電晶體功耗通常使用兩個密切相關的指標來列出，包括環境溫度 (T_A) 和外殼溫度 (T_C)。例如，考慮 onsemi 的 TIP41BG NPN 電晶體的規格書在設計上兩者的最大額定值，如圖 1 中突出顯示部份。使用外殼溫度假設時，功耗列為 65W。使用環境溫度假設時，功耗降至 2W。了解這兩種規格之間的差異對於可靠的設備設計至關重要。
圖 1：摘自 onsemi TIP41 規格書，其中總功耗部分以紅色突出顯示。
技術提示：總功耗是絕對設計最大額定值 - 在任何情況下都不得超過。為了獲得較長的可靠設備壽命，請遠離設計最大值。另外，避免在多個維度上同時對組件施加壓力。試想一想，在 80VDC 和 65W 總功耗下同時運行 TIP41BG 和 V_CE 的設計下，不太可能提供長期可靠性。
什麼是電晶體環境溫度？
環境溫度是電子設備外殼內的空氣溫度。半導體普遍採用 25 攝氏度（77 華氏度）的室溫基準。請注意，這假設空氣靜止（不動），沒有風扇或其他強製冷卻機制。
查看這種情況的更好方法是假設溫度探頭放置在外殼中。溫度探頭測量空氣溫度，與所考慮的電晶體沒有物理連接。
技術提示：環境功耗指標假設沒有散熱器。在這些條件下，被選的 TIP41 電晶體的功耗不超過 2W。
什麼是晶體管外殼溫度？
外殼溫度直接在電晶體上測量。對於被選的 TIP41，我們可以直接在電晶體的金屬片上讀取溫度讀數。
了解此基準的一個有用方法是假設使用理想（無限）散熱器將電晶體外殼保持在 25 攝氏度。在這些理想條件下，特色 TO-220 電晶體可承受 65W 功耗。
技術提示：在所有情況下，最大功耗指標都與半導體晶片的核心溫度相關。透過從 T_A 和 T_C 向後推算，我們發現相同的最大晶片接點溫度 T_J。因此，考慮到「接面到外殼」和「接面到環境」的熱阻，T_A 和 T_C 指標提供了一種方便的方法來視覺化電晶體的功能。
溫度升高時降額
規格書指定的最大耗電量附有降額條款。在此範例中，總環境功耗指定為 2.0W，降額為 0.016 W/°C，而外殼溫度降額為 0.52 W/°C。我們可以使用這些數字來計算晶體管在高溫下的最大功耗。
環境溫度升高範例
環境溫度設為 50 攝氏度，這是封裝在小型外殼中的電子設備的實際「居住」溫度。
總功耗計算如下：
P_D = 2 – 0.016 (50-25) = 1.6 W
如果我們允許 25% 的安全餘裕，則建議的最大連續功耗為 1.2W。
外殼溫度升高範例
類似的範例可用於升高的外殼溫度計算。使用相同的 50 攝氏度範例，我們計算最大功耗為：
P_D = 65 – 0.52 (50-25) = 52 W
在我們 25% 的安全餘裕下，電晶體的最大功耗約為 40W。與之前一樣，我們假設優質散熱器能夠在最壞情況下保持 50 攝氏度。請參考另一文章「A Thermal Management Example (Part 2: When Datasheets Attack)」提供更多散熱器計算。當我們考慮熱界面材料以及適當散熱器的尺寸和成本時，您會發現 保持 40W 額定值可能難以實現。
完結前的感想
確定最大功耗需要仔細分析，以確保設備的較長使用壽命。我們首先認識到晶片溫度是電晶體功耗的限制因素。環境溫度和外殼溫度只是表達相同訊息的便捷方式。環境溫度不包括散熱器，而外殼溫度則假設有理想散熱器。建議參考「A Thermal Management Example (Part 2: When Datasheets Attack)」以獲取實際計算方面的協助。
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