?晶體管或穩(wěn)壓器并聯(lián)后可以取消散熱器
發(fā)表時間：2016-04-18
" 引言
雙極結型晶體管(BJT)看起來像老式的電子元件，
朝陽電控設備但由于具有低成本和卓越參數(shù)的優(yōu)點，它們可以解決許多問題。我們可以發(fā)現(xiàn)過去由于這些元件太高成本而不可能實現(xiàn)的新應用，比如我們可以在某些情況下用多個并聯(lián)的小功率晶體管替代更大功率的晶體管(帶或不帶散熱器)，并從中收獲諸多好處。
一般來說，與更大功率特別是帶大塊散熱器的晶體管相比，小功率晶體管速度更快，具有更高的工作頻率、更低的噪聲、更小的總諧波失真，并且它們的封裝更方便人工和自動焊接。
功耗最高1W左右的許多晶體管采用類似于TO-92的封裝。這些晶體管大多數(shù)價格比較低，可以大批量購買，而且TO-92那樣的封裝很方便使用。
從這些封裝產(chǎn)生的熱量很容易通過冷卻風扇甚至正常的空氣對流高效地散發(fā)掉。另外，我們可以利用這些晶體管周邊較大的銅表面積提高它們的功耗。針對這些電子元件的不同封裝，它們的數(shù)據(jù)手冊和文獻資料中記錄有大量散熱信息和計算方法，因此我們這里不再詳細討論。
諸如TO-126、TO-220之類的功率晶體管封裝又大又重，很難安裝在PCB上，而且為了發(fā)揮這些功率晶體管的全部性能和可靠性，還要額外使用散熱器。
這些封裝和散熱器會阻塞冷卻空氣的流動，而且額外散熱器的使用會產(chǎn)生機械和電氣問題，比如在振動設備中散熱器不是很穩(wěn)定，它們需要電氣隔離等。
晶體管電路
讓我們考慮以下這些經(jīng)常在音頻驅動器使用的NPN/PNP晶體管對：
TIP29/TIP30 (NPN/PNP, 40V, 1A, 2W, Ftmin = 3MHz, TO-220),
BD139/BD140 (NPN/PNP, 80V, 1.5A, 1.25W, Ftmin >3MHz or not specified, TO-126)
BC639/BC640 (NPN/PNP, 80V, 1A, 0.8W, Ft=130MHz/50MHz, TO-92)
BC327/BC337 (NPN/PNP, 45V, 0.8A, 0.625W, Ft(typ). 100MHz/100MHz, TO-92)
BC550/BC560 (NPN/PNP, 45V, 0.1A, 0.5W, Ftmin =100MHz/100MHz, TO-92)
這些晶體管的其中一些參數(shù)可能在不同制造商那里有所不同，也有些參數(shù)可能所有制造商都不標。
我們可以看到，兩個并聯(lián)BC639的功耗大約是1.6W，超過了單個BD135/137/139 1.25W的功耗。
另外，BC639/BC640對有保證的轉換頻率遠高于BD139/BD140對的Ft (在數(shù)據(jù)手冊中并不總是有保證的)。小功率晶體管的直流增益通常遠高于更大晶體管的增益。因此我們可以嘗試使用兩個或多個小功率晶體管代替帶或不帶小型散熱器的一個更大功率的晶體管。
畫出了采用1個運放(OA)和6個小功率晶體管的音頻放大器電路，它可以取代用一個運放和一對不帶散熱器的更大功率晶體管(比如BD135/BD136)組成的放大器電路。
1：1個運放和6個小功率晶體管的電路代替一個運放加上兩個更大功率晶體管組成的電路。
連接發(fā)射極的均衡電阻R6到R11是必須要的。這些電阻可以在一定程度上減小并聯(lián)晶體管之間的差異。它們的阻值通常在放大器公共負載的2%至10%之間。為了確保輸出電流在所有并聯(lián)晶體管之間得到合適的分配，應該監(jiān)測這些電阻上的壓降。
電阻R5也是必須的，并且應該具有最小的適用值。它能減小放大器的交越失真。
IC1可以是任何合適的放大器，如NE5534/A。最好是使用能夠驅動至少600Ω負載的運放。如果需要調整放大器的輸出偏移量，可以使用帶偏移調整引腳的運放。
在運放和晶體管不過載的條件下可以得到運放的整個供電電壓范圍。
我們應該注意到，許多運放有很大的會使運放發(fā)熱的靜態(tài)電流。舉例來說：
NE5534/A的最大靜態(tài)電流Iqmax = 8mA,
LF355的最大靜態(tài)電流Iqmax = 4mA,
LF356的最大靜態(tài)電流Iqmax = 10mA,
NE5532的最大靜態(tài)電流Iqmax = 16mA,
RC4560的最大靜態(tài)電流Iqmax = 5.7mA,
如果我們在±15V或更高的電源電壓下使用這些和類似的運放，那么在沒有任何輸入信號的情況下這些運放也會有顯著的功耗。對于采用表貼封裝的運放來說這種情況尤其糟糕，比如NE5532的功耗將達30V*16mA = 540mW，這一點應該加以慎重考慮。
新加的高增益小功率晶體管要求運放輸出很小的電流，因此可以降低運放IC的散熱風險。事實上，這些新增晶體管還可以用來利用運放的最大峰峰值電壓降低運放IC的功耗，因為它向負載提供更小的輸出電流。
小功率晶體管的速度更快，并且基極-發(fā)射極結點中的閾值電壓也更低。它們通常是為前置放大器設計的，與更大功率的晶體管相比，用它們可以獲得更低的總諧波失真(THD)和互調失真(IMD)。小功率晶體管通常還具有更高的增益，增益范圍在400至800之間，這也是更低THD和IMD的一個原因。
并聯(lián)更小功率的線性穩(wěn)壓器代替單個大功率穩(wěn)壓器
并聯(lián)使用更小功率的線性穩(wěn)壓器有許多好處。并聯(lián)小功率晶體管代替單個大功率晶體管(帶或不帶散熱器)的上述方法同樣適用于線性穩(wěn)壓器，如78xx、79xx、LM317x、LM337x和類似器件。
給出了4個采用TO-92封裝的78Lxx的并聯(lián)電路，它們可以代替單個采用TO-220或類似封裝的78Mxx電路。不需要在每種情況下都使用C1到C8所有的電容。只要我們設計正確的PCB版圖，我們就可以在所有并聯(lián)穩(wěn)壓器組的輸入輸出端使用單個電解電容和單個高頻電容。然而，這些電容的使用取決于并聯(lián)IC的要求。在某些情況下我們應該將這些電容緊靠每個IC放置。
4個采用TO-92封裝的78Lxx的并聯(lián)電路，可代替單個采用TO-220封裝的78Mxx電路。
電阻R1到R4是必須的。這些電阻的實際阻值取決于穩(wěn)壓器的容差，穩(wěn)壓器的數(shù)量、以及每個穩(wěn)壓器的平均輸出電流和最大輸出電流。
從這個角度看，最好是使用容差為±2%或更好的穩(wěn)壓器。
在這個案例中可以使用標準的R1至R4均衡電阻計算過程。舉例來說，如果我們并聯(lián)使用兩個輸出電壓為15V±2%的78L15穩(wěn)壓器，這兩個穩(wěn)壓器的輸出電壓可能從14.7V至15.3V。
在最壞的情況下，第一個穩(wěn)壓器的輸出是15.3V，另一個穩(wěn)壓器的輸出是14.7V。
我們希望兩個穩(wěn)壓器的輸出電流都在它們各自的最大電流以下，比如每個穩(wěn)壓器在100mA以下。
如果均衡電阻阻值為10Ω，穩(wěn)壓器最大輸出電流為100mA，那么第一個穩(wěn)壓器在輸出電壓為14.3V時將產(chǎn)生100mA電流，第二個穩(wěn)壓器輸出同樣14.3V電壓時將在負載上產(chǎn)生40mA電流。(只是為了參考，我們可以認為15V±10%是從13.5V至16.5V，15V±5%是從14.25V至15.75V。)"
