半導體制冷原理是什麼
半導體制冷的原理:
半導體制冷器是利用半導體的熱電效應制取冷量的器件,用導體連接兩塊不同的金屬,接通直流電,則一個接點處溫度降低,另一個接點處溫度升高。
若將電源反接,則接點處的溫度相反變化。這一現象稱爲珀耳帖效應,又稱熱-電效應。純金屬的熱電效應很小,若用一個N型半導體和一個P型半導體代替金屬,效應就大得多。接通電源後,上接點附近產生電子空穴對,內能減小,溫度降低,向外界吸熱,稱爲冷端。另一端因電子空穴對複合,內能增加,溫度升高,並向環境放熱,稱爲熱端。一對半導體熱電元件所產生的溫差和冷量都很小,實用的半導體制冷器是由很多對熱電元件經並聯、串聯組合而成,也稱熱電堆。單級熱電堆可得到大約60℃的溫差,即冷端溫度可達-10~-20℃。增加熱電堆級數即可使兩端的溫差加大。但級數不宜過多,一般爲2~3級。
半導體制冷器具有無噪聲、無振動、不需製冷劑、體積小、重量輕等特點,且工作可靠,操作簡便,易於進行冷量調節。但它的製冷係數較小,電耗量相對較大,故它主要用於耗冷量小和佔地空間小的場合,如電子設備和無線電通信設備中某些元件的冷卻;有的也用於家用冰箱,但不經濟。半導體制冷器還可做成零點儀,用來保證熱電偶測溫中的零點溫度。
在半導體散熱片中,使用珀爾帖效應,當電流流過由不同導體構成的電路時,除了產生不可逆的焦耳熱之外,還會在不同導體的接縫處根據電流的方向分別產生吸熱、散熱現象。 在圖1的系統中,電子從電源的負極出發,到達Cu電極和p型半導體的邊界。 當電子從Cu電極進入p型半導體時,即相當於電子的能量從費米能級進入半導體的價帶。 (因爲是p型,所以裏面的載流子在價帶。 )另一方面,價帶中的電子能量低於費米能級,因此在熱端散熱。 電子持續移動,電子從p型半導體進入冷端的銅電極時,相當於電子從價電子帶移動到費米能級,因此在冷端吸熱。 當電子從銅電極進入n型半導體時,相當於電子從費米能級進入傳導帶,傳導帶中的電子能量很高,需要在這個過程中吸熱。 相反,如果電子從n型半導體進入熱側銅電極,能量會下降,因此在熱側散熱,最後返回電源的正極。
半導體散熱片也稱爲熱電散熱片,是熱泵。 優點是沒有折動零件,部分空間受到限制,要求可靠性,適用於沒有製冷劑污染的情況。 利用半導體材料的珀耳帖效應,通過串聯連接兩種不同半導體材料的電偶電,可以在電偶電的兩端分別吸收熱量,釋放熱量,從而達到製冷的目的。
這是一種會產生負熱阻的冷凍技術,其特徵是沒有運動部件,可靠性也很高。
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