Wieso wird die Spannung an einer Diode mit zunehmender Temperatur geringer?
Hallo,
mir ist bewusst, dass der Widerstand an einer Diode bei steigender Temperatur abnimmt und doe Stromstärke zunimmt, aber wieso nimmt die Spannung auch ab und wie ist das Spannungsverhalten an einem im gleichen Stromkreis geschalteten Festwiderstand(siehe Foto)?
3 Antworten
Hier ist die Gleichung für den Strom durch die Diode (im Durchlassbetrieb):
Id=Is[exp(Ud/Ut) - 1].
Primär ist es der Sperrstrom Is, der auf die Temperatur reagiert (die Temperaturspannung Ut macht relativ wenig aus).
Fall 1: Diode an fester Spannung Ud (ohne Ohmwiderstand in Reihe): Id steigt mit der Temperatur (wegen Is-Anstieg).
Fall 2: Mir R in reihe zur Diode (R>> als Ohmwiderstand der Diode): Der Strom wird primär durch R bestimmt und bleibt - fast - konstant (wenn Spannungsquelle konstant bleibt). Bei steigender Temperatur (und steigendem Io) muss deshalb Ud kleiner werden. Die Physik sagt: Etwa -2mV/grad.
Fall 3: R und Diodenwiderstand etwa gleich groß: Spannungsänderung an der Diode ist geringer als -2mV pro Grad Temperaturänderung (Mischfall aus 1 und 2). Zeichnerische Lösung sinnvoll.
Ergänzung/Erklärung: Der Sperrstrom Io ist ein Maß für die Elektronen-Beweglichkeit, die mit der Eigenenergie zusammenhängt. Deshalb taucht Io auch als Faktor oben in der Gleichung auf. Damit sind Energie und Beweglichkeit von der Temperatur abhängig. Höhere Temperatur bedeutet mehr Beweglichkeit und damit mehr Leitfähigkeit. Das kann formelmäßig ausgedrückt werden durch die obige Gleichung für Id.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/0701291.htm
Temperaturverhalten von HalbleiternHalbleiterbauelemente wie z. B. Dioden oder Transistoren ändern ihren Innenwiderstand bei Temperaturänderung. Somit nimmt die Temperaturänderung Einfluss auf das Strom-Spannungsverhalten von Halbleitern.
Die Ladungsträgerbeweglichkeit in einem Halbleitermaterial wird durch die Temperatur beeinflusst. Bei einer höheren Temperatur stoßen die Ladungsträger öfter zusammen und werden somit unbeweglicher. Doch gerade durch die höhere Temperatur werden weitere Ladungsträger aus dem Halbleitermaterial frei, was zur Erhöhung der Leitfähigkeit führt. Die Eigenleitung des Halbleiters steigt. Das führt zu einem größeren Sperrstrom (R = Reverse).
Das Diagramm beschreibt die Abhängigkeit des Sperrstroms von der Sperrschichttemperatur bei einer Silizium-Diode. Der Sperrstrom wächst annähernd exponentiell mit steigender Temperatur.
Bei steigender Temperatur nimmt der Durchlasswiderstand (F = Forward) eines Halbleiters ab. Die Schwellspannung (Diffusionsspannung) wird dadurch etwas herabgesetzt.
Das Diagramm beschreibt beispielhaft die Abhängigkeit des Verlaufs der Durchlasskennlinie von der Sperrschichttemperatur der Diode BAY 41.
Das Temperaturverhalten einer Diode beeinflusst ihr Sperrverhalten. Mit steigender Temperatur nimmt der Sperrstrom zu. Das Durchlassverhalten bleibt davon nahezu unberührt. Mit steigender Temperatur wird der Durchlasswiderstand und somit die Schwellspannung etwas geringer. Die Durchlassspannung einer Diode ändert sich linear mit etwa -2 mV pro Grad Celsius (°C). Je höher die Temperatur, umso niedriger die Durchlassspannung.
Durch das Verstärken dieser Spannungsänderung lässt sich ein einfaches Temperaturmessgerät realisieren.
Zitat: "Doch gerade durch die höhere Temperatur werden weitere Ladungsträger aus dem Halbleitermaterial frei, was zur Erhöhung der Leitfähigkeit führt".
Mmmhh...das ist nun nicht ganz richtig. Eigentlich ist genau das Gegenteil der Fall. Die e-Funkton zeigt es: exp(Ud/Ut).
Bei steigender Temperatur steigt Ut und damit SINKT der Exponent der e-Funktion und damit der Strom. Aber dieser Effekt ist in der Praxis unbedeutend, denn der Anstieg von Io (Sperrstrom) überdeckt diesen Effekt völlig.
In einer Reihenschaltung teilt sich die Spannung auf. Die Diode ändert Ihren Widerstand mit zunehmender Temperatur was das Spannungsverhältnis der beiden Verbraucher ändert.