в Англии фирмой De La Rue Frigistor Ltd изготовлены модули с маркировками 4-I5EI, 6-I5EI, 8-I5EI, I2-I5EI, 4-30EI, 6-30EI, 8-30EI, 12-30EI, 4-60EI, 6-60EI, 8-60EI. I2-60EI. где первое число-количество термоэлементов в модуле, второе - оптимальный ток при максимальном перепаде температуры, Е - отсутствие изоляции на коммутационных пластинах; при наличии изоляции индекс Е заменяется на G. Внешний вид модуля приведен на рис. XI.23. Сведения о модулях, выпускаемых фирмой М.С.Р. Electronics Ltd*, приведены в табл. XI. 8. Число в маркировке соответствует количеству элементов в модуле.

Рис. XI.23. Модули фирмы De La Rue Frigistor Ltd [60].

Фирма Frigistors Ltd* (Канада) разработала модули типа IFB-04-0I5-EI; в маркировке первая группа цифр соответствует числу термоэлементов, вторая -значению оптимального тока при ЛГ буквами характеризуется поверхность, где Е указывает на отсутствие электроизоляционных пленок на коммутационных пластинах, G - на наличие изоляции. Параметры модулей приведены в табл. XI.9. Значения, приведенные в знаменателе, соответствуют температуре холодного спая 273 К.

Параметры модулей, разработанных в ГДР на предприятии DKK Scharfenstein , приведены в табл. XI.10. В табл. XI. I приведены данные о модулях, изготовляемых в Чехословакии в НИИ пор&шковой металлургии. Пример маркировки модуля - TI2-20, где первая группа цифр - значение тока при максимальном перепаде, вторая - количество термоэлементов.

Во всех модулях использовано последовательное включение элементов. Поверхности, контактирующие с охлаждаемыми объектами и теплоотводами, имет плоскостность не ниже 10 мкм иа. 1 см и шероховатость не более 1,25 мкм. Поверхности ряда модулей покрыты тонким слоем изоляции. Изготовлены также модули с жидкостными или воздушными теплообменниками. Сведения о термоэлектрических модулях, выпускаемых за рубежом, приведены в справочнике [69].

В литературе описаны варианты многокаскадных термоэлектрических модулей [6, 13, 31]. В чегырех - семикаскадных модулях достигнуты снижения температуры от 300 до 140- 160 К, в восьми-

каскадном-до 130 К; в комбинированных модулях, содержащих низкотемпературные каскады из магнетотермоэлектрических элементов (или охладителей Эттингсгаузена), получены охлаждения до 130- 140 К. Такие модули обладают малой холодопроизводительностью - от единиц до нескольких десятков мВт [47].

§ 2. Охладители

электронной радиоаппаратуры

Термоэлектрическое охлаждение элементов электронных схем позволяет улучшить стабильность их параметров, улучшает отношение сигнал-шум, повышает чувствительность и точность усиливающих и измерительных устройств. Особенно перспективно применение микроэлектронных схем с термоэлектрическими микромодулями: при таком сочетании достигается (7, 13] их согласование как по габаритным размерам, так и по используемым источникам питания. Термоэлектрическим охлаждением достигается интенсификация теплоотвода, что почволяет увеличить мощность электронной аппаратуры и повысить плотность монтажа.

Сравнение различных методов получения низких температур (80 - 190 К) для охлаждения элементов электронной техники показывает [46], что в ряде случаев, когда охлаждаемые объекты невелики, теплообмен с окружающей средой сведен к минимуму и охлаждающие устройства выделяют небольшие тепловые мощности (порядка милливатт), термоэлектрическое охлаждение, несмотря на низкую холодопроизводительность, имеет ряд преимуществ перед иными методами охлаждения. Эффективным является применение распределенного охлаждения, при котором различные узлы располагаются иа разных каскадах холодильника. В этом случае достигается большая акономичность и уменьшаются габаритные размеры термоэлектрических охладителей.

Холодильники параметричесюГх усилителей СВЧ систем. Основным источником шума параметрических усилителей является диоя. Снижение его температуры улучшает параметры усилителя. На рис. XI.24 приведена одна из конструкций двухкаскадного термоэлектрического холодильника с волноводом для параметрического усилителя. При токе 60 А и потребляемой мощности 30 Вт достигнуто охлаждение до -53°С. В приборе применен отвод тепла проточной жидкостью [23]. Аналогичный вариант зарубежной конструкции холодильника приведен на рнс. XI.25 [46]; на рис. XI.26 приведены шумовые характеристики д1:одов, из которых следует, что при охлаждении на 80 - 100 К (достигаются двумя каскадами охлаждения) свойства усилителей существенно улучшаются. При оптимальном токе 18 А и мощности 136 Вт достигается охлаждение до 213 К.

В параметрических усилителях спутниковой связи типа LNR-402 применены термоэлектрические термостаты, поддерживающие температуру около 274 К при температуре окружающей среды от-32 до 52°С. Для стабилизации генератора накачки при темп ратуре 294 К применена также термоэлектрическая батея. Точность термостабилизации ± 3,5°С. Потребляемая для стабилизации мощность не более 50 Вт. Малошумящие параметрические усилители с термоэлектри-

Me%?e fcZS * --Дильник для пара-

натор, /3 - мнкротермистор МКМТ-1б 14 1;. ~ Р*

ТэК 150

100 200 ГдК охлаждаим? термоэлетрическим

г = °реорГ 1-Г овод-Р. ??п - : охладитель; ЛхоГсиа; 7 Г - рГбГ Рис. XI.26.. Зависимость эффективной шумовой температуры Т от температуры диода Гд для германиевого диода ( -5S т2о/4Г Р° кремниевого диода (и лия о,& . lOi- см 3) с точечным контактом {3) [46].

ческим охлаждением изготовлены также фирмами Ferranti (Англия), Comtech (США), Ниппон дэнкн (Япония) и др.

При разработке таких систем для достижения эффективного охлаждения необходимо производить оптимизацию конструкции волноводов с целью максимального уменьшения теплопритоков по ним к охлаждаемому объекту. Для этого вместо медных волноводов используют золоченые из нержавеющей стали. Целесообразно уменьшить по возможности и теплоемкость волновода для получения минимального времени выхода в режим.

Термоэлектрические холодильники в вычислительной технике. Эти холодильники применяются для снижения и статирования температуры элект)эонных компонентов, матричных блоков памяти, крис-таллодержателей и др.; для статирования температуры отдельных блоков и схем. Применение термоэлектрического охладителя в вычислительной технике перспективно в связи с улучшением свойств быстродействующей электронной аппаратуры при пониженных температурах. Перспективно также применение термоэлектрического охлаждения для создания приборов оптической памяти на основе соединений кобальта, работающих при температурах около 150 К.

Рис. XI.27. Термостат для электронных устройств:

/ - алюминиевый стакан - охлаждаемый объем; 2 - холодные спаи термобатареи; 3 - теплоизоля-тор; 4 - кожух; & - крышка; 6 - проходные изоляторы.

Термостаты. Разработаны для понижения и статирования температуры кварцев, германиевых триодов, опорных резисторов и т. д. Вариант конструкции приведен на рис. Х1.27. При токе 8 А, напряжении 4,2 В перепад температуры при использовании однокаскадной термобатареи 30 - 40 К. Использование терморегулятора позволяет поддерживать стабильную температуру при изменении температуры внешней среды в интервале от -50 до 70°С. Применение специальных схем терморегулирования обеспечивает точность статирования 0.01 - 0,001 К.

Модули для охлаждения диодов. Разработаны для статирования температуры диодов Д2В на уровне 293 К при температуре окружающей среды до 338 К [38]. Изютовлены из восьми термоэлементов высотой 7мм и сечением 4 х 4мм. Горячие спаи охлаждаются через ребристую поверхность. Использованы термоэлектрические материалы на основе сплавов BigTcg, Z = (3,0 3,4) . 10 К~*. При темпер:туре горячего спая 320 К и токе питания около 8 А максимальная разность температур 74- 78 К

Охладители транзисторов. Применяются для интенсификации теплоотвода и увеличения управляемой транзистором мощности. Например, в триоде типа П210 при наличии интенсивного теплоотвода рассеиваемая мощность может быть увеличена от 1,5 до 60 Вт. Используются однокаскадные термобатареи, рассеивающие мощности в пределах нескольких ватт и более (бо льше 10 Вт). По данным работы [37],

наличие термохолодильника позволяет увеличить рассеиваемую мощность приблизительно в 2,5 раза.

Многокаскадные термобатареи для охлаждения электронной аппаратуры н осушения воздуха используются на спутниках и в космических кораблях [60].

§ 3. Охладители приемников излучения

Оптимальные параметры большинства приемников излучения реализуются при пониженных температурах. -Для полупроводниковых фотоприемников в зависимости от материала и спектрального диапазона температура охлаждения изменяется от 80 до ЗООК. Приемниками излучения в длинноволновой части ИК излучения (13,5 - 8 мкм) достигается максимальная обнаружительная способность при 80- 120 К (CdTe -HgTe, РЬТе-SnSe, Cd- Hg-Те); в интервале длин волн 2-7,3мкм прн использовании фотоприемников из InSb уровень охлаждения также близок к азотному (80- 105 К), для фотоприемников из PbSe приемлемыми являются и более высокие температуры охлаждения (195 - 230 К и выше); аналогичен температурный диапазон охлаждения и для фотоприемников из PbS (1,2-38 мкм).

Для приемников из InAs (2,5- 3,8 мкм) рабочий интервал температур 195 - 320 К, для приемников из GeSe, GaAs (0,6 - 1,7 мкм) -от 295 до 350 К. Малые габаритные размеры приемников излучения создают благоприятные условия для их охлаждения термоэлектри-

Рис. XI.28, Конструкция двухкаскадного термохолодильника с фотоприемником:

/ - холодный спяй; 2 - фоторезистор; 3 - окно; 4-микротермистор; 5 -двух-каскадная термобатарея; 6 - герметичный корпус; 7 - горячие спаи с тепло-отводом; 8 - алюминиевое основание;

9 - фланец для крепления устройства;

10 - вакуумные переходы; ;/ - эпоксидная смола; 12 - штангель для откачки и герметизации; 13 - октальный цоколь [23].

ческими батареями. В настоящее время разработаны многочисленные варианты устройств, содержащие фотоприемники и твердотельные холодильники.

Охладители фоторезисторов. Вариант одной из первых конструкций двухкаскадной термобатареи для охлаждения фоторезистора приведен на рис. XI.28 [23]. Корпус устройства герметизирован и вакуумирован; соединение выводов фоторезистора, термобатареи итермистора, регистрирующего температуру холодного спая, с аппаратурой производится октальным цоколем. Для термостатирова-

ния используется внешний регулятор тока. Максимальный ток питания напряжения 0,15 В, потребляемая мощность 3 Вт, перепад температуры около 60 К от 20°С. В более совершенных конструкциях оптимальный ток уменьшен до нескольких ампер, а перепад температуры увеличен до 80 К.

Аналогичным устройством является система IAT-704 с одноэлементным приемником из арсеннда индия диаметром около 1 мм (рис. XI.29). Приемник с холодильником заключен в герметичный откачанный корпус с окном. Температура охлаждения приемника

Рис. XI.29. Схема корпуса фотоприемника IAT-704 с термоэлектрическим холодильником:

; - сапфировое окно; 2 - вывод те рмопары и фотоприемника; 3 - трубка для откачки; 4 - второй вывод термопары; 5 - выводы питания термохолодильника; 6 - второй вывод фотоприемника [46].

Рис. XI.30. Трехкаскадный охладитель для фоторезистора:

/ - теплоотвод; 2, 4 - теплопереходы; 3 - термоэлементы первого каскада; 5 - термоэлементы второго каскада; 6 - теплопе-реход между вторым и третьим каскадами; 7 - коллектор; 8 - микротермистор; 9 - вакуумная колба; 10 - фоторезистер; - термоэлементы третьего каскада; 12 - теплоизоляция; 13 - защитный кожух [23].

195 - 235 К, ток питания холодильника ЗА, потребляемая мощность 1,5 Вт. При температуре теплоотвода 300 К охлаждение достигает 230 К. Приемник используется в аппаратах для слежения за звездами, обнаружения судов, в тепловых головках самонаведения ракет, дистанционных взрывателях и др.

Для охлаждения фоторезисторов до более низких температур использованы трехкаскадные охладители. Вариант конструкции холодильника приведен иа рис. XI.30. В первом каскаде использованы три пары термоэлементов, во втором - два термоэлемента, в третьем - один. Применено параллельное питание термоэлементов, охлаждение горячих спаев водяное. Корпус термобатареи герметизирован. При оптимальном токе 94 А и напряжении 0,21 В получен перепад температуры 80 К от 20°С. Потребляемая холодильником мощность 19,8 Вт. Размеры устройства: высота 40 мм, диаметр 55 нм [23]. В усовершенствованной конструкции с воздушным принудительным теплоотводом получен перепад температуры 102 К от 40°С. Потребляемая холодильником мощность 59 Вт при токе 52 А и напряжении 1 В, время выхода в режим 2 мин. При дальнейшем совер-