如果我們需要切換更大的電流，那么我們將需要使用更大的晶體管，這意味著物理上更大的封裝，可以更輕松地散熱。

討論雙極結(jié)型晶體管（BJT）時的重點是用于放大小信號或切換較小電流的低功率器件，但是如果要切換較大電流該怎么辦？畢竟，我們可能要對微處理器進行的操作之一是使用輸出來運行直流電動機或激活螺線管。我們上次討論的2N3904僅限于200mA集電極電流。不需要太多的電動機或螺線管即可。

晶體管電路打開螺線管（模型在LTspice中繪制，來源：Elizabeth Simon）

答案應(yīng)該很明顯。我們需要使用更大的晶體管。通常，采用TO-92封裝的設(shè)備不能散發(fā)很多功率，因此，當我說“更大”時，我指的是物理上較大的封裝，它們可以更容易地散熱（即，較低的熱阻） 。

例如，讓我們看一下意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）的STD1802晶體管的數(shù)據(jù)表。像往常一樣，建議您打印此數(shù)據(jù)表或在屏幕上打開它，以使其更易于遵循下面的討論。

這部分包裝在DPAK盒中。這是一種表面貼裝設(shè)備（SMD），在一側(cè)有一個大凸耳，在另一側(cè)有兩條引線（和第三根引線）。大凸耳在零件下方延伸，并提供了一種有效的方法來散熱器件。這種封裝類型的接線片旨在不依賴于連接外部散熱器，而是旨在焊接到PCB上。然后，使用PCB上的銅區(qū)域?qū)崃可⒉嫉狡骷稀?/p>

在數(shù)據(jù)表的第2頁上，我們看到這些晶體管具有60V的最大集電極-發(fā)射極電壓，最大集電極電流為3A（峰值為6A）。這些等級應(yīng)該能夠處理大多數(shù)任務(wù)。當然，我們必須牢記15W的最大功耗。但是請稍等一下，在15°C的條件下，TC=25oC或更低。提醒一下，TC通常是指外殼溫度，通常高于環(huán)境溫度（特別是如果您要耗散任何功率）。

只是為了好玩，讓我們看一下熱阻，看看它如何與最大功率耗散相匹配。我們得到的唯一熱阻是結(jié)到外殼。這就是我們進行此特定計算所需要的（盡管，正如我們將看到的，總體上它用處不大）。提醒一下，計算結(jié)溫的公式如下：

代入后，我們得到TJ= 25 + 15 * 8.33 =149.95oC，該溫度剛好低于最高結(jié)溫150oC。

當然，我們?nèi)匀徊恢涝谑覝叵聦嶋H耗散多少功率，因為這取決于外殼溫度，該溫度可能高于環(huán)境空氣溫度。有一個圖形（第4頁的圖2）告訴我們可以耗散最大功率的百分比，但這也基于外殼溫度。要真正知道我們可以耗散多少功率，我們需要找到一個應(yīng)用筆記或一些類似的東西，以使我們了解情況與環(huán)境之間可能存在的差異。

之前，我提到過DPAK的功能之一是可以使用板上的銅散熱片。這是一個復(fù)雜的主題，但是我能夠找到這本英飛凌的特殊主題書。我還找到了此《國際整流器》應(yīng)用筆記和《ST微電子》應(yīng)用筆記。

ST Microelectronics應(yīng)用筆記是針對MOSFET的，但它具有該BJT部件使用的DPAK封裝的特定信息（我們將“漏極焊盤”替換為“集電極焊盤”，我們應(yīng)該非常接近）。

如果要繼續(xù)學(xué)習(xí)，DPAK部分將從ST應(yīng)用筆記的第5頁開始。首先，它們顯示了DPAK的建議PCB占位面積，然后顯示了RθJ-PCB與漏極焊盤面積的關(guān)系圖。在建議的最小占位面積（約50mm2）下，看起來PCB的熱阻約為62oC/ W。下一頁的功耗計算顯示最大功耗為2.4W，但這是假定TJMAX為175oC。由于我們的TJMAX為150oC。最大功耗為Pd = 125/62 = 2.02W。

這比數(shù)據(jù)手冊暗示的15W值小得多。PCB溫度應(yīng)接近環(huán)境溫度，因此這可能是我們可以真正消散的良好估計。如果我們需要耗散更多功率怎么辦？根據(jù)此應(yīng)用筆記，如果我們增加漏極焊盤的尺寸，我們可以增加功耗。幸運的是，此應(yīng)用筆記包括一個漂亮的圖表（圖4），該圖表給出了不同結(jié)至環(huán)境溫度差和漏極焊盤面積的允許功耗。

（來源：意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）應(yīng)用筆記）

這些圖顯示的一件事是，盡管焊盤面積的增加會增加功耗，但您很快就會達到收益遞減的地步。查看該圖，我看到所示的最大功耗為5W，看來我們這部分的最大功耗將約為3.8W，所有這些都意味著我們?nèi)赃h未達到數(shù)據(jù)上所示的15W。床單。

這種指定最大功率耗散的方式讓我覺得有些欺騙。容易引起粗心的工程師相信他們可以在需要消耗大約15 W功率的設(shè)計中使用該零件。這個故事的寓意是仔細閱讀規(guī)格書并在可能的情況下進行“合理性檢查”（因為我們剛剛）。

但是，我們真的需要消耗那么多的功率來打開螺線管嗎？假設(shè)我們將切換一個2A負載，并且該晶體管將處于“關(guān)斷”或完全飽和的狀態(tài)。從數(shù)據(jù)表中可以看到，在2A時最大的集電極-發(fā)射極飽和電壓為300mV。因此，我們可以乘以電壓降和電流來獲得功率（2A * 300mV = 600mW）。沒問題吧？

好吧，如果我們再仔細看一下表，我們會發(fā)現(xiàn)IB為100mA，在下一行，VBE為1.2V。我們需要將基礎(chǔ)電流消耗的功率（100mA * 1.2V = 120mW）加到我們的總功率中。這意味著我們的總功耗為600 + 120 = 720mW，這比我們之前討論的15W小得多，也比我們使用應(yīng)用筆記計算出的2W小得多。

因此，既然我們已經(jīng)確定這可能是一個合適的晶體管，讓我們對前面顯示的原理圖進行仿真，如下所示：

運行SPICE模擬的結(jié)果（來源：Elizabeth Simon）

從仿真結(jié)果看，很明顯，該電路還有其他一些問題需要解決。首先，我們看到，當晶體管關(guān)閉時，輸出電壓峰值超過70V，超過了60V的最大集電極-發(fā)射極最大額定電壓。可以通過添加緩沖電路來輕松解決此問題。另一個問題是，我們需要大約100mA的電流來驅(qū)動基極以導(dǎo)通晶體管。我不知道任何能驅(qū)動這么大電流的微處理器。

編輯：hfy