Temperaturkoeffizient der Diode
Einleitung
Die Diode ist ein Halbleiterbauelement. Wie wir in den Grundlagen zum Halbleiter gelernt haben, ist der Halbleiter stark temperaturabhängig. Daher ist auch die Diode ein temperaturabhängiges Bauelement.
Diese Temperaturabhängigkeit wird mit dem sogenannten Temperaturkoeffizient beschrieben.
Der Temperaturkoeffizient (TK) der Diode ist negativ und liegt bei ca -2mV pro Kelvin.
In diesem Beitrag beschäftigen wir uns allgemein mit dem TK und ziehen den Bezug zur Diode. Anschließend schauen wir uns noch ein praktisches Beispiel an.
Was ist eine Temperaturkoeffizient?
Die Diode ist ein temperaturabhängiges Bauelement. Um das Verhalten im Bezug zur Temperatur zu beschreiben, wird der sogenannte Temperaturkoeffizient (TK) eingesetzt.
Der TK beschreibt in der Elektrotechnik das Verhalten einer physikalischen Größe bei der Änderung der Temperatur. In der Elektrotechnik unterscheidet man gerne zwischen Heißleitern und Kaltleitern.
Der Heißleiter hat einen negativen TK. So wie der Name sagt, leitet der Heißleiter bei heißen bzw hohen Temperaturen besser. Der Widerstand ist also bei hohen Temperaturen geringer.
Andersherum hat der Kaltleiter einen positiven TK. Auch hier beschreibt der Name schon das Verhalten. Bei kalten bzw niedrigen Temperaturen wird der Strom besser geleitet. Also ist der Widerstand bei niedrigen Temperaturen dann geringer.
Prinzipiell sind alle Metalle Kaltleiter. Die Diode ist ein Heißleiter.
Erklärung – Temperaturkoeffizient der Diode
Der Temperaturkoeffizient eines PN-Übergangs ist negativ. Das bedeutet, mit zunehmender Temperatur wird der Widerstand kleiner.
Also je heißer die Diode ist, desto kleiner ist der Widerstand.
Bei einer Silizium Diode liegt der TK bei ca -2mV/K (bezogen auf die Durchlassspannung). Die Diode ist ein Heißleiter.
Er ist über einen weiten Temperaturbereich einigermaßen konstant. Hat also eine einigermaßen lineare Kennlinie.
⇨ Durchlassspannung
Datenblatt
Im Datenblatt der Diode 1N4148 kann der Temperaturkoeffizient auch abgelesen werden.
Der Link zum Datenblatt:
⇨ Datenblatt
In der Fig1 ist die Spannung in Bezug zur Temperatur dargestellt.
Zunächst ist zu sehen, dass die Kennlinie ziemlich linear ist.
Um den Temperaturkoeffizient zu ermitteln, schauen wir uns als Beispiel die Kennlinie bei 1mA an.
Bei 0°C liegt die Spannung bei ca. 0,65V und bei 30°C bei ca. 0,6V.
Daraus folgt eine Spannungsdifferenz von -50mV bei einer Temperaturdifferenz von 30°C entspricht 30K.
30K -> -50mV => 1K -> -1,667mV
Somit haben wir hier einen TK von -1,667mV/K. Das Ergebnis ist natürlich nicht sehr präzise, da es hier direkt aus der Kennlinie abgelesen wurde und die Beschriftung etwas grob ist.
Ungefähr stimmt das Ergebnis aber mit der Theorie überein.
