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　　散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)半導(dǎo)體制冷片冷端對像增強(qiáng)器陰極制冷，同時(shí)熱端會(huì)放出大量的熱。如果熱量無法順利散出，就會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體制冷片兩端的溫度同時(shí)上升，從而降低降噪的能力。在本文中，將采用散熱片加風(fēng)冷的方式對半導(dǎo)體制冷片的熱端進(jìn)行散熱。

　　我們自行設(shè)計(jì)的微光像增強(qiáng)器系統(tǒng)正中間是必須通光的，而半導(dǎo)體制冷片也是環(huán)形的，因此考慮散熱片設(shè)計(jì)為如所示的梭型：散熱片結(jié)構(gòu)示意圖為加工方便，所有的曲線均是規(guī)則的圓弧，中間的孔為通光的路徑，兩邊放置散熱風(fēng)扇。除了焦耳熱，由于半導(dǎo)體材料兩端存在溫差，從熱電對的熱端還會(huì)傳遞一部分熱量至冷端：Qk=k（Th-Tc）式中k為熱電元件的總導(dǎo)熱系數(shù)。因此，電偶對的制冷量應(yīng)為帕爾貼效應(yīng)吸收的熱量減去一半的焦耳熱，再減去冷熱端之間的傳導(dǎo)熱，即：由上式，假設(shè)相對焦耳熱冷端吸熱量較少，為做近似，將其忽略，則溫差可由式表示：同理，電偶對的熱端發(fā)熱量為：所以熱端發(fā)熱量與冷端吸熱量之間正好相差焦耳熱I2R.當(dāng)冷端吸熱較小或制冷片工作電壓較大時(shí)，可近似認(rèn)為：Q=I2R（另外，加在半導(dǎo)體制冷片兩端的電壓不完全消耗在制冷片電阻的降壓上，其中有一小部分用于抵消溫差電動(dòng)勢，由下式表示：仿真模型本文中采用COMSOL作為仿真工具，首先，建立模型。我們加上散熱片外端的圓柱型腔體殼，其兩側(cè)各有一個(gè)30×30mm的方形孔，用于放置散熱風(fēng)扇，最外層是一個(gè)邊長為40cm的正方體空間，其間充滿了標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣。由于引入了散熱風(fēng)扇，在x方向上引入了一定速度的空氣流動(dòng)以接近實(shí)際效果。

　　為確定公式的系數(shù)，我們對半導(dǎo)體制冷片性能進(jìn)行了實(shí)測，并進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。實(shí)測數(shù)據(jù)由所示。將半導(dǎo)體制冷片電壓從0V加至8V，假定空氣溫度為20℃，通過COMSOL軟件仿真半導(dǎo)體制冷片冷端的溫度變化情況。在給定制冷片工作電壓下，我們可以通過式計(jì)算其溫差ΔT，通過式計(jì)算電流I，通過式計(jì)算熱端放熱量Q，再通過COMSOL仿真得到散熱片溫度（即制冷片熱端溫度），兩者相減可得冷端溫度。COMSOL中需輸入的參數(shù)是單位面積的散熱功率，因此，Q最后還需除以環(huán)形半導(dǎo)體制冷片的面積0.0049m2。不同電壓下的電流和散熱量不同電壓下的溫差和冷熱端溫度通過可以得到冷、熱端的溫度隨半導(dǎo)體制冷1片工作電壓變化地曲線。

　　隨著半導(dǎo)體制冷片工作電壓的增加而增加，但是增加的速度逐漸減??；另外，可以看出，當(dāng)電流I增加的時(shí)候，熱端散熱量Q是成2次方增長趨勢的。結(jié)合以上兩點(diǎn)，在制冷片工作電壓較小時(shí)，熱端溫度上升得較慢，而溫差變化卻顯得很快，所以冷端的溫度也就呈下降趨勢；當(dāng)制冷片工作電壓較大的時(shí)候，焦耳熱變得很明顯，熱端溫度上升得也越來越快，溫差也因?yàn)殡娏鞯淖兇蠖饾u減小增加的速度，甚至有可能開始減小，這個(gè)時(shí)候，冷端的溫度又逐漸又開始回升。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，對半導(dǎo)體制冷片施加不同的電壓，采用每隔一分鐘測量一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，測量30分鐘的方法測量光陰極（半導(dǎo)體制冷片冷端）溫度的變化情況，制冷片冷端溫度與電壓的關(guān)系給半導(dǎo)體制冷片加上某一電壓時(shí)，其冷端溫度會(huì)迅速下降，繼而慢慢回升；另外，能達(dá)到的最低溫度也是逐漸下降的。但是散熱片散熱是一個(gè)過程，所以在半導(dǎo)體制冷片工作時(shí)，其熱端必然存在熱量的積聚，使得冷端溫度達(dá)到一個(gè)最低點(diǎn)后會(huì)有一定程度的反彈，隨著散熱片和周圍溫度達(dá)到一個(gè)熱交換平衡時(shí)，冷端的溫度才會(huì)趨于穩(wěn)定。對于半導(dǎo)體制冷片兩端電壓為5V和6V的時(shí)候，就是這種情況，當(dāng)散熱時(shí)間超過20min，冷端的溫度變化很小或者說已經(jīng)基本不變了。

　　對于一塊特定的散熱片，存在一個(gè)最大的散熱功率，當(dāng)超過這一功率的時(shí)候，熱量便越積越多，溫度也持續(xù)上升。當(dāng)半導(dǎo)體制冷片兩端電壓加至7V的時(shí)候，此時(shí)溫度回升的速度明顯超過了兩端電壓取5V和6V時(shí)候的溫度回升速度。當(dāng)加熱至30min的時(shí)候，此時(shí)的溫度已經(jīng)基本和同期半導(dǎo)體制冷片電壓為6V時(shí)的冷端溫度持平。此后也是持緩慢增長趨勢。而當(dāng)電壓取8V時(shí)，溫度升高的速度更加明顯。