Tienes una carga donde deseas \$3.3V_{DC}\$ y una corriente de cumplimiento de hasta \$500mA\$. El diseño es lineal y obtiene su energía de una fuente de \$12V_{DC}\$. No está claro para mí (porque puede que me haya perdido al leerlo, o por otras razones) si se trata de una batería de plomo-ácido que opera en un automóvil o una fuente de alimentación de laboratorio en un banco. Tienes algunas preguntas sobre \$V_{BE}\$ como función de la temperatura y su impacto en el circuito que estás considerando. Tienes un BJT PNP demasiado caliente. Tienes BJTs, no MOSFETs. Actualmente estás utilizando un divisor de resistencia para ajustar tu voltaje de salida.
Permíteme empezar solo pensando en voz alta sobre el diseño que ya muestras. \$Q_2\$ estará suministrando la mayor parte de la corriente. Afortunadamente, no está operando saturado, ya que \$V_{CE} > 1V\$. Por lo tanto, puedes esperar que \$\beta \ge 50\$ para el PNP y una corriente base razonable. Desafortunadamente, no está operando saturado, con \$V_{CE} > 8V\$, por lo que está disipando una cantidad enorme de energía, probablemente más de 4W. Eso probablemente es más de lo que un paquete TO220 pueda manejar bien en el aire. Así que eso es un problema identificado. Recuérdalo para más adelante. \$Q_1\$ simplemente está proporcionando corriente base a \$Q_2\$. Es probable que sea \$I_{C_{Q1}} < 10mA\$. Y afortunadamente, \$Q_1\$ tampoco está operando saturado, por lo que una vez más puedes esperar que \$\beta \ge 80\$ para el NPN y una corriente base muy razonable, probablemente \$I_{B_{Q_1}} \le 150\mu A\$. No es una mala corriente de carga alejada de algo que establece el voltaje (divisor de resistencia). Pero esto se refleja en tu divisor de resistencia, si planeas mantenerlo, en términos de rigidez y necesitas considerar cuidadosamente las implicaciones. (También podrías considerar un zener aquí, por supuesto. Pero me enfocaré en tu divisor de resistencia.)
Entonces, dibujemos un diseño y ignoremos los problemas de calentamiento por ahora. Harías algo como esto:
simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab
Bueno, ahí tienes una idea general. Puedes ver una gran potencia en el BJT PNP.
De hecho, no tienes que disipar toda esa potencia en el PNP. Puedes distribuirla en otro lugar, si quieres. Debe ser disipada en algún lugar. Pero puedes insertar una resistencia. Resulta que un buen lugar sería en el pato colector del PNP (el \$V_{CE_{Q1}}\$ permanece igual entonces). Ese PNP solo necesita alrededor de \$2V \le V_{CE} \le 4V\$ para mantener tanto a sí mismo como al NPN fuera de la saturación. Y un paquete TO220 probablemente puede disipar 2W en el aire. Por lo tanto, dividamos la diferencia y supongamos que \$V_{CE_{Q_2}} = 3V\$, para que \$Q_2\$ solo esté consumiendo alrededor de 1.5W, y empujemos el resto en alguna otra resistencia.
El nuevo esquemático se ve así:
simula este circuito
\$R_3\$ disipará alrededor de \$3W\$, en el peor de los casos. (El circuito anterior realmente está diseñado para un máximo de \$485mA\$, pero supuse que estarías de acuerdo con eso para obtener un valor de resistencia estándar allí.) \$Q_2\$, como se predijo, consumirá alrededor de \$1.5W\$.
Si la corriente es, digamos, \$250mA\$, ¿qué sucede entonces? Bueno, el BJT PNP extenderá su colector y tendrá que dejar caer otros \$3V\$, para un total de aproximadamente \$6V\$. Pero la corriente ahora es solo de \$250mA\$ también. Entonces seguirá disipando alrededor de \$1.5W\$. La resistencia reducirá su disipación, sin embargo.
En cualquier caso, puedes deshacerte de un NPN de pequeña señal. Solo necesitas conseguir un PNP en un paquete TO220 y estos son bastante baratos y fáciles de conseguir.
La regulación no es tan buena, aún. Después de todo, permitimos un rango de \$200mV\$ para el divisor en los cálculos. Podrías ser aún más estricto con el divisor de resistencia. Pero otra opción sería usar un zener. (De un valor apropiado).
¿De dónde saqué el valor de nodo de 4.025V para el divisor?? Bueno, el BJT NPN es un dispositivo de pequeña señal. Pegado en mi mente está que tienen \$V_{BE} = 0.7V\$ cuando \$I_C = 4mA\$. Así que calculé \$3.3V + V_{BE} = 3.3V + 700mV + 60mV\cdot log10(\frac{10mA}{4mA}) = 4.025V\$ y de ahí proviene el número.
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(1) Calcular la potencia disipada en el transistor usando \$ P = VI \$ o \$ P = \frac {V^2}{R} \$. (2) Verificar que esto esté dentro de las especificaciones para el transistor. (3) Colocar un disipador de calor.
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Podrías usar unos cuantos PNP en paralelo en lugar de solo uno. El 3906 es un BJT de señal pequeña. Además, puede calentarse y funcionar correctamente.
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@Transistor Actualmente solo tengo BJT's, no se pueden colocar disipadores de calor.
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@jbord39 Entonces, si uso varios pares de skizlai en paralelo, ¿haría el trabajo? ¿Y cuánta corriente debería extraer máximo de cada uno?
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@razzak: Probablemente 100mA si estás usando el QN3906, la mitad de sus valores máximos. Pero, puedes simplemente usar un único NPN. Puede proporcionar fácilmente corriente base para un par de PNP's. Para que funcione un par (ya sea darlington u otro tipo), realmente quieres que el segundo transistor sea muy fuerte. El primer transistor solo necesita proporcionar mucha menos corriente.
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@jbord39 Gracias por el consejo, encadené varios PNP con un solo NPN como se muestra en esta simulación circuits.io/circuits/2549275-emitter-follower-regulator, creo que el problema de calentamiento debería estar solucionado considerando que cada PNP disipa máximo solo
100mA x 4V = 0.4W
. ¿Está este diseño listo para usar o hay algo más de lo que deba preocuparme?0 votos
No compartirán igual la corriente, ya que cada uno será ligeramente diferente. Pero, creo que estarás bien. Coloca una resistencia de 50Ohm aproximadamente entre el NPN y la base de cada PNP.
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@jbord39 ¿Demasiada corriente de base en el PNP?