パワートランジスターはそれ自体の発熱でなぜ壊れないの？

質問

本来は「オーディオ」のカテゴリーで質問するべきなのでしょうが、マニア諸氏には多分難解？と思い、あえて専門的に物理に詳しい方のご回答を頂けたらと思いました。

パワートランジスター（特にメタルキャン型）は相当発熱しますよね。
特にＡ級アンプなどでは触るとマジで火傷するくらいです。
入力（ベース）は増幅されてコレクタから出力されること、またコレクタ損失というくらいなので金属ケース自体がコレクタであるということは分かっていますが・・・
本来、シリコンやゲルマニウムといった半導体は熱に極端に弱いはず。
それなのに動作しているときにあれほどの熱を出すのは一見、矛盾しているように思えます。（発熱によって素子自体破壊しないの？）
長年のこの疑問にお答え頂けると喜びます。

回答No.7

himara-hus

＃１です。
半導体が熱に弱いと言うのは、金属（導体）、絶縁体、半田、抵抗・コンデンサ・コイル等の部品に比べて弱いと言っているだけで、生物などと比べて弱いと言っているわけでは有りません。

　トランジスタは半導体と言われるように金属と絶縁体の間の特殊な性質を持っています。
　抵抗が発熱することはご存知ですね。
　Ｉ＝Ｖ／Ｒ　、　Ｐ＝ＩＸＶ　の電力で発熱します。

　トランジスタも同じです。
　Ｐ＝ＩＸＶ　
　Ｉはトランジスタに流れる電流、Ｖはトランジスタのコレクタエミッタ間電圧になります。
　厳密に言うと、上記電力から出力した電力を除くものが、トランジスタで消費される電力（コレクタ損失という）で、熱に変ります。

　例えば、トランジスタをスイッチング回路として使う場合は、ＯＮの時はＶがゼロに近く（約０．２Ｖ）、ＯＦＦの時はＩがゼロですから、電力は小さくなります。
　アンプはＡ級（バイアス）アンプだと出力に比べて効率が悪く、Ｃ級アンプは効率が良くなります。その為大電力アンプにはＣ級アンプやプッシュプルアンプが使われます。
　半導体は、電子機器の部品の中ではやはり自ら熱を出しかつ熱に弱い部品ですから、熱設計が非常に重要なものとなっています。（つまり、壊れないように設計されているということです）
　ＬＳＩのようにスイチング回路ばかりの集まりでも、やはり集積度が上がると熱の発生が無視できずに放熱フィンをつけたりＦＡＮをつけたりして対策をしています。身近な例だとパソコンのＦＡＮ。
　また、大電力アンプは、大きな放熱フィンやＦＡＮで熱対策をしています。

お礼

再度のご回答ありがとうございます。

＞半導体が熱に弱いと言うのは、（中略）・・生物などと比べて弱いと言っているわけでは有りません。

このことを誤解しておりまして・・・半導体にとって１００℃位は何ともないのですね。我々は５０℃で、もはや相当熱く感じますので。

Trの主な働きは電力増幅とスイッチングですね（一応知っております）。
半導体は、電子機器の部品の中ではやはり自ら熱を出しかつ熱に弱い部品です・・・ここなんです。あれほどの発熱をするので自らデバイスが自己破壊しないのかと懸念しまして・・・Ａ級アンプのパワーTrやＰＣのＣＰＵ（ＬＳＩ）などはフィンやファンによる強制空冷しないと破壊してしまうのですね。まさにソリッドステートのエンジンそのもの！といった印象です。