Ce nseamn SOA (Safe Operating Area) ?

in minte c la primele meleexperiene cuamplificatoare audiode putere, cnd nu aveam la ndemn tranzistoarele de putere propuse n schem, m uitam rapid dup altele alese dup un criteriu foarte simplu: s suporte valorile maxime ale curenilor i tensiunilor din montaj. Habar nu aveam de SOA (Safe Operating Area) i de aceea uneori tranzistoarele respective pur i simplu crpau. Pentru a explica de ce mi se stricau atunci tranzistoarele, astzi vom vorbi despre: Ce reprezint puterea unui tranzistor ? Ce este SOA (Safe Operating Area) ?Ce reprezint puterea unui tranzistor ?Muli au impresia c puterea unui tranzistor este puterea pe care o poi obine dintr-un montaj realizat cu acesta. n realitate puterea unui tranzistor este puterea electric pe care acesta o poate pierde aiurea datorit imperfeciunilor sale sau datorit modului de lucru impus de montajul electronic din care face parte. Un tranzistor nu poate pierde putere electric dect transformnd-o n cldur. Acestea fiind zise putem concluziona c:Puterea unui tranzistor reprezint puterea electric pe care acesta o poate transforma n cldur fr s se distrug.Puterea unui tranzistor este dat de productorul acestuia ntr-o specificaie tehnic (sau datasheet).Eu ns la nceput, cnd aveam nevoie de un tranzistor de putere, m uitam repede n datasheet-ul lui dup tensiunea i curentul maxim pe care l suport, nmuleam aceste valori una cu alta, i aa (credeam eu c) obin puterea tranzistorului. Puterea asta o comparam din ochi cu puterea electric cu care lucra schema unde voiam s folosesc eu acel tranzistor i de fiecare dat concluzionam c trebuie s in. ns calculul meu ddea gre aproape de fiecare dat.n timp am observat c n datasheet-ul unui tranzistor este trecut puterea lui i c aceasta este mult, mult mai mic dect mi ieea cu calculul de care vorbeam mai sus. Apoi am mai neles c, chiar dac datasheet-ul unui tranzistor spune c rezist la tensiuni i la cureni mari, asta nu nseamn neaprat c l poi folosi fr nici o grij n regimuri de lucru n care trebuie s suporte i tensiune i curent n acelai timp. De ce ? Pentru c U (tensiune) + I (curent) = P (Putere), ceea ce nseamn c dac expui tranzistorul n acelai timp i la tensiune i la curent, puterea electric pe care el trebuie s-o transforme n cldur poate depi valoarea maxim, moment n care se nclzete pn crap.S lum exemplul unui tranzistor de 100V/50A, care poate disipa 100W. Acesta va funciona pn la adnci btrnei ntr-un regim de lucru care-i cere s suporte la borne 100V i s lase s treac prin el 5 A, deoarece puterea disipat pe el va fi de doar 100V X 5A =50W. La fel de bine va funciona i ntr-un regim de lucru care-i cere s suporte la borne 1V i s lase s treac prin el 50A, pentru c puterea disipat pe el va fi tot de 50W. Cnd ns regimul de lucru i cere s suporte, de exemplu 100V i s lase s treaca 10 A este evident c avem o problem: puterea disipat pe el va fi de 100V X 10A = 1000W, adic de 10 ori mai mare dect puterea declarat de productor (care n exemplul nostru era de 100 W).O analogie simpl: funcionarea tranzistorului se aseamn foarte bine cu situaia n care tragi cu mna o sfoar legat la celalalt capt de un obiect fix. n funcie de comanda primit, un tranzistor las s treac prin el un curent mai mare sau mai mic. Analog, n funcie de ct de tare strngi sfoara, poi transfera sforii o for mai mare sau mai mic. Cnd strngi foarte puin sfoara sau cnd o strngi tare nct s nu-i alunece deloc, totul e bine. Cnd ns ncerci s tragi sfoara strngnd-o undeva ntre foarte ncet i foarte tare o s simi c frecarea dintre sfoar i palm o s-i nclzeasc sau chiar o s-i frig palmele. Exact la fel se ntmpl i la tranzistoare. Cnd le ii doar puin deschise este ca i cum ai strnge sfoara foarte puin; cnd le ii deschise, foarte aproape de saturaie, este ca i cum ai ine sfoara foarte strns iar cnd le ii parial deschise se vor nclzi, la fel ca i palmele tale cnd nu ii bine strns frnghia.Puterea unui tranzistor, aa cum este ea dat n datasheet-uri, este un mod brut, aproximativ prin care productorul lui i d o idee despre ct de solid este acel tranzistor. Pentru o evaluare mai precis exist grafice SOA, despre care voi vorbi imediat. Concret, dac vrei s afli dac un tranzistor va funciona mult i bine ntr-un anumit montaj trebuie: s nmuleti curentul mediu cu tensiunea medie pe care tranzistorul trebuie s le suporte. Astfel obii puterea electric medie care se pierde pe tranzistor; s compari puterea electric medie care se pierde pe tranzistor cu puterea tranzistorului luat din datasheet-ul acestuia. Dac prima este mai mic dect ultima nseamn c poi folosi acel tranzistor fr grija n respectivul montaj. Dac nu, mergi la risc.Ce este SOA (Safe Operating Area) ?Pentru a putea ine mai uor cont de puterea disipat atunci cnd tranzistorul trebuie s suporte simultan i tensiune i curent a fost introdus termenul de Safe Operating Area, prescurtat SOA. Acesta arat sub forma grafic, pentru un anumit tranzistor, valorile maxime ale intensitii curentului prin tranzistor n funcie de tensiunea aplicat la bornele acestuia. Ca s-i fie i mai clar, i prezint nfigura 1graficul SOA pentru2N3055, unul din cele mai cunoscute tranzistoare de putere.

Figura 1. Safe Operating Area (SOA) pentru un tranzistor 2N3055Prima linie (notata cudc) este limita sub care tranzistorul poate fi folosit n regim de lucru continuu. Celelalte linii (notate 1 ms, 500 us, 250 us etc.) reprezint limitele pn la care tranzistorul poate fi folositdac este folosit n regim de lucru n impulsuri; altfel spus, chiar dac pentru scurt timp se depete puterea maxim suportat de tranzistor, dac durata impulsului este suficient de mic, tranzistorul nu are timp s se nclzeasc periculos de tare.Depirea SOA este probabil cea mai important cauza de defectare a tranzistoarelor de putere. n mod ideal, cnd construieti sau repari un montaj care are ceva tranzistoare de putere, ar trebui mereu s verifici dac modul de lucru nu foreaza tranzistoarele respective dincolo de SOA-ul precizat n datasheet. Mai mult, cel mai indicat ar fi ca graficul SOA pe care-l iei ca referin s fie cel dat pentru regimul de lucru n curent continuu (liniadcdin figura de mai sus) pentru c este cel mai sigur. n practic, din motive economice i n funcie de ct de mult se respect cel care proiecteaz/construiete/repar respectivul montaj, limita SOA nu este mereu strict respectat.Acum nu mai trebuie s mergi orbete pe recomandrile experilor care spun sec cum c pentru aplicaia X trebuie s foloseti doar tipul Y de tranzistor. Dac vei compara curenii i tensiunile din schema ta, cu SOA-ul din datasheet-ul unui anumit tranzistor, vei nelege singur dac tranzistorul Y va rezista n montajul tu. Bineneles, pentru a crete SOA unui tranzistor poi folosi dou sau mai multe tranzistoare de acelai tip