🎯 單元目標
完成本單元後，你將能夠：
• 知道溫度如何影響正向導通電壓
• 理解為何漏電流會隨溫度上升• 建立溫度與載子能量的物理直覺
• 知道工程師如何處理溫度效應
🧭 一、先給核心觀念
溫度上升代表：
👉 載子平均能量上升
👉 載子更容易跨越 PN 接面的位障
因此：
👉 二極體 I–V 特性一定改變
👉 而且改變幅度不可忽視
🧠 二、溫度對 I–V 曲線的整體影響
I
│ T高
│ /
│ /
│ /
│ /
│______/________ V
│ /
│ / T低
溫度升高：
👉 曲線整體向左移
👉 在同一電流下，所需電壓較小
⚡ 三、正向導通電壓如何改變
溫度上升：
👉 位障降低
👉 載子更容易注入
結果：
👉 正向壓降下降
工程經驗值：
👉 約 每上升 1°C，Vf 下降約 2 mV
🧠 四、反向漏電流如何改變
溫度上升：
👉 熱產生載子增加
結果：
👉 漏電流呈指數型上升
工程意義：
👉 高溫下反向漏電不可忽略
🧭 五、溫度對崩潰行為的影響
• 齊納崩潰 → 溫度升高，崩潰電壓下降
• 雪崩崩潰 → 溫度升高，崩潰電壓上升
🧾 六、一句話記住本單元
🌡️ 溫度升高：
👉 正向壓降下降
👉 漏電流上升
🔬 電子學實驗題（15/120）
實驗名稱
溫度對二極體 I–V 曲線與導通電壓的影響
🎯 實驗目的
觀察不同溫度下二極體 I–V 曲線與導通電壓變化。
🧰 實驗器材
• 矽二極體
• 可調直流電源
• 萬用電表 ×2
• 電阻
• 吹風機或熱風槍
• 溫度計（若有）
🔧 實驗接線 ASCII 圖
+V o----[R]---->|----o GND
|
(Vmeter)
🔧 實驗步驟
- 室溫量測 Vf、If
- 加熱二極體 10～20 秒
- 立即再次量測
- 比較數據
📊 預期觀察
加熱後：
👉 相同電流下，Vf 變小
✅ 專業解析
溫度升高 → 載子能量提高 → 位障較易跨越
❓問題一
為何溫度上升會使導通電壓下降？
解析：
二極體的電流與電壓關係本質上遵循指數型方程式 I = Iₛ · e^(qV / kT)，其中溫度 T 位於指數項的分母。當溫度上升時，指數分母變大，代表在相同電流條件下，所需的外加電壓 V 會變小，因此導通電壓 Vf 下降。
從能帶觀點來看，溫度升高會使更多電子被熱激發至導帶、更多電洞出現在價帶，使 PN 接面內可用載子數量增加，等效上降低接面位障高度。由於載子更容易跨越位障完成導通，因此不需要施加那麼高的外加電壓即可形成電流。
❓問題二
為何漏電流對溫度特別敏感？
解析：
漏電流主要來自半導體內部因熱能所產生的電子－電洞對。當溫度升高時，晶格振動加劇，鍵結被打斷的機率增加，導致熱產生載子的數量快速上升。
這類載子即使在反向偏壓或接近關斷的狀態下，也會被電場掃出形成電流，因此漏電流會隨溫度呈指數型增加。工程上常見經驗法則為：溫度每上升約 10°C，漏電流可能接近倍增。
❓問題三
若電路在高溫環境下長期運作，可能產生哪些風險？
解析：
高溫會造成二極體導通電壓下降與漏電流上升，使電路的偏壓點與工作點發生漂移，導致放大器失真、比較器誤判或振盪器頻率偏移。
此外，電流增加會使功率耗散上升，進一步造成溫度更高，形成正回授，嚴重時可能引發熱失控。長期高溫也會加速元件老化與材料劣化，使可靠度下降、使用壽命縮短。
❓問題四
為何電源電路很少用單顆二極體當精準基準電壓？
解析：
單顆二極體的導通電壓會同時受到溫度與電流大小影響，只要環境或負載條件改變，輸出電壓就會跟著漂移。由於缺乏自我修正與穩定機制，單顆二極體無法提供固定且可預測的電壓值。
因此，在需要穩定基準電壓的應用中，通常不會直接使用單顆二極體。
❓問題五
工程上常如何補償溫度效應？
解析：
工程上常利用負回授電路，使電壓或電流的變化能自動被拉回至穩定狀態；或搭配具有相反溫度係數的元件，使溫度效應互相抵消。
在精密電源設計中，常使用 Bandgap Reference，將正溫度係數與負溫度係數電壓組合，得到接近零溫漂的基準電壓；在系統層級，亦可透過溫度感測器搭配數位校正進行補償。
🧠 工程結論
👉 溫度是「看不見的控制電壓」
👉 設計時必須預留溫度裕量
🧠 工程結論
👉 模型是工程師的工具箱
👉 不是信仰
