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热敏电阻:半导体产品具有不同类型的温度系数

发布时间:2017/8/24    访问人数:91次
半导体产品具有不同类型的温度系数。为了用好电阻或正向压降及其随温度的变化等参数,设计师必须充分理解各种器件的温度系数。

首先解释一下正温度系数和负温度系数的区别。
如果一个元件的电阻随着温度的上升而减小,那么这个元件就具有负温度系数。
如果一个元件的电阻随着温度的上升而增加,那么这个元件就具有正温度系数。
在电阻与温度关系图中很容易看出温度系数的正负极性。随着温度的上升,正斜率指示的是正温度系数,负斜率指示的是负温度系数。
本文将讨论流行的功率半导体的温度系数及其在电路中的正确处理。维基百科对半导体温度系数有权威描述。

半导体电阻的负温度系数

半导体材料温度的上升将使载流子浓度提高,这将导致更多数量的载流子复合,从而提高半导体的电导率。电导率的提高使半导体材料的电阻随温度的上升而减小,形成电阻的负温度系数。

对于基础半导体理论,特别是基于结点的器件,比如双极结型晶体管(BJT)和二极管,这是完全正确的。然而,像MOSFET和IGBT等元件事实上有电阻性沟道,会影响温度系数的行为。

在工程技术学校,半导体理论总是从半导体结点产生的具有不同p和n浓度的能隙开始讲起。通过将能量注入半导体,电子获得热能,进而补充电子能量,这样传导时就要求更少的正向偏置电流。同样,当阻断电压时,二极管结点的漏电流随温度上升而增加。在一个功率因子校正电路中我首次亲眼看到一些600V硅肖特基二极管开始碎裂。随着它们的快速扩张,波形呈熔岩灯式扩张。幸运的是,在危险发生之前我切断了电路。只要提一下摩托罗拉不再开展半导体业务就能够理解了。下面来看图吧。

从图1中可以看出,正向电压随温度上升而下降。正向电压的这种改变是可预测的,因此经常作为测量独立器件结点温度的一种方法。
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图1:正向电压随温度上升而下降。

前面提到的温度系数趋势与硅有关。碳化硅(SiC)和氮化锗(GaN)等较新材料的温度变化与硅有很大区别。

至于MOSFET,它们有着如图所示的正温度系数,其中的Rds(on)随温度上升而增加。这是由MOSFET基底本身的电阻和器件的厚度造成的。更厚的器件可以承受更高的电压,因此具有更高的导通电阻。
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