A nagyobb teljesítményű tranzisztorok, IC-k hűtése bizony komoly és fontos feladat. Itt nincs olyan, hogy "remélem, elég lesz". Nem. Vannak viszont képleteink, amelyek segítségünkre lesznek a választásban. Nyilván nem lehet halálpontosan megállapítani adatlap vagy mérés útján, mennyi hőt termel az adott alkatrész, de viszonylagosan megadhatjuk. No meg viszonyítási alapot is jelent, ha tudjuk, mennyi az a 25°C/W...

Először jöjjön egy kis elmélet. A számítások közben gyakran fogjuk használni a "hőellenállás" fogalmát. (Hőellenállás, hőtényező ugyanaz.) De mi is ez valójában? Nem véletlenül kapta az "ellenállás" nevet, hiszen a kiszámítása teljesen hasonlóan történik, mint az elektromos ellenállás esetében. Ennek szemléltetésére "hoztam" ezt az ábrát:

A képen az üres nyíllal jelöltem az eldisszipálandó hőt. Jól látszik, hogy a hő a T_A irányába mozog. A mozgást a tranzisztor szilíciumlapkája-tokozása (R_JC), a tokozás-hűtőborda (R_CH) és a hűtőborda-környezet (R_CA) kölcsönhatás (hőellenállás) akadályozza. Az R_JC katalógusadat, az R_CH már nem, hiszen a tokozás és a hűtőborda közötti ellenállást nem lehet előre meghatározni. Ez az érték is elég kicsi, de nem lehet csak úgy elhagyni. A cikk végén ennek még fontos szerepe lesz. Az R_HA az, amit ki akarunk számolni. A három ellenállást összeadva már eredő hőellenállásról beszélünk.

A T_A a környezet hője. A rajzon fel van tüntetve három "kondenzátor" is. Nem véletlenül, a lapka (junction), a tokozás (case) és a hűtőborda (heatsink) is rendelkezik bizonyos hőkapacitással. Az első kettő értéke elhanyagolhatóan a kicsi, a harmadiké nem elhanyagolható, viszont ez nem befolyásolja a számításokat, tehát ettől (is) eltekintünk. Tehát a kapacitással nem számolunk, de jó tudni, hogy van ilyen is.

Nem is szaporítom tovább a szót, jöjjön, aminek jönnie kell!

Hogy megkönnyítsem (egyértelművé tegyem) a számításokat, egy konkrét tranzisztoron fogom végezni ezeket a precíz műveleteket. A választás az ON Semiconductor gyártotta, TO-220 tokozású BD285-ösre esett.

Miután beszereztük a tranzisztor adatlapját, a következő értékeket kell kijegyzetelnünk:

• mekkora a legmagasabb hőmérséklet, amit a tranzisztor "belseje" (egy bizonyos kristályból készült lapka) még elvisel? (az adatlapon ezt T_J-vel, illetve T_STG-vel jelölik) A BD285-ösnél ez +150°C. Ez lesz a T_MAX.
• mekkora az R_JC (lapka-tokozás közötti hőellenállás) értéke? Ez most nálunk 3.125 °C/W. (Ez arra utal, hogy ~3.2 celsiusszal nő a lapka hőmérséklete minden további watt után)

Az adatlapra a további számításokhoz nem lesz szükségünk, legközelebb akkor vesszük majd elő, amikor beültetés közben véletlenül fordítva forrasztjuk be a lábakat, és később a tranzisztor mindenféle színes-szagos dolgokat produkál... (Persze, az okosabbja most rögtön memorizálja a lábkiosztást...)

A fenti két adaton kívül szükségünk lesz még két alapvető adatra: mekkora a kollektoráram (I_C), és mekkora a kollektor-emitter feszültség (U_CE). Ezt már az áramkör tervezésekor megállapítottuk, ezért ezek az értékek adottak.

Ha ezeket rögzítettük, akár rá is térhetünk a különféle mértékegységek szorzására-osztására.