二极管的温度特性
二极管的温度特性
例题
温度升高时，二极管的正向导通压降是 ©
A. 变大
B. 不变
C. 变小
正确答案：C
二极管的正向导通压降 (V D V_DVD)
概念：当二极管正向偏置（P极接高电位，N极接低电位）时，为了克服PN结内部的内建电场（势垒），需要施加一定的电压。当外加电压达到一定程度，二极管开始大量导电，这个电压就是正向导通压降。
常温下的典型值：在室温（约 25°C 或 300K）下，硅（Si）二极管的正向导通压降一般在 0.6V ~ 0.7V 之间；锗（Ge）二极管在 0.2V ~ 0.3V 之间。
二极管的负温度系数特性
温度系数：二极管的正向压降具有负温度系数（NTC, Negative Temperature Coefficient）。这意味着温度越高，所需的导通电压越低。
经验数值：在保持正向电流恒定的情况下，温度每升高 1°C，硅二极管的正向导通压降大约会下降 2 mV 到 2.5 mV。
表示为：
Δ V D Δ T ≈ − 2 to − 2.5 mV/ ∘ C \frac{\Delta V_D}{\Delta T} \approx -2 \text{ to } -2.5 \text{ mV/}^\circ\text{C}ΔTΔVD≈−2to−2.5mV/∘C
肖克利二极管方程（Shockley diode equation）
I D = I S ( e q V D k T − 1 ) I_D = I_S (e^{\frac{qV_D}{kT}} - 1)ID=IS(ekTqVD−1)
I D I_DID: 二极管的正向电流
I S I_SIS: 反向饱和电流（这是受温度影响最剧烈的参数）
q qq: 电子电量
V D V_DVD: 正向导通压降
k kk: 玻尔兹曼常数
T TT: 绝对温度
- 载流子激增：当温度T TT升高时，半导体内部的热激发加剧，本征载流子浓度呈指数级增加。
- I S I_SIS剧增：载流子的增加导致反向饱和电流I S I_SIS急剧增大（经验法则：温度每升高 10°C，I S I_SIS大约增加一倍）。
- 压降变小：如果我们要维持二极管的工作电流I D I_DID不变，根据公式，由于公式前面的I S I_SIS显著增大，指数项中的电压V D V_DVD就必须减小才能保持等式平衡。
温度升高 → 载流子增加
反向特性
反向饱和电流变大：正如上面提到的，温度升高会使少数载流子增多，导致反向漏电流（反向饱和电流）显著变大。
反向击穿电压变化：
雪崩击穿（电压较高时发生）：温度升高，晶格振动加剧，电子不易积累动能，击穿电压变大（正温度系数）。
齐纳击穿（电压较低时发生）：温度升高，共价键更容易断裂，击穿电压变小（负温度系数）。
在高温环境下，反向电流的增大可能导致二极管过早地进入击穿状态，甚至造成电路损坏。
雪崩击穿和齐纳击穿
是PN结反向击穿的两种机制:
- 雪崩击穿：高电压、轻掺杂、载流子连锁碰撞
- 齐纳击穿：低电压、重掺杂、电场拉断键
雪崩击穿（Avalanche Breakdown）
发生在高反向电压(通常>6V), 掺杂较轻 → 结区较宽 → 电场没那么强
特点总结
电压高
连锁碰撞
电流突然暴增
温度升高 → 击穿电压上升（正温度系数）
齐纳击穿（Zener Breakdown）
发生在低反向电压的时候(通常<5V), PN结掺杂很重 → 结区很薄 → 电场极强, 强电场直接把电子“拉出来”（隧穿效应）
特点总结
电压低
电场强
无需碰撞
温度升高 → 击穿电压下降（负温度系数）
工程应用
🔹齐纳击穿
👉 用在：
稳压二极管（Zener diode）
电压基准
🔹 雪崩击穿
👉 用在：
TVS（二极管防浪涌）
防雷保护
实际工程应用与影响
温度传感器：利用二极管正向压降随温度线性下降（− 2 mV / ∘ C -2\text{mV}/^\circ\text{C}−2mV/∘C）的特性，二极管常被直接用作廉价且精度尚可的温度传感器。
热失控风险：在电路设计中，如果多个二极管（或三极管）并联使用，温度稍高的那个器件压降变小，会抢走更多的电流，导致它进一步发热，最终可能烧毁。因此半导体电路通常需要进行温度补偿设计。
参考链接
二极管温度特性解析：温度变化对二极管性能的影响与应对策略
图文并茂, 写的非常好
常见二极管特性及其典型应用场合梳理_二极管ut温度-CSDN博客
你了解雪崩击穿效应吗？_哔哩哔哩_bilibili