半導(dǎo)體制冷原理與應(yīng)用-在線瀏覽
2024-08-06 03:36本頁面
【正文】 而由于半導(dǎo)體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，決定了它產(chǎn)生的溫差現(xiàn)象比其他金屬要顯著的多，所以一般采用半導(dǎo)體材料。將一種雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體后，會(huì)放出自由電子，這種半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體中的自由電子，p型半導(dǎo)體中的“空穴”，他們都是參與導(dǎo)電，統(tǒng)稱為“載流子”。圖11.Principleofcooling由帕爾帖效應(yīng)可知，當(dāng)接通電源后，在兩個(gè)接頭處會(huì)產(chǎn)生溫差。若干個(gè)這樣的熱電偶在電路上串聯(lián)起來，在傳熱方面并聯(lián)就構(gòu)成一個(gè)常見的熱電制冷組件（或稱熱電堆）。=I(1)其中：=const，為帕爾帖系數(shù)，取決于這塊導(dǎo)體的材料。p(apanap分別為P型結(jié)與N型結(jié)的溫差電動(dòng)勢率，T0為相應(yīng)接頭上的絕對溫度。為正，ap由于熱傳導(dǎo)焦耳熱影響了冷端上的帕爾帖制冷效應(yīng)，因此單個(gè)PN結(jié)上的制冷量為[5]：Qcool=+=p IRKITcool2RQcoolDT=設(shè)流過PN結(jié)的電流為I，則在PN結(jié)上的電壓降為：UIRaDT2RIaDT(4)定義=QcoolP為PN結(jié)的制冷系數(shù)，并將（2）和（4）式代入得2a IDTIRIaDTe對（3）式=f)求導(dǎo)，并令=0IDT=aRTcool(6)(aa n= (7)上式可以解釋為：如果其他條件不變，PN結(jié)的冷端沒有熱量傳入，即=0時(shí)，PN結(jié)上流過的電流為max2RK由（2）式=(IQ=得=39。=22RImax由（5）式e =(I0ImaxIDT這說明PN結(jié)在最大溫差工作狀態(tài)時(shí)制冷量也最大。 39。max(TcoolThot1)(9)將上式代入（5）式得e1++)DT1++)Ie時(shí)，此時(shí)PN結(jié)每消耗單位功率制冷量最大。以上的公式均是對單個(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，但是無論怎樣連接其基本的計(jì)算公式是相同的。二是通過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。最大制冷量與最佳工作電流帕爾帖熱越大，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）。= (11)1帕爾帖熱制冷量與電流關(guān)系曲線FigCurverefrigerationQCurrentdQc=0，可得到最大制冷量及相應(yīng)的最佳電流即R(aTekDT2R
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