运放参数的详细解释和分析-part25, 运放的热阻

又忙了一段时间,今天终于抽出点时间把运放参数的详细解释系列博客写完了。最后一小节还是写点,非常重要而极易被人忽略的问题——运放的热阻。

在运放的datasheet中经常见到如下表所示的参数:来自THS3091的datasheet.

经常看到两个参数,但又常被人忽略。下面先解释什么叫热阻。半导体封装的热阻是指器件在消耗了1[W]功率时以产生的元件和封装表面或者周围的温度差。这听起来有点难理解,看下面的图,和公式。

TJ= PD( RθJA) + TA

公式看上去有些难理解,一点一点解释。TA是指芯片的环境温度。Tj是指芯片的结温,也是指芯片内部Die的温度。这两者之间的温度差只与芯片的功耗和热阻有关,那通过上面的公式,可以计算出热阻的定义公式:

            上面的定义可以知道热阻的单位,是 温度/功耗。 这也就是上面第一个表格中看到的热阻单位。

            上面说完了热阻的定义,下面就说说常见到的两个热阻参数。第一个是θJC, 这个是表示,芯片内部结温junction和芯片封装外壳case之间的热阻, 这个值一般相对比较小。别一个是θJA,这个是表示芯片结温junction与芯片ambient的环境之间的热阻,这个热阻一般要比θJC大一些。这是由于芯片的外壳向周围环境散热要难一些。因此我们在实验室的室温环境下,去摸高功耗的芯片外壳还是很热。

关于运放的热阻听了上面的一大堆理论后,看下面的图,画的非常清淅,θCA也有清淅的示意。

 

上面讲了很多理论,最后说一点热设计的注意事项。当芯片的工作电流非常大时,芯片的封装热阻比较大时,就要注意散热设计了。如THS3091用+/-15V供电工作在高频时,输出信号幅度又大时,电流可以达到50mA之上。此时芯片的功耗为1.5W以上。采用无散热pad的芯片时,温升会非常高。芯片的datasheet上的热阻是在JEDEC标准定义的板子上测试的。一般实际的电路板散热可能没有那么好,

芯片datasheet上一般给出最高结温为150°C。但长时间工作的芯片,结温不能超过125°C。下面是THS 3091的datasheet中给出的最大结温参数。

关于芯片散热设计请参考下在的应用手册

http://www.pa.msu.edu/hep/d0/ftp/run2b/l1cal/hardware/component_information/ti_slma002_power_pad.pdf

 

本系列博文至此完。

写在最后:

         断断续续近四个月的时间,终于把运放的基本参数的详细解释和分析系列主题贴完成了。由于时间仓促,内容难免有些粗糙和不完善,其中还不乏错误,有细心的读者认真的指出了几个错误,在此非常感谢网友的支持。这个系列博文其实也是反应了我自己学习运放的过程。因此在四个月前,决定把它们写成文档。有兴趣的网友,欢迎跟贴进一步完善关于运放参数的解释。

接下来可能会开两个主题,一个是关于电流反馈式运放的原理。另一个是关于运放的测试。

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