🎯 單元目標
完成本單元後，你將能夠：
- 理解 BJT 的功率耗散來源（熱從哪來）
- 認識最大功率與安全操作區（SOA）的意義
- 建立「電壓 V、電流 I、功率 P」三者關係直覺
- 知道何時該換 MOSFET / 功率元件（選型的界線）
🧭 一、先給核心觀念（工程版）
BJT 壞掉最常見不是「壞掉」，是 被你用到過熱。
過熱的來源：
- 👉 功率耗散太大
- 👉 熱散不出去（散熱不足）
一句話：
👉 BJT 是把電變成熱的機器，你要讓它有路把熱排出去。
🧑🏫 二、初學者白話說明（超好懂版）
1) 什麼叫「功率耗散」？
功率耗散就是：
👉 你放在晶體上的電壓 × 流過它的電流
這些能量很多都變成「熱」。
想像 BJT 是一個「水壩」：
- VCE 是壩的高度（壓力）
- IC 是水流量
- 高度高 + 流量大 → 壩承受的能量超大 → 會裂
✅ 結論：
👉 同時高電壓 + 高電流 = 最危險（熱瞬間爆）
🧠 三、功率耗散從哪來（核心公式）
PD = VCE × IC
ASCII 直覺：
VCE（壓在晶體上）
C o----[ BJT ]----o E
↑ ↑
熱= V×I
IC（流過的電流）
🧠 四、危險區直覺：高 V × 高 I
把 VCE–IC 平面想像成「危險地圖」：
IC ↑
| 危險（熱爆）
| █████████
| ███████████
| █████████████
| ███████████████
|_______________________→ VCE
低V低I 高V高I
工程上最怕兩種：
- 線性區當功率調節器（VCE 大、IC 也大）
- 瞬間脈衝超 SOA（短時間也可能炸）
🧠 五、最大功率限制（Pmax）
Datasheet 會標：
- Pmax（最大耗散功率）
- 以及 Tj,max（接面最高溫）
超過後：
- 👉 接面溫度超標
- 👉 結構永久破壞（退化、漏電變大、最後短路或開路）
✅ 初學者關鍵句：
👉 Pmax 通常是「在特定散熱條件下」的數字（散熱不好，實際可用更低）
🧠 六、安全操作區 SOA（真正保命的圖）
SOA 是 datasheet 上的「允許你同時承受 VCE 與 IC 的範圍」。
ASCII 示意（概念就好）：
IC
│\
│ \ 安全操作區（SOA）
│ \
│ \
│ \______
│ \ ← 這邊可能受二次崩潰限制
└────────────── VCE
在曲線內：✅安全
超出曲線：❌可能瞬間損壞（尤其脈衝或局部熱點）
🧠 七、二次崩潰 Second Breakdown（BJT 特別怕）
白話：
👉 不是整顆平均變熱，是某一小塊先變超熱，形成熱點，瞬間擊穿。
ASCII 直覺：
整顆晶體平均還好
但某區域電流密度太大 → 熱點 ●
● 變得更導通 → 吃更多電流 → 更熱 → 直接爆
這也是為什麼：
- BJT 在線性區（當調節器）比 MOSFET 更容易出事
- SOA 會特別畫出「二次崩潰限制線」
🧠 八、工程對策（實務最常用）
- 降額使用（Derating）
- 不要把規格當目標
- 加散熱片 / 增加銅箔面積
- 用功率電晶體 / 適當封裝（TO-220 等）
- 改用 MOSFET（尤其開關型負載）
- MOSFET 開關損耗可控，導通時 RDS(on) 小 → 熱較好管
- BJT 在「線性大功率」很容易踩到二次崩潰
🧾 九、一句話記住本單元
🔥 規格是牆，不是目標。
（設計就是在幫元件留活路）
🔬 電子學實驗題（36/120）
實驗名稱：觀察功率耗散對溫升影響
🎯 實驗目的
- 觀察 PD 增加時，晶體溫度上升
- 建立「VCE、IC、PD」三者直覺
- 做一個對照：加散熱 vs 不加散熱
🧰 實驗器材
- 功率 BJT（建議 TO-220 封裝）
- 直流電源
- 電阻（負載 RL、基極限流 RB）
- 萬用電表（至少 2 支）
- 溫度計 / 紅外測溫
- （可選）小散熱片
🔧 實驗接線 ASCII 圖（更安全、可控電流版）
A. 以「可控基極電流」推動負載（比直接硬推安全）
+VCC
|
[RL]
|
o----- C
| |\
Vin--[RB]----| > NPN
|/
o-------- E
|
GND
量測點：
Vc（集極）、VCC、以及 RL 兩端電壓
B. 量測功率用的關鍵量
你要算：
- IC（可用 RL 上的壓降推）
- VCE（直接量 C–E）
IC ≈ VRL / RL
VCE = VC - VE （VE≈0 時 VCE≈VC）
PD = VCE × IC
🔧 實驗步驟（可重現、數據漂亮）
Step 1：先設定低功率起跑
- 讓 IC 小一點（調大 RB 或用小 Vin）
- 量：
- VRL（或直接量 IC）
- VCE
- 溫度 T（起始）
Step 2：逐步增加電流（分 3~5 段）
每一段都記錄：
- VRL → 推 IC
- VCE
- 計算 PD
- 溫度 T（等待 20~40 秒讓溫度趨穩更好）
Step 3：做散熱對照（加分但很有感）
- 同樣的 PD 段落
- 不加散熱片 vs 加散熱片
比較溫升差異
📊 預期觀察
- PD ↑ → 溫度 T ↑（明顯正相關）
- 同 PD 下：
- 有散熱片 → 升溫較慢、穩態溫度較低
✅ 專業解析（ASCII＋實務說明）
解析一、為什麼「線性區」最容易燒？
當你讓 BJT 同時：
- VCE 還很大（像壓著很多電壓）
- IC 也很大（流很多電流）
就是 PD 爆炸：
PD = VCE × IC
高V + 高I → 熱爆
解析二、SOA 的工程意義：不是算 Pmax 就夠
很多初學者只看 Pmax，但忽略：
- SOA 會限制某些 VCE、IC 組合（含二次崩潰）
- 脈衝條件與散熱條件會改變可用範圍
✅ 實務句：
👉 能不能用，要看 SOA，不只看 Pmax。
解析三、什麼時候該換 MOSFET？
你可以用這個簡單判斷：
- 若你是在「開關」負載（PWM、馬達、LED 調光、電源）
👉 多半 MOSFET 更合適（效率高、熱好管） - 若你必須在線性區吃功率（當可變電阻/線性調節）
👉 BJT 要非常小心 SOA / 二次崩潰 / 散熱 👉 有時要改成「功率元件 + 熱設計」或乾脆換拓樸
🧠 工程結論
👉 設計就是在幫元件留活路：
看 PD = VCE×IC 只是第一步，真正保命的是 SOA + 降額 + 散熱 + 正確元件選型。
規格不是拿來用到滿，是拿來避開死亡區。
