¿Cuál es el efecto de la temperatura en el diodo semiconductor?

Los diodos son dispositivos semiconductores. Sin embargo, la conductancia de los semiconductores aumenta con el aumento de la temperatura, eso es solo cuando son intrínsecos e imparciales. Además, ese aumento es solo hasta cierto nivel de temperatura; Un incremento adicional de la temperatura también puede alterar el comportamiento del dispositivo. Las propiedades de los semiconductores (y también de todos los demás materiales) cambian considerablemente cuando están dopados o sesgados.

El diodo alcanzará su punto de activación (típicamente 0.7 v para el diodo de Si) a un voltaje más bajo con aumento de la temperatura ambiente, y a un voltaje más alto para temperaturas bajas.

Del mismo modo, alcanzará su ruptura de Avalanche a un voltaje más alto (negativo) con una temperatura ambiente más alta y viceversa.

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Espero que sea de ayuda!

Esto está prácticamente copiado y pegado de una de mis otras respuestas:

Esta es una pregunta bastante difícil de responder sin conocer su nivel de física de semiconductores.

Básicamente, a medida que aumenta la temperatura, aumenta la concentración de portador intrínseco. Esto empuja el nivel de fermi más cerca del nivel de fermi intrínseco (el medio del intervalo de banda). Dado que el potencial incorporado de un diodo está determinado por la diferencia en los niveles de fermi en las regiones de tipo p y de tipo n, el nivel de fermi en cada región se acerca al centro de la brecha y el potencial incorporado es disminuido

Este es también un importante contribuyente de por qué el rendimiento de las células solares disminuye a altas temperaturas. El voltaje de funcionamiento de una célula solar está relacionado con el potencial incorporado del diodo. A medida que una célula solar se calienta, el voltaje se reduce y, por lo tanto, la potencia de salida se reduce.

Otro efecto que puede considerarse: a medida que aumenta la temperatura de cualquier semiconductor, se reduce su separación de banda. Esto significa que una célula solar producirá un poco más de corriente. Sin embargo, esto no es suficiente para compensar la disminución de voltaje.

¿Cuál es el efecto de la temperatura en el diodo?

La temperatura tiene un gran efecto en un diodo. Comenzando con la ecuación de diodo ideal que puede resolver para T:

[matemáticas] I = I_o * [exp (\ frac {qV} {kT} – 1)] [/ matemáticas]

divide ambos lados por Io, toma el logaritmo natural y haz una manipulación adicional para obtener:

[matemáticas] T = q / k * [\ frac {V} {ln (\ frac {I} {I_o} + 1)}] [/ matemáticas]

Observe que para una corriente igual, el voltaje a través del diodo es proporcional a la temperatura.

Si ejecuta una pequeña corriente constante a través del diodo utilizando una fuente de corriente, el diodo se convierte en un termómetro muy sensible. Es genial incrustar en circuitos integrados para comprender la temperatura de funcionamiento. Múltiples diodos en el circuito le darán una distribución de temperatura. Como ningún diodo es precisamente ideal, debe calibrar el efecto … pero funciona.

Los parámetros del diodo de unión PN como la corriente de saturación inversa, la corriente de polarización, el voltaje de ruptura inversa y el voltaje de barrera dependen de la temperatura. Matemáticamente, la corriente de diodo viene dada por

I = IS ∗ (exp ((V / (n ∗ k ∗ T / q))) – 1)

Por lo tanto, de la ecuación concluimos que la corriente debería disminuir con el aumento de la temperatura, pero ocurre exactamente lo contrario, hay dos razones:

El aumento de la temperatura genera más pares de electrones, por lo tanto, la conductividad aumenta y, por lo tanto, aumenta la corriente. El aumento de la corriente de saturación inversa con la temperatura compensa el efecto del aumento de la temperatura. La corriente de saturación inversa (IS) del diodo aumenta con el aumento de la temperatura. El aumento es del 7% / ºC tanto para germanio como para silicio y aproximadamente se duplica por cada aumento de temperatura de 10ºC.

Por lo tanto, si mantenemos el voltaje constante, a medida que aumentamos la temperatura, la corriente aumenta. El voltaje de barrera también depende de la temperatura, disminuye en 2mV / ºC para germanio y silicio.

El voltaje de ruptura inversa (VR) también aumenta a medida que aumentamos la temperatura.

Está cerca de un cambio de -2 mV en la caída de voltaje, por grado C. La caída de voltaje a 20C varía bastante, de 0.1 voltios para un diodo schottky, a 0.3 voltios para un diodo de germanio, a 0.7 a 0.8 voltios para diodos de silicio , dependiendo de cuánto estén dopados e infundidos en oro, hasta varios voltios para los LED.

Esta caída de voltaje es un gran dolor para los diseñadores de circuitos integrados, ya que afecta el voltaje de compensación de cualquier etapa de amplificador de CC. Entonces tienen que jugar trucos, como usar pares diferenciales balanceados en cada etapa para que las caídas de voltaje se cancelen. Incluso entonces, puede haber una diferencia sustancial de temperatura entre dos transistores adyacentes si uno de ellos está más cerca del lado más caliente del chip, por lo que los diseñadores deben tener aún más cuidado, ajustando la geometría y la colocación de los transistores, incluso para fuera de las temperaturas a través de los pares diferenciales.

Ahora usan software de simulación para esto, pero mi padre solía usar papel Western Union o MexiTelCo (un papel conductor de telegrama-fax) para hacer modelos analógicos de corriente y flujo de calor. Por 20 centavos, podría hacer un modelo algo relevante de calor o flujo de corriente. En general, podría preparar uno de estos modelos antes de que el otro tipo pudiera leer las instrucciones sobre cómo ingresar los datos al programa (en ese momento tenía que perforarlo en las tarjetas).

Sería una larga explicación.

Los transistores hechos de material semiconductor son muy sensibles a los cambios de temperatura. Con el aumento de la temperatura, varían varios parámetros del transistor.

1. Hay un aumento en la corriente de fuga desde el colector al lado del emisor , esto se debe al aumento en los portadores de carga minoritarios. La temperatura afectará en gran medida el nivel de fuga y siempre que no fluya una corriente dañina, el dispositivo debería recuperarse cuando los parámetros vuelvan dentro de las especificaciones. Los portadores mayoritarios son los electrones libres responsables de la corriente directa normal a través del dispositivo.
2. Esto provoca un aumento en la corriente del colector. Como la corriente del colector está de alguna manera relacionada con la corriente de saturación inversa. Este aumento en la corriente de saturación inversa como causa fugas térmicas. El escape térmico es el calor generado en el transistor debido al aumento de la corriente del colector.
3. La temperatura del colector aumenta, por lo tanto, el ciclo continúa hasta tal punto que el transistor se quema
4. El voltaje entre la base y el emisor disminuye. Así, el punto Q o el punto de operación se desplaza hacia la región de saturación
5. Hay un aumento en la ganancia de corriente del emisor común debido al aumento de la temperatura.

Por lo tanto, desde los puntos anteriores, está claro que el aumento de la temperatura tiene un efecto acumulativo del cambio de la corriente de fuga, el voltaje de polarización directa del emisor base, el cambio en la ganancia de corriente del emisor, que son factores importantes para nuestra corriente de salida.

Para abordar estos cambios, utilizamos diferentes técnicas de polarización para proporcionar suficiente estabilización térmica.

• Sesgo fijo. (no es muy efectivo pero muestra algunas mejoras con pocos componentes).
• Colector a base de sesgo.
• Sesgo de retroalimentación del emisor.
• Potencial divisor sesgo. ( La salida es independiente de la ganancia del emisor, por lo que es el mejor de todos los métodos de polarización ) .

Sugiera cualquier cambio o punto que deba modificarse.

Gracias.

La temperatura afecta todo en un cristal semiconductor. Si las cosas se calientan, entonces es más probable que un electrón se agite y golpee a otro electrón a un nivel de energía más alto.

Lo que esto implica es que la población de operadores de cargos móviles aumentará con la temperatura. Es decir, este dispositivo realmente conducirá mejor la corriente si funciona a temperaturas más altas. Compare eso con las resistencias que tienen su conductividad caída con temperaturas más altas. Muy genial.

El efecto de la temperatura se puede ver mucho en la condición de polarización inversa porque la corriente de saturación inversa de un diodo de silicio se duplica por cada 10 ° C de temperatura que se eleva. Se puede escribir como

I2 = I1 * 2 ^ (T2-T1 / 10)

En el sesgo hacia adelante, se desplaza a 2.5mV por ° C

Cuando la temperatura si el diodo aumenta, entonces su corriente también aumenta a medida que crea un par de electrones en el diodo … pero si la temperatura aumenta muy grande, entonces permitirá que fluya una corriente muy grande debido a la ruptura y dañará el diodo.

Esto está cubierto casi por completo por la ecuación del diodo, el famoso trabajo de William Shockley.

Ecuación de diodo | Educación PVE

Tiene una gran explicación de la ecuación del diodo. Hay algunos gráficos interactivos muy buenos que muestran el efecto de la temperatura en un gráfico de diodo IV mientras mueve el control deslizante de temperatura.

Todos los diodos semiconductores, las uniones pn se ven afectadas por la temperatura, el voltaje de barrera disminuye con el aumento de la temperatura y viceversa.

Depende. Mira la hoja de datos del dispositivo que te interesa.