Na prática os transistores estão limitados pela potência que conseguimos fazê-los dissipar.
Por exemplo o caso do 2N3055, especificado para 15A 60V 115W. Vamos imaginar que está num regulador de fonte em que vêm 20V (por exemplo dum transformador + condensadores de filtragem) e temos a saída regulada para 5V.
Será que conseguimos ter 10A à saída? Afinal é menos do que os 15A que a datasheet diz.
O transístor vai dissipar (20V - 5V) x 10A = 150W . Ups, parece que não, ele só conseguirá dissipar 115W.
E se forem 5A?
O transístor vai dissipar (20V - 5V) x 5A = 75W . Bom, já está dentro dos 115W que a datasheet diz. Mas será que este circuito vai mesmo conseguir ter 5A continuos à saída? Depende de se conseguimos ou não "extrair-lhe" o calor gerado por estes 75W, caso contrário ele vai fritar. A ver se não me engano nisto.
A datasheet tem outros parametros que são a
resistência térmica entre o silicio e o pacote (1.52ºC/W) e a
temperatura máxima do silicio (200ºC). A resistência térmica diz-nos que, por cada W dissipado no silicio do transistor, a sua temperatura (do silicio) é sempre 1.52ºC mais alta do que a temperatura do pacote (pacote = a caixa do transistor). Como o calor dissipado tem que ir para o ar, há outras resistências térmicas entre o pacote e o ar, nomeadamente entre o pacote e o dissipador e entre o dissipador e o ar. A 1ª podemos dizer que anda pelos 0.2ºC/W a 0.5ºC/W para os métodos habituais (pasta térmica, pad de silicone) e a 2ª depende do dissipador e se há ou não ventoínhas. Por exemplo este dissipador sem ventoínha tem uma resistência térmica de 3.3ºC/W:
Se usássemos este dissipador, a resistência térmica total (entre o silicio e o ar ambiente), é 1.52 + 0.2 + 3.3 = 5.02ºC/W, ou seja, por cada W dissipado no transístor a temperatura do silicio é 5.02ºC mais alta do que a do ar em volta do transistor. Para o nosso caso de 75W e se já estivessem 30ºC no ar (em volta do transistor), a temperatura do silicio seria de 75 x 5.02 + 30 = 406.5ºC, o que é óbviamente impossível! O transistor fritava, quando chegasse aos 200ºC o silicio começava a derreter e acabava-se a festa. Portanto tinhamos que ter um dissipador maior ou ter ventoínhas ou arrefecimento a água.
Então com este dissipador acima qtos Ampères consigo ter continuamente a uma temperatura ambiente de 30ºC? Se usarmos os 200ºC como limite, podemos fazer as contas ao contrário:
200ºC = P x 5.02ºC/W + 30 => P = (200 - 30) / 5.05 ~ 33.6W
P = Io x (20V - 5V) => 33.6W = Io x 15V => Io = 33.6 / 15 =
2.24A
Uns "míseros" 2.24A face ao valor 15 da datasheet. Mas a coisa não acaba aqui. É que por motivos de fiabilidade e segurança, não queremos que o silicio no transistor chegue aos 200ºC; eu não iria para além dos 150ºC e já é abusar um pouco. Há uma regra, nãome lembro bem, mas penso que por cada 10ºC a mais de temperatura o tempo de vida é reduzido a metade. E também temos que ter em conta que em climas mais quentes a temperatura ambiente é mais alta; digamos que o nosso dispositivo tem que suportar dias com o ar à volta a 50ºC (o ar em redor do transistor está sempre um nadinha mais quente. Se re-fizermos as contas acabamos com
1.3A. Por curtos periodos de tempo podemos abusar um bocado, mas para um funcionamento contínuo é este o limite.