半導(dǎo)體制冷原理與應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-23 03:36 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 60。=f(I)求導(dǎo)，并令DT=0得39。IDTmax=aRTcool(6)(apa n) 2DTmax= (7)上式可以解釋為：如果其他條件不變，PN結(jié)的冷端沒(méi)有熱量傳入，即Qcool=0時(shí)，PN結(jié)上流過(guò)的電流為IDTmax時(shí)，此時(shí)PN結(jié)的冷端和熱端的溫差最大。2RK由（2）式Qcool=f(I)求導(dǎo)并使Qcool=0得Imax=39。aTcoolR代入（2）式得aTcoolQcool,max=22RDTK(8)即當(dāng)流過(guò)PN結(jié)的電流為Imax=aTcoolR時(shí)，冷端的制冷量最大。由（5）式e =f(I)求導(dǎo)并使e =0得由上面的公式可以看出Imax=IDTmax，這說(shuō)明PN結(jié)在最大溫差工作狀態(tài)時(shí)制冷量也最大。39。 39。Iemax=R(aDT1+(Tcool+Thot)1)(9)將上式代入（5）式得e=Tcool1+(Tcool+Thot)DT(1+(Tcool+Thot)+1)(10)當(dāng)PN結(jié)通過(guò)的電流為Iemax時(shí)，此時(shí)PN結(jié)每消耗單位功率制冷量最大。在實(shí)際的使用中有時(shí)需要半導(dǎo)體制冷器工作在最大效率狀態(tài)，有時(shí)需要其工作在最大制冷量狀態(tài)或者最大溫差狀態(tài)[6]。以上的公式均是對(duì)單個(gè)PN結(jié)而言，一般的半導(dǎo)體制冷器是由一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)組成，它們的內(nèi)部連接或串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)混合，但是無(wú)論怎樣連接其基本的計(jì)算公式是相同的。根據(jù)上面的基本公式可看出，要使制冷器充分發(fā)揮它的效能，一是制成PN結(jié)的材料的電阻率和導(dǎo)熱系數(shù)要小，其溫差電動(dòng)勢(shì)要大。二是通過(guò)制冷器的電流要合適，且電源的紋波系數(shù)要小只有這樣才能使制冷器發(fā)揮最大的效能。最大制冷量Qcmax與最佳工作電流Imax從制冷量的計(jì)算式可知，當(dāng)工作溫度、半導(dǎo)體材料性質(zhì)和幾何尺寸一定時(shí)，制冷量的大小只與電流有關(guān)[7]。帕爾帖熱越大，焦耳熱越小，則制冷量越大，在熱電偶中，吸收的帕爾帖熱與電流成正比，焦耳熱與電流的二次方成正比，在一定的溫差下，實(shí)際制冷量Qc在起初隨電流的增加而增加，當(dāng)電流電增加3到某一值時(shí)制冷量達(dá)到最大值，以后，隨電流的增加，制冷量反而下降，并逐漸下降為零（如圖2）。aTeImax= (11)1帕爾帖熱2焦耳熱3實(shí)際制冷量圖2制冷量與電流關(guān)系曲線Fig2.CurveofrefrigerationamountQandCurrentI對(duì)制冷量公式中的電流求導(dǎo)數(shù)，令dQcdI=0，可得到最大制冷量Qcmax及相應(yīng)的最佳電流Ima
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