แนวทางการขนานเอาต์พุตทรานซิสเตอร์

โดย Mr.K

      มีคำถามเข้ามาบ่อยเกี่ยวกับการเลือกใช้จำนวนของเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ที่เหมาะสม  ว่าควรขนานเอาต์พุตจำนวนกี่คู่ดี บทความตอนนี้จะเป็นแนวทางสำหรับนักประกอบเพาเวอร์แอมป์ ที่ต้องการทราบจำนวนคู่เอาต์พุตที่เหมาะสม ในการประกอบเพาเวอร์แอมป์  สิ่งที่ขาดไม่ได้ในการพิจารณาจำนวนเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ในเพาเวอร์แอมป์ที่เรากำลังจะสร้าง นั่นก็คือ Datasheet เอาต์พุตทรานซิสเตอร์ที่เราเลือกมาใช้ ตรงนี้สำคัญมาก ข้อมูลใน Datasheet ที่เราจะนำมาพิจารณาครั้งนี้คือ กราฟ Safe Operating Area (SOA) แปลเป็นภาษาไทยว่า กราฟพื้นที่ปลอดภัย เรามาทำความเข้าใจกราฟนี้กันก่อนดีกว่า

    รูปที่1 SOA ของทรานซิสเตอร์เบอร์ 2SC5200

     จากรูปที่1เป็นกราฟพื้นที่ปลอดภัยของทรานซิสเตอร์เบอร์ 2SC5200 จาก TOSHIBA กราฟนี้บอกถึงพื้นที่ทำงานที่ปลอดภัย ของแรงดัน VCE และกระแส IC  ที่กำหนด คือถ้าเราใช้งานกระแสและแรงดันภายในพื้นที่ปลอดภัยใต้เส้นกราฟ ตามเงื่อนไขที่กำหนด ทรานซิสเตอร์ก็จะไม่เกิดความเสียหายนั่นเอง เส้นกราฟจุดทำงานที่มีความน่าเชื่อถือได้สูงคือ เส้นหมายเลข 1 ในจุดทำงานที่เป็น DC Operation  ที่เหลือเป็นการทดสอบด้วยสัญญาณ พัลซ์เดี่ยวในระเวลาไม่กี่ ms และทำงานภายในเงื่อนไขอุณหภูมิตัวถัง (Tc) ที่ต่ำเพียง 25องศาเซลเซียสเท่านั้น ผมจะเลือกใช้จุดการทำงาน DC Operation มาใช้ในการคำนวณ เพื่อหาจำนวนทรานซิสเตอร์เอาต์พุตที่เหมาะสม ที่ต้องเลือกใช้จุดทำงาน DC Operation  เพราะต้องเผื่อกรณีที่ตัวถังของทรานซิสเตอร์มีอุณหภูมิสูงจากการใช้งาน มากกว่าที่กราฟกำหนดมาให้ ซึ่งในทางปฏิบัติจะทำให้พื้นที่ปลอดภัยลดลงมาอีก โดยจะยกตัวอย่าง จากเอาต์พุตของวงจรขยาย OCL ที่ใช้แหล่งจ่ายไฟ +/-50Vdc และโหลด เท่ากับ 8 โอห์ม ดังแสดงในรูปที่2 เราจะวัดหา กระแส IC แรงดัน VEC และกำลังงานตกคร่อมเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ออกมา เพื่อให้มองเห็นภาพชัดเจนดังรูปที่ 3

     รูปที่2 การวัดค่ากระแส แรงดัน และกำลังตกคร่อมเอาต์พุตทรานซิสเตอร์

     รูปที่3 ลักษณะของกระแส แรงดัน และกำลังตกคร่อมทรานซิสเตอร์

     รูปที่ 3 เราจะวิเคราะห์จากค่าแรงดัน และกระแสที่ไหลผ่านเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ โดยการซิมมูเลชั่นด้วยโปรแกรม OrCad เพื่อสังเกตดูว่า จะมีกำลังงานที่ตกคร่อมทรานซิสเตอร์สูงสุด ณ.จุดใด ให้ถือว่าจุดนั้นถือเป็นจุดทำงานสูงสุดของเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ จากการสังเกต พบว่าจุดที่ค่าแรงดัน VCE มีค่าเท่ากับ VCC/2 จะมีกำลังงานตกคร่อมเอาต์พุตทรานซิสเตอร์สูงสุด เช่นในตัวอย่างนี้วงจรมีแหล่งจ่ายไฟ +/-50Vdc ในขณะที่ VCE= 25V จะทำให้กำลังงานตกคร่อมตัวเอาต์พุตสูงที่สุดในขณะที่โหลดมีค่า 8 โอห์ม จะมีกระแสไหลได้สูงสุด คำนวณได้โดยกฎของโอห์ม I=E/R แทนค่าในสมการจะได้ 25/8 = 3.125A เราจะนำแรงดัน 25V และ กระแส 3.125A นี้มาพอร์ทในกราฟพื้นที่ปลอดภัยจาก Datasheet ในแกน X,Y ของ VCE และ IC จะเห็นได้ว่า เส้นกระแส IC และแรงดัน VCE ตัดกันภายในบริเวณพื้นที่ปลอดภัย ดังรูปที่ 4 เพียงเท่านี้เราก็สามารถมั่นใจได้เลยว่า เมื่อใช้เอาต์พุตทรานซิสเตอร์เพียง 1 คู่ ตามวงจร เครื่องขยายจะไม่เสียหายจากการใช้งานที่โหลด 8 โอห์ม อย่างแน่นอน ยิ่งเส้นกระแส IC และแรงดัน VCE ตัดกันในตำแหน่งที่ไกลจากขอบเส้น DC Operation เท่าไหร่ ยิ่งมีความปลอดภัยสูงขึ้นเท่านั้น

     รูปที่ 4ตัวอย่างการหาพื้นที่ปลอดภัยโดยใช้กราฟ SOA

     รูปที่ 5 ตารางแนวทางการขนานเอาต์พุตทรานซิสเตอร์

     แถมท้ายด้วยตารางสำหรับเป็นแนวทางการขนานทรานซิสเตอร์ยอดนิยม เบอร์ 2SC5200 และ 2SA1943 สำหรับทรานซิสเตอร์เอาต์พุตเบอร์อื่นก็สามารถใช้วิธีการเดียวกัน โดยอ้างอิงกราฟ SOA จาก Datasheet ของเบอร์นั้นๆ สรุปการขนานเอาต์พุตทรานซิสเตอร์ยิ่งจำนวนมาก ยิ่งทำให้ภาคเอาต์พุตของเพาเวอร์แอมป์ปลอดภัยมากขึ้น แต่บทความนี้เป็นแนวทางที่จะนำเสนอวิธีการจัดการให้เหมาะสม เกิดความคุ้มค่าสูงสุด ยิ่งเป็นทรานซิสเตอร์เบอร์ที่มีราคาแพง การขนานเอาต์พุตทรานซิสเตอร์จำนวนมากๆ อาจเกินความจำเป็น หวังว่าจะมีประโยชน์สำหรับผู้ที่สนใจไม่มากก็น้อย