半导体热端温度
半导体敏感元件(温敏)解读
7. IC温度传感器
工作原理分析
改进型集成电路对管温度传感器
沈 阳 工 业 大 学
根据镜像电流源原理 Ic1=Ic2=Ic3=Ic4=I1
晶体管的反向饱和电流与发射结面积成正比
Is3=γIs4
q q Ic3 Is3 exp Vbe3 (1) Ic4 Is4 exp Vbe4 (2) KT KT
玻璃管温度计
双金属温度计
1.概述
温标 －用来度量物体温度数值的标尺。
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规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际 上用得较多的温标有经验温标(华氏温标、摄氏温标等)、热力学温标。 摄氏温标：单位为oC； 华氏温标：水的冰点为32oF，沸点是212oF。分成180等份，对应每份
结构：热电极 + 绝缘材料 + 金属保护套
学 特点：可以弯曲，挠性好，强度高，测端热容量小，动态响应快(0.01s)。
c) 薄膜型热电偶：
具有热容量小, 反应速度快等特点, 热响应时间达到微秒级。
2.热电偶（thermocouple）
2.4 热电偶结构
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普通工业热电偶 普通工业热电偶
本征载流子浓度与温度的关系 ni=CT3/2exp(-Eg0/2kT)
qV g 0 KT
I s AqCT 3e
Dp D ( n ) BT 3e Ln N A L p N D
qV g 0 KT
I F BT e
qVg 0 qU f 3 KT KT
KT BT 3 U f Vg 0 ln q If
9 的温度为1华氏度。摄氏温度和华氏温度的关系为：t F t C 32 5
半导体制冷器(TEC)简介
Willsunking@半导体制冷器（TEC）简介半导体制冷器（TEC）TEC (Thermoelectric Cooler)，即半导体制冷器：是利用半导体的热-电效应制取冷量的器件，又称热电制冷器。
半导体制冷的工作原理用导体连接两块不同的金属，接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。
若将电源反接，则接点处的温度相反变化。
这一现象称为珀耳帖效应，又称热-电效应。
纯金属的热电效应很小，若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属，效应就大得多。
接通电源后，上接点附近产生电子-空穴对，内能减小，温度降低，向外界吸热，称为冷端。
另一端因电子-空穴对复合，内能增加，温度升高，并向环境放热，称为热端。
一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小，实用的半导体制冷器是由很多对热电元件（半导体晶粒）经并联、串联组合而成，也称热电堆。
将这些组合的晶粒上下面覆盖陶瓷片或其它导热的绝缘材料，在通电的状态下，便形成一面吸热、一面放热的效应。
其结构及原理图如下：半导体制冷器的应用半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠，操作简便，易于进行冷量调节。
但它的制冷系数较小，电耗量相对较大，故它主要用于耗冷量小和占地空间小的场合，如电子设备和无线电通信设备中某些元件的冷却；有的也用于家用冰箱，但不经济。
半导体制冷器的应用领域主要是在通信、医疗、食品及饮料，以及特殊的工业应用。
半导体制冷器的材料成份半导体制冷器主要由以下材料组成： Bi2Te3（碲化铋），Al2O3（氧化铝），PVC，Cu（铜）。
半导体制冷器的主要生产过程瓷片上锡——半导体晶粒摆模——半导体晶粒沾锡——冷面焊接——半导体晶粒沾锡——热面焊接——半成品清洗——导线焊接——封装。
实验12 温度传感器特性和半导体制冷温控实验
实验12 温度传感器特性和半导体制冷温控实验【实验目的】1、了解半导体制冷和制热原理。
2、测量NTC热敏电阻、PTC热敏电阻及集成温度传感器的温度特性【实验原理】1、半导体制冷和制热原理如图1所示，由X和Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，冷端的热量移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这就是帕尔贴效应。
实际的半导体制冷片结构如图2所示，由许多N型P型办斗提之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好。
2、温度控制原理实验样品结构如下图所述，将半导体制冷片一面与铝制散热器津贴，并用风扇强行散热，使其与环境温度接近。
另一面与实验样品室紧贴，试验样品室采用优质导热材料，并装上温度传感器，温度传感器测量实验样品室的温度，由该温度与仪器设定的温度相比较，通过微型处理器确定半导体制冷片工作方式，即制冷或制热，由温度差确定制冷或制热的策略，即在不同的温度差之下，输出不同的制冷或制热功率，并以适当的速度改变温度的变化，从而实现实验样品室的温度控制，保持温度的稳定。
微型处理器工作框图如图3.3、NTC 电阻器的温度系数（负温度系数）——温度特性NTC 热敏电阻通常具有很大的负温度系数，在一定的温度范围内，NTC 热敏电阻的阻值与温度的关系满足下列经验公式：011()0B T T R R e -=------------------------（1）式中，R 为该热敏电阻在热力学温度T 时的电阻值，0R 为热敏电阻处于热力学温度0T 时的阻值，B 是材料的常数，它不仅与材料性质有关，而且与温度有关，在一个不太大的温度范围内，B 是常数。
由（1）式得该热敏电阻在0T 时的电阻温度系数α20B T α=----------------------------------（2） 进一步得到 0011()InR B InR T T =-+ 在一定温度范围内，可以用作图法或最小二乘法求得B 的值，并进一步求得α的值。
半导体除湿存在的缺点
半导体除湿存在的缺点
半导体除湿其实就是对半导体制冷片在除湿领域的一种应用，但这种应用受到其自身条件的制约，在环境高温或低温条件下，除湿效果差甚至失效。
其主要原因是半导体制冷片工作时，其热端和冷端的温度差（即温差），不同型号的制冷片可能不一样，但同一型号的这个参数是是固定的，如温差为60度时，当环境温度为 30 度，在热端散热良好的情况下，其冷端的温度能降到接近0度（其实芯片冷端的核心肯定低于 0 度），热端的温度升高到30 几度，芯片热端的核心则可能达到50 多度，此时的除湿效果非常好；当环境温度降到几度时，芯片的冷端就降到 0 度以下，冷端结冰，除湿效果变差，甚至不能除湿；当环境温度升高时，冷端的温度也随之升高，当冷端温度高到露点以上时，也就失去除湿功能。
试验也印证了这个结果，当环境温度在16度时，我们的样机冷端就开始慢慢结冰，随着环境温度的逐渐降低，样机向外排水也越来越少，除湿效果随之下降；同样在我们把样机的环境温度渐渐调高时，当温度达到40度时，冷端的水珠越来越少，到45度时，可明显发现样机的冷端水珠不见了，只在靠近芯片中心还有点水迹，随着温度升高，这点水迹都没有了，当然也就没有除湿效果了。
因此这种除湿方法在常温下效果不错，在高低温时效果不明显甚至失效，不能满足设备全年大温差范围的除湿要求。
厦门巨特电气有限公司
研发部 2012-6-21。
半导体制冷器的原理与使用
半导体制冷器的原理与使用1半导体致冷器作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：1 不需要任何致冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体器件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。
2 半导体致冷器具有两种功能，既能致冷，又能加热，致冷效率一般不高，但致热效率很高，永远大于1。
因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和致冷系统。
3 半导体致冷器是电流换能型器件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。
4 半导体致冷器热惯性非常小，致冷致热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，致冷器就能达到最大温差。
5 半导体致冷器的反向使用就是温差发电，半导体致冷器一般适用于中低温区发电。
6 半导体致冷器的单个致冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成致冷系统的话，功率就可以做的很大，因此致冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
7 半导体致冷器的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。
通过以上分析，半导体温差电器件应用范围有：致冷、加热、发电，致冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：8 军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。
9 医疗方面：冷力、冷合、白内障摘除器、血液分析仪等。
10 实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪器。
11 专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。
12 日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。
半导体制冷片（TE）也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。
半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理，以下的图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料（碲化铋），这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成半导体制冷片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。
半导体制热制冷的原理
半导体制热制冷的原理半导体制热制冷技术是一种利用半导体材料特性实现制热和制冷的技术。
它通过半导体材料的电热效应和热电效应来实现能量转换，从而实现制热和制冷的功能。
1. 半导体材料的电热效应半导体材料具有电阻和热阻的特性，当电流通过半导体材料时，会产生热量。
这是由于电流通过半导体材料时，材料内部的电子与晶格之间发生碰撞，导致能量转化为热能。
利用这一特性，可以通过控制电流的大小和方向来实现制热和制冷。
2. 半导体材料的热电效应半导体材料还具有热电效应，即当半导体材料两端温度存在温差时，会产生电压。
这是由于半导体材料的载流子在温度梯度作用下发生扩散，从而产生电荷不平衡。
利用这一特性，可以将温度差转化为电能，实现制热和制冷。
基于以上原理，半导体制热制冷技术可以通过以下步骤实现制热和制冷：1. 制热过程当需要制热时，通过控制半导体材料的电流方向和大小，使电流通过材料产生热量。
这些热量可以通过导热板或导热管传递给被加热物体，从而实现制热的目的。
2. 制冷过程当需要制冷时，可以利用半导体材料的热电效应。
通过将半导体材料的一端与低温环境接触，另一端与高温环境接触，形成温度梯度。
这时，半导体材料将产生电压，将热量从低温环境传递到高温环境，从而实现制冷。
半导体制热制冷技术具有以下优势：1. 高效节能半导体制热制冷技术相比传统的制热制冷技术，具有高能量转换效率和节能的特点。
因为它直接利用电能转化为热能或利用温度差转化为电能，减少了能量的浪费。
2. 环保无污染半导体制热制冷技术不需要使用化学制剂和制冷剂，不会产生废气和废液，对环境没有污染。
3. 体积小巧半导体材料具有小尺寸和灵活性，制热制冷设备体积小巧，适用于各种空间限制的场合。
4. 调节精度高半导体制热制冷技术可以通过调节电流和温度来实现对制热和制冷的精确控制，温度调节范围广，可满足不同需求。
然而，半导体制热制冷技术也存在一些挑战：1. 效能限制半导体材料的电热效应和热电效应受到材料本身性能的限制，效能相对较低，需要不断改进材料性能来提高制热制冷效率。
半导体热电特性实验报告
半导体热电特性实验报告半导体热电特性实验报告一、实验目的1.掌握半导体热电特性的基本原理和实验方法；2.分析不同类型半导体的热电性能差异；3.通过实验数据比较理论模型，提高对半导体热电特性的理解。
二、实验原理热电效应是指热能与电能之间的相互转换。
在半导体中，热电效应主要表现为Seebeck效应和Peltier效应。
1.Seebeck效应：在存在温度梯度的半导体两端之间会产生电动势，这种现象称为Seebeck效应。
电动势的大小与温度梯度和半导体的类型有关。
2.Peltier效应：当电流通过存在温度梯度的半导体时，热量会从低温端转移到高温端，这种现象称为Peltier效应。
热量转移量与电流和半导体的类型有关。
三、实验步骤1.准备实验器材：半导体材料（如硅、锗等）、加热器、温度传感器、电源、电阻等；2.搭建实验电路：将半导体材料连接成电桥电路，一端加热，另一端测量温度；3.加热与测量：开启加热器，将加热器的温度设为预定值，等待一段时间使半导体两端达到稳定温度；4.测量电动势：记录加热器两端的电动势；5.改变加热器温度，重复步骤3和4；6.数据处理与分析：根据实验数据计算半导体的热电系数、热电优值等。
四、实验结果与分析1.实验数据记录：2.数据处理：根据实验数据计算热电系数与热电优值。
热电系数是电动势与温度差的比值，表示单位温度差所产生的电动势。
热电优值是热电系数的平方与电阻的乘积，表示单位电阻所产生的热流量。
3.结果分析：比较不同类型半导体的热电系数和热电优值，可以发现不同类型半导体的热电性能存在差异。
例如，硅的热电系数为负值，而锗的热电系数为正值。
这说明在相同条件下，锗能将更多的热能转化为电能，而硅则能将更多的电能转化为热能。
此外，对于同一种半导体，随着温度的升高，热电系数和热电优值都会减小。
这可能是因为随着温度的升高，晶格振动加剧，导致载流子迁移率降低和电阻增加。
五、结论通过本次实验，我们深入了解了半导体热电特性的基本原理和实验方法。
半导体制冷器散热 说明书
半导体制冷器给我们带来散热新概念，使CPU的温度进一步得到控制。
随着夏日的来临，环境气温的升高，超频爱好者都想进一步改善CPU的散热条件，半导体制冷器在通电的情况下，两端极板会产生一定的温差，人们正是利用它的冷凝面为CPU提供一个低温环境。
半导体制冷器的用途很多，可用于制作便携冷藏/保温箱、冷热饮水机等。
也用于电子器件的散热。
目前制冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋，加入不纯物经过特殊处理而成 N 型或 P 型半导体温差组件。
以市面常见的TEC1-12605为例，其额定电压为：12v，额定电流为5A，最大温差可达60摄氏度，外型尺寸为4 X 4 X 0.4 Cm，重约25克。
它的工作特点是一面制冷而一面发热。
接通直流电源后，电子由负极(-)出发，首先经过 P 型半导体，在此吸收热量，到了 N 型半导体，又将热量放出，每经过一个NP 模块，就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，从而形成冷热端。
安装使用参考制冷片的安装及使用很简单。
在安装前，最好准备一点导热硅脂，然后，找一节干电池，接在制冷器两根引线上，就可感到一端明显发凉而另一端发热，记住引线的极性并确定好制冷器的冷、热端。
正式安装时，在制冷器两端均匀涂上导热硅脂，在CPU与散热器之间插入制冷片，请注意先试好的冷热面方向，冷面贴着CPU，热面与强力的(功率越高越好)散热片接触。
然后想法固定好三者。
要注意风扇的卡子不能太短，否则会很难固定。
固定好后，就可以给制冷片和风扇接上电源了(一定要注意极性)，如果你机箱电源功率小于230W，我劝你别接到机箱电源上，否则有可能因电源功率不足，造成计算机无法正常工作。
推荐使用外接的 12V左右的电压，在此电压下制冷片的制冷量和冷热面温差都比较合适。
注意事项１、注意热端的散热。
半导体制冷的热面温度不应超过60℃，否则就有损坏的可能。
若在额定的工作电压（12V）下，一般的散热风扇根本无法为制冷片提供足够的散热能力，容易造成制冷片过热损坏。
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半导体热端温度
半导体热端温度是指半导体器件工作时的温度，是一个非常重要
的参数。
热端温度的高低直接影响着半导体器件的性能、可靠性和寿命。
在我们日常生活中，半导体器件无处不在，如智能手机、电脑、
电视等，因此了解和控制好热端温度对于提高产品性能和使用寿命具
有重要意义。
首先，半导体热端温度会影响器件的性能。
当热端温度升高时，
半导体材料内部的电子运动会加剧，这会造成电阻的增加和引起电子
的散射，导致信号传输速度减慢、功耗增加和失真加剧等影响。
此外，半导体器件的灵敏度和稳定性也会受到热端温度的影响。
因此，要确
保器件工作在适宜的热端温度范围内是非常重要的。
其次，半导体器件的可靠性和寿命与热端温度密切相关。
高温会
加速器件老化和损坏的过程，降低其可靠性。
热端温度过高会导致材
料内部应力增加，从而引起晶体缺陷形成。
此外，高温还会使器件的
封装材料老化、粘接失效和焊接连接松动，最终导致器件失效。
因此，控制热端温度，尤其是避免过高的热端温度对于延长器件的寿命具有
重要意义。
要控制半导体热端温度，可以从多个方面入手。
首先，合理设计
器件的散热系统。
通过增加散热器的面积和优化散热材料的导热性能，可以有效提高器件的散热效果。
其次，合理设置工作条件。
在使用半
导体器件时，要将环境温度控制在合理范围内，并避免长时间高负载
工作，以减少器件温度的升高。
此外，对于高温环境下的半导体器件，可采用温度控制装置，及时监测热端温度并及时降温，以保证器件正
常工作。
总之，半导体热端温度是影响半导体器件性能、可靠性和寿命的
重要因素。
了解并控制好热端温度对于提高产品性能、延长器件寿命
具有重要意义。
通过合理设计散热系统、设置工作条件以及采用温度
控制装置等手段，可以有效控制半导体热端温度，提高器件的整体性
能和可靠性。