电热耦合效应的优化方案

对于金属导体，有电流通过时自身会产生热量，并进一步导致自身的温度升高，而温度升高会导致电阻增大，这就是电热耦合效应。由于电热耦合效应的存在，在直流情况下，导体本身的电流－电压关系具有非线性特性。为了展示电热耦合效应的特征，在此选取钼丝为研究对象，对其在直流情况下的电流－电压关系进行测量。钼丝是编织网状天线的基础材料，其半径较小，具有较大的直流电阻，电热耦合效应较强。图2－30 所示为长度为10 cm 的镀金钼丝的电流－电压关系。钼丝分为两种：一种为表面镀金的；另一种为表面镀金后再镀介质的。直流测试设备为Agilent2902A。关键测试选项设置：Speed：Medium，扫描0 ～2 V 耗时约为2.34 s。

图2-30　10 cm 长镀金钼丝的电流-电压关系（书后附彩插）

（a）0 ～0.35 V 区间；（b）0 ～2.0V 区间(www.xing528.com)

从图2－30（b）可以看出，随着电压由0 增大到2.0 V，电流由0 增大到0.4 A。在0 ～0.35 V 低电压区，电流－电压关系是线性的，通过计算得到钼丝在该区间的电阻为4 Ω；而在电压大于0.5 V 的区域，电流－电压关系明显偏离了线性，与二极管的非线性电流－电压曲线特征不同的是，钼丝电流－电压曲线的斜率随着电压的增大而减小，这表明钼丝的电阻随着电压的增大而增大。当电压增大时，通过钼丝的电流增大，导致其温度升高，温度升高进一步导致电阻增大。所以图2－30 中电流－电压曲线的斜率随着电压的增大而减小，即电阻随电压的增大而增大。虽然电流－电压关系是非线性的，但是在每一电压下每一时刻的导电特性都是欧姆型的，曲线的非线性来源于随着时间的积累钼丝温度的升高。然而，钼丝的温度不可能无限地升高，若所加电压固定，那么随着时间的增加，钼丝与周围空气进行的热交换将最终达到平衡，此时钼丝的温度不再变化，电阻也不再变化。因此，这类曲线与扫描过程密切相关，主要是所加电压的持续时间，此外还与热学环境有关（如导热系数、热交换系数等）。