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1.2半導體致冷器結構及工作原理簡介

       在目前的熱電制冷器件中最常用到的半導體熱電材料是碲化鉍。碲化鉍的最大熱電優值系數所出現的溫度在室溫,適合于大多數熱電制冷的應用條件。工業上已經可以通過摻雜得到p型和n型碲化鉍料錠。熱電材料的制備方法通常是區域熔化法或者粉末壓制成型法。

       由帕爾貼效應可知,通過在半導體致冷器的兩端加載一個適當的直流電壓,熱量就會從元件的一端流到另一端。此時,制冷器的一端溫度就會降低,而另一端的溫度就會同時上升。值得注意的是,只要改變電流方向,就可以改變熱流的方向,將熱量輸送到另一端。所以,在一個熱電制冷器上就可以同時實現制冷和加熱兩種功能。因此,熱電制冷器還可以用于精確的溫度控制。另外,熱電制冷器還具有發電的功能。在這個模式下,只要在制冷器上加載一個溫差后,回路中便會產生電流。



       從上面的半導體結果示意圖中可以知道,電偶臂材料分別采用了p型和n型碲化鉍。這種布局方式下,電流在p型和n型電偶臂里上下流動的過程中,熱流方向能始終保持不變,在n型材料中,熱流方向與電流方向相反;在P型材料中,熱流方向與電流方向相同。一個p型和一個n型電偶臂組成一對溫差電偶對,大多數熱電制冷器是由相同數量的n型和p型電偶臂所組成的。上圖的模型是由兩對p型和n型電偶臂構成的兩對溫差電偶對,通過合理的串聯結構,可以組合成不同對數的半導體致冷器。


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