目錄

1、題目

2、解答

步驟一：明確熱阻的相關公式

步驟二：計算二極管的功耗

步驟三：計算二極管的結溫

3、相關知識點

一、熱阻的定義

二、二極管功耗的計算

三、結溫的計算

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【硬件-筆試面試題】硬件/電子工程師，筆試面試題-33，（知識點：二極管結溫，熱阻，二極管功耗計算）

這是一道大疆筆試題

1、題目

某二極管的結到外殼熱阻為5.5℃/，二極管上壓降為0.6V，流過正向電流為5A，此時測得二極管外殼溫度為65℃，則二極管的結溫為：

2、解答

本題可根據熱阻的定義和相關公式來計算二極管的結溫。

步驟一：明確熱阻的相關公式

熱阻\(R_{th}\)的定義為：熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質或介質間的傳熱能力的大小。對于二極管，

結溫\(T_j\)、外殼溫度\(T_c\)和熱阻\(R_{th}\)之間的關系為\(T_j=T_c + P\times R_{th}\)，其中P是二極管的功耗。

步驟二：計算二極管的功耗

二極管的功耗P等于其正向壓降V與正向電流I的乘積，即\(P = V\times I\)。 已知二極管上壓降\(V = 0.6V\)，流過正向電流\(I = 5A\)，則\(P=0.6V\times5A = 3W\)。

步驟三：計算二極管的結溫

已知結到外殼熱阻\(R_{th}=5.5^{\circ}C/W\)，外殼溫度\(T_c = 65^{\circ}C\)，功耗\(P = 3W\)。 將這些值代入\(T_j=T_c + P\times R_{th}\)可得： \(T_j=65^{\circ}C+3W\times5.5^{\circ}C/W = 65^{\circ}C + 16.5^{\circ}C=81.5^{\circ}C\)

綜上，二極管的結溫為\(\boldsymbol{81.5^{\circ}C}\)。

3、相關知識點

本題主要考查二極管的熱阻相關知識，涉及到的知識點主要有熱阻的定義、二極管功耗的計算以及結溫的計算等。下面將對這些知識點進行詳細講解：

一、熱阻的定義

熱阻是衡量熱量在物體中傳導難易程度的物理量，單位為\(^{\circ}C/W\)。

它表示在單位功率（1W）的熱量通過時，物體兩端的溫度差。

在二極管等電子器件中，熱阻反映了器件產生的熱量從內部（如結區）傳遞到外部（如外殼、環境）的能力。熱阻越大，熱量傳遞越困難，器件的溫度升高越明顯。

二、二極管功耗的計算

二極管在正向導通時會消耗功率，其功耗P等于正向壓降V與正向電流I的乘積，即\(P = V\times I\)。

這是因為當電流流過二極管時，在二極管的 PN 結上會產生電壓降，根據功率的計算公式\(P = UI\)（這里U為正向壓降V，I為正向電流），所以二極管的功耗可以用\(P = V\times I\)來計算。

例如，一個二極管正向壓降為\(0.7V\)，正向電流為1A，那么它的功耗就是\(0.7V\times1A = 0.7W\)。

三、結溫的計算

二極管的結溫\(T_j\)是指二極管 PN 結的溫度，它是影響二極管性能和可靠性的重要參數。

結溫過高會導致二極管的正向壓降增大、反向漏電流增加，甚至可能損壞二極管。

結溫的計算公式為\(T_j=T_c + P\times R_{th}\)，其中\(T_c\)是二極管外殼的溫度，P是二極管的功耗，\(R_{th}\)是結到外殼的熱阻。

這個公式的原理是：

二極管在工作時產生的功耗P會使結區的溫度升高，熱量通過熱阻\(R_{th}\)傳遞到外殼，導致外殼溫度升高。

所以結溫等于外殼溫度加上功耗在熱阻上產生的溫度升高壓降。例如，已知結到外殼熱阻\(R_{th}=5^{\circ}C/W\)，外殼溫度\(T_c = 50^{\circ}C\)，功耗\(P = 2W\)，那么結溫\(T_j=50^{\circ}C+2W\times5^{\circ}C/W = 60^{\circ}C\)。

通過對這些知識點的理解，我們可以更好地分析和解決與二極管熱特性相關的問題，在實際應用中，合理控制二極管的功耗和熱阻，以保證二極管在合適的結溫下工作，提高其可靠性和使用壽命。

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