受温度影响的参数如下1:β(温度每升高一度,β值约增大0.5~1%);2:对ICEO的影响,温度上升10度,ICEO将增加一倍;3:对发射极电压的影响,温度每上升1度,VBE下降约2.2mV.


最后,谢谢晓东提供的建议,水平有限,如有错误,欢迎指出讨论~~


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