電漿源原理與應用之介紹
文/張家豪，魏鴻文，翁政輝，柳克強
李安平，寇崇善
吳敏文，曾錦清，蔡文發，鄭國川
摘要
電漿科技已廣泛應用於科學研究及工業製程，成為現代科技的重要指標。本文將介紹國內在電漿源方面的研發，其中包括電感式電漿源，微波表面波電漿源,大氣電漿源，電漿浸沒離子佈植及電漿火炬等等。文中將簡介各式電漿源之基本物理及其應用發展。
1. 前言
電漿已廣泛應用於各種領域，如在半導體積體電路製造方面，舉凡不同材料薄膜的成長及電路的蝕刻皆普遍由電漿技術達成。另外在半導封裝及紡織業方面，則使用電漿來清潔及改變材料表面以達到特殊的功能及效果。在環保方面,電漿火炬可以安全固化焚化爐所產生之高污染灰渣。甚至在醫療上現已有商用之電漿設備用於手術刀具的殺菌。而在科學研究方面電漿更已成為重要的工具，如奈米碳管的成長，微機電的研發等等。
電漿之所以能提供如此廣泛的功能主要在於電漿中的反應是許多不同成分間的作用(Heterogeneous Interactions)，其中包括紫外線，中性粒子，活化粒子，電子及離子的反應。尤其是包含了具能量的粒子，它們能引發許多特殊的化學與物理的反應。例如在電漿蝕刻技術中，正離子經由電漿鞘層(Plasma Sheath)加速後轟擊矽晶圓，使其表面原子的鍵結破壞進而能迅速與活化粒子進行化學反應達到蝕刻效果。另外如在鑽石膜成長中，電漿一方面產生成長所需要的碳原子，當其在表面形成鍵結時，電漿中所產生的氫原子則能與石墨鍵結的碳原子進行蝕刻反應而留下鑽石的鍵結。在奈米碳管成長中，電漿鞘層的電場則能達到高方向性的成長。這是其他方法所無法達到的。
在電漿技術中電漿源則是系統的關鍵。目前產生電漿的方法以使用的功率源而言有直流放電(DC discharge)，低頻及中頻放電(數KHz到數MHz),射頻放電(13.6MHz)，及微波放電(2.45GHz)。現行電漿製程多操作在低氣壓之輝光放電(mTorr 到百Torr)。而操作在1大氣壓的低溫電漿製程則是現在研究的重要課題。以半導體製程而言，則以射頻放電被採用的最多。
本文將簡介數種電漿源，包含直流放電到微波放電；低氣壓電漿到大氣電漿；低溫電漿到高溫電漿。其中由柳克強教授介紹射頻電感偶合放電；寇崇善教援介紹微波表面波電漿；吳敏文博士介紹中頻大氣壓低溫電漿；曾錦清博士介紹直流大氣壓高溫電漿；電漿浸沒離子佈植則由蔡文發博士介紹。本文由鄭國川博士與寇崇善教授彙編。受限於篇幅，本文並未嘗試全面涵蓋國內在這方面的工作。
2-1 電感式電漿(柳克強，清華大學工程與系統科學系)
電感偶合式電漿(Inductively-Coupled Plasma, ICP) 為一結構簡單而應用廣泛之電漿源。ICP 之電漿產生與維持，為利用電磁感應產生之電場，加熱電漿電子，以應游離反應所需。而電磁感應所需之時變(交流)磁場，是由金屬導線上通交流電流所產生。導線通常繞成柱狀(column, solenoid) 或平面型(planar) 之
圖3 在電感式偶合電漿源化學氣相沈積系統中所合成
之奈米碳纖維：(a) 掃瞄式電子顯微鏡 (SEM) 照片及穿透式電子顯微鏡 (TEM) 照片[3] 與(b) 經高能氬氣電漿後處理後之SEM 照片[5]。
線圈 (coil)，而交流時變電流之頻率多在數十 kHz 至數百 MHz 範圍。圖1為平面型ICP 結構(剖面)示意簡圖，其中線圈置於真空介電窗 (dielectric window ，通常為石英或陶瓷) 外，流經線圈之RF 電流，產生環繞電流方向的時變磁場 (B)，此磁場穿透介電窗，於電漿腔中感應產生一與RF 電流反向之電場 (E)，此電場加速電子並感應形成電漿電流 (J p )。由於此電磁感應機制與與變壓器原理相同，其中線圈為變壓器之一次側(primary)，而電漿則視為二次側(secondary)。因此，ICP 又稱為變壓器偶合式電漿(Transformer Coupled Plasma, TCP)。電感偶合式電漿在低輸入功率(低電漿密度)時，射頻功率之偶合是以線圈與電漿間高電位差造成的電容式效應為主，當所形成的電漿電流大於某一低限電流值(Threshold Current )時，才能使電漿產生之機制操作在電感偶合模式(Inductive Mode, H mode)。由於電感偶合模式其功率吸收較電容偶合模式來得佳，此時電漿密度將顯著地增加。由於ICP 之電漿密度(n ~ 1010- 1012 cm -3)較傳統電容式電漿(n ~ 109- 1010 cm -3) 高一至二數量級，通常歸類為高密度電漿(High Density Plasmas, HDP)。此外在半導體製程應用上，在晶圓座通常亦施加另一射頻電源，可獨立控制離子能量與電流，對於半導體製程精確度與重現性之掌握極為重要。
在 ICP 之射頻電場中，電子加熱的機制包括歐姆加熱(Ohmic heating)與隨機加熱(Stochastic heating)[1]。歐姆加熱機制與電子之碰撞反應有關，一電子於週期性時變電場中，若前半週期受電場加速，後半週期受力方向反轉而減速，經一週期該電子淨動能並無改變。然而當加入碰撞因素時，部份電子有機會在電場方向改變的時候，由於碰撞而改變其行徑方向，如此便可能持續獲得電場加速。於碰撞頻率等於射頻功率頻率時，碰撞加熱效果最好。在一般工業應用之弱游離電漿(weakly ionized plasma)中，電子之碰撞反應以與中性粒子之碰撞為主，因此當操作於低氣壓時，中性粒子密度低，電子碰撞頻率遠低於射頻功率頻率，歐姆加熱效率甚低，而 ICP 中電子加熱轉為以隨機加熱機制為主。圖1為電感式電漿中隨機加熱機制示意圖，其中由於在通常操作範圍(13.56 MHz RF, n ~ 1010 – 1012 cm -3)，RF 頻率遠低於電漿頻率，RF 電場在電漿中之分佈僅限於趨膚深度(skin depth ~ cm)之範圍，對一主電漿(bulk plasma)中向鞘層移動之電子，由於鞘層電位較低而使電子轉向離開鞘層。由於氣壓低，其間未發生碰撞，電子速度僅單純方向的改變。若電子通過趨膚深度的時間比射頻電場週期短時，電子可能只感受到單一方向電場的加速而獲得能量。由於此機制係於低碰撞頻率情況下才越加顯著，故亦稱之非碰撞加熱(collisionless heating)。
常見的電感偶合式電漿源若依感應線圈形狀的設計，可分為螺旋狀電感式電漿源（Helical ICP ）與平面型電感式電漿源（Spiral planar lCP ）。螺旋狀電感式電漿源中，螺旋形感應線圈圍繞在管狀介電真空腔外圍，其感應射頻電場在管壁附近最大，朝中心以指數型式下降，因此不易達成大面積均勻電漿。但在化學光譜分析、化學合成、長晶及廢棄物處理等方面，因無大面積均勻度之要求，仍有甚廣之應用。在半導體製程應用上，較常採用平面型電感式電漿源 (如圖2
所示)，其中平面型螺旋線圈（Spiral coil ）置於平面真空介電窗上，此設計可利用調變線圈之分佈或與真空
B field Dielectric window Match Induced RF E Coil
RF Power
圖4 (a) 最佳後處理參數並成長懸掛單壁奈米碳管之SEM 照片；(b) 單根橫跨約10微米距離之懸掛的單壁
奈米碳管 [6]。
窗之距離，使晶圓表面的電漿分佈均勻[2]，符合現代積體電路製造大面積晶圓製程之需求。電感偶合式電漿源除以上提及之應用外，近年亦在奈米材料與元件製程方面有重大進展，以下將介紹我們最近以電感式電漿技術為基礎，在奈米碳管合成方面之研究成果。 我們主要研究為電漿輔助催化劑式化學氣相沈積法(Catalytic Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, Catalytic PECVD) 成長奈米碳管 (Carbon Nanotubes, CNT) 和奈米碳纖維 (Carbon Nanofibers, CNF)。Catalytic CVD 主要是利用含碳的氣體在催化金屬表面熱裂解而成長 CNT/CNF ，而以電漿之輔助可以大大降低其製程溫度，此外亦易於控制 CNT/CNF 的成長特性及區域，並能與微製程技術整合。另一方面，由於電漿鞘層之電場垂直基板表面，促使CNT/CNF 垂直基板表面成長，為理想之場發射電子源。我們以自行研製之高密度電漿電感式偶合電漿系統，在低溫、低壓下以乙烯/氫氣的混合電漿成長均勻垂直基板之CNF 陣列[3]，如圖3(a)所示。此外，亦利用電漿光譜儀、質譜儀與蘭牟爾探針(Langmuir probe)，即時量測電漿中粒子的濃度和成分比例、電漿密度、電子溫度、電漿電位，以及以RF 阻抗計量測在基板的 RF 電壓和電流，而獲得知離子能量、電流與電漿鞘電場。並進一步探討基板表面的電場強度、電漿中的粒子種類和濃度、基板溫度，對奈米碳纖維的外在形貌、內部結構、整體的石墨化程度和場發射特性的影響[4]。除了透過調整最佳的電漿參數來成長利於場發射應用的CNF 外，我們亦利用臨場 (in situ) 電漿前處理及後處理的方式，來改善其場發射特性。CNT/CNF 陣
列的整體場發射表現，除了取決材料本身的性質 (如功函數、尖端曲率) 外，亦須控制 CNT/CNF 密度，在“增加場發射源數目”與“降低電場屏蔽效應”兩因素間取得最佳化。我們利用高能的氬氣電漿，以電漿臨場前處理中高溫形成的催化劑奈米顆粒，控制催化劑顆粒的密度，可有效的控制成長出來CNT/CNF 的密度。我們亦成功利用氬氣電漿臨場後處理，改變 CNT/CNF 幾何及微觀結構，改善場發射特性。CNF 經氬氣電漿後處理之結果如圖3(b)所示。在高能氬氣電漿的後處理下，CNF 由於物理性的轟擊效應，原本柱狀的結構改變其成為尖錐狀，原本位於頂端的催化金屬顆粒亦由於離子轟擊而變小或消失。我們提出一個“共同蝕刻-沈積機制”來解釋碳管在非反應性離子轟擊下對於其形貌上的改變與影響其場發射行為的因子[5]。此外，在電漿後處理的製程中，我們發現頂端的催化劑奈米顆粒其尺寸可因氬氣電漿的轟擊而降低至數個奈米大小，因此我們嘗試發展一種新的製程來再成長懸掛的單壁碳管 (Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNT) 橫跨於經後處理的CNF 上。在成長SWNT 的條件不變下，藉由調變後處理的參數，我們可以得到後處理CNF 及其頂端催化劑顆粒的大小最適於SWNT 成長的最佳參數，如圖 4所示 [6]。此製程對往後 SWNT 的研究以及電子或光電元件的製作上，均極有助益。
電感式電漿在 1990-1995 年期間成功發展應用於半導體製程之大面積高密度均勻電漿技術，對於積體電路製造進入 200 mm – 300 mm 晶圓與深次微米世代有決定性之貢獻，在如今 21 世紀之奈米科技紀元，電感式電漿相關技術仍繼續精進，朝向更大面積、更均勻、更具彈性之製程發展，扮演更重要之角色。
2-2 微波表面波電漿源(寇崇善，清華大學物理系)
微波表面波電漿源是以電磁波(2.45GHz)激發電
漿中的表面波為其機制。考慮由電漿，石英板及空氣
所組成的三層結構。當電漿密度滿足ωp > ω(1+ε)1/2 時(ε為石英之介電系數)，電磁波在電漿及空氣中以指數的方式迅速衰減，因此電磁波能量沿著電漿表面傳遞而構成電漿表面波(plasma surface wave)。表面波電漿源的特點在於形成高密度電漿。如以2.45 GHz 微波為例，電漿密度可高於1011 cm -3。
早期表面波電漿源以激發小圓柱形之電漿為主，其直徑約為1-2 cm 。為達到激發大面積電漿的要求，我們提出以平面型可調式表面波共振腔為電漿激發結構[7-10]。其示意如圖5所示其特點在於：(1) 分佈式的微波偶合結構，微波能量以平面型的方式展開後與真空腔偶合，用以激發大面積的電漿。(2) 微波傳輸結構與電漿產生區分隔，如此能減少電漿產生後對於微波傳輸的影響，而分佈式的微波偶合方式方能達成。
分佈式的微波偶合主要是利用微波中的梳型週期性慢波結構。如圖5所示，在此結構上，微波是以表面波的方式傳輸，其功率主要侷限在梳型結構的表面，往真空腔方向以指數的方式衰減。而在橫方向為均勻分布。此一週期性慢波結構將微波能量以平面的方式展開，來實現分佈式微波偶合的想法。此外，為了有效地使用微波功率及獲得較高場強，採用共振腔的設計並使其操作於π模式(微波每經一週期之相位差為π，共振頻率的調整則是藉由改變梳齒的高度來達成。圖5即為12週期之可調式表面波共振腔。而前面提到的第2項特點即微波傳輸結構與電漿產生區分隔，則是靠石英板來實現。如圖5所示，此石英板不僅具有分隔和偶合的功用，最重要的是，由其所造成之電漿不連續界面還能激發出電漿表面波，使電漿密度能高於1011cm -3。圖6就是大面積平面型微波電漿源系統結構圖。微波經由偶合器進入可調式表面波共
振腔，激發出π模式表面波，再經由兩塊石英板的偶合而產生大面積之平面型電漿。藉由蘭牟爾探針即可進行電漿特性及均勻度的量測。
圖6 大面積平面型微波電漿源系統結構
實驗結果顯示，在氣壓低於30 mTorr 時，可以激發50cm ?25cm 之大面積電漿，其均勻度為±10%。在高氣壓時電漿密度不均勻是由於石英板不連續所造成(如圖7所示)。圖8顯示電漿密度在不同氣壓下隨微
波功率的變化。由於電漿表面波的激發，當氣壓為30 mTorr ，微波功率2.0 kW 時，電漿密度可達1012cm -3。其電漿溫度約為1.5eV ，電位約12 V 。
圖5 平面型可調式表面波共振腔電漿激發結構
10
30
50
20
40
60
z (cm)
i o n c u r r e n t d e n s i t y (m A /c m 2
)
pressure (mtorr)
p l a s m a d e n s i t y ( c m -3
)
圖7 電漿分佈 圖8 電漿密度在不同氣壓的變化
在此表面波電漿源中亦量測到電漿共振現象(plasma resonance)[9]。電漿之介電常數為εp = 1- ωp 2 /
ω2 , 故當電漿頻率等於電磁波頻率時，εp 可為零。因
為electric displacement, D = εp E , 必須連續，故電場會大幅增加。此為電漿共振現象。由於電漿表面波的激發，使電漿密度值必高於一密度下限。但由於電子擴散效應，使電漿邊界處有一電漿密度衰減區，愈靠近邊界密度就愈低。由於此衰減區的存在，使電漿頻率
ωp 有機會等於電磁波頻率，即ωp = ω，故引發電漿共
振現象。實驗量測顯示當區域電漿密度等於一個特定值時，微波電場會大幅增大形成區域極大值。如圖8所示而當電漿空間分佈改變時，此一電場極大值的位置也會改變，但所對應的區域電漿密度不變。此外，電場增大量與電漿密度的梯度成正比，這與理論預測相符。另一方面，當共振發生時，高能量電子也隨之發生。
在應用研究方面，本系統主要用於鑽石膜，尖狀結構及奈米鑽石柱成長之研發。此外並探討其場發射及散熱之特性 [11-19]。如圖10所示，我們己成功的研發出單晶之奈米鑽石柱。
圖8 電漿密度與微波電場空間之分佈。功率各為1.1kW 及
1.6 kW 。
2-3大氣輝光電漿(吳敏文，核能研究所)
低壓(Low-pressure)或真空輝光電漿自1970年即開始應用於半導體元件之製造與各種工業材料之處理，目前在半導體工業每年約創造100億美元之產值。但是，由於這項處理技術需要昂貴的真空設備，
圖9類鑽石尖狀結構圖10單晶奈米鑽石柱
且其產量受到限制，因此，對附加價值較低與需要大產量之傳統產業例如紡織業與造紙業等，其應用成本偏高而未具有競爭力。因此，為了降低電漿之應用成本，近年來國內外專家均積極研發無需真空的大氣輝光電漿。
低壓輝光電漿為非熱平衡電漿，其電漿整體之溫度接近室溫，故又稱為低溫電漿，其低溫特性確保其在材料處理上不會造成材料之損傷，而其最大優點為其含有多樣化的化學活性種(Chemically active species)及良好的電漿空間分佈之均勻性，故在材料處理製程上並無其他方法可以取代。大氣輝光電漿除無需在真空中操作外，亦必須具有低及電漿空間分佈均勻之特性，才適合高品質之材料處理需求。
電暈放電(Corona Discharge )與介電屏蔽板湯生放電(Dielectric Barrier Townsend Discharges)等兩種放電產生之電漿雖然能滿足低溫的需求，但因其電漿密度較低與電漿之空間分佈的均勻度不佳等缺點，故僅能適合較低品質之材料處理需求。而電漿密度高且具良好均勻性之大氣輝光放電電漿，於1988年首先研發成功[20]，國際間目前最成熟且市場上已有商業產品之大氣輝光電漿分為兩大類；其一為介電屏蔽板式大氣輝光電漿(Atmospheric Pressure Glow Discharge Plasmas,APGD)，其二為噴射式大氣輝光電漿(Atmospheric Pressure Glow Discharge Plasma Jet, APPJ)等。其中，噴射式大氣輝光電漿之氣體消耗量大及面積較小，而介電屏蔽板式大氣輝光電漿之電漿面積最大，最適合大面積紡織品等高分子材料之表面改質[22,23]。因此，其產生電漿之物理機制最值得深入探討。
根據已發表之文獻[20,21]，欲在大氣壓下產生大面積且均勻之輝光電漿，其電極結構、放電氣體與電源頻率等均是關鍵因素。介電屏蔽板式之大氣輝光電漿源之基本構造如圖11所示，其關鍵性組件包含貼上介電屏蔽板(Dielectric plates)之金屬電極、惰性氣體與高壓電源等三項，茲將探討這三項組件對產生大氣輝光電漿扮演之角色。
圖11 大氣輝光電漿源之基本構造
首先，電極所黏貼之介電屏蔽板為其第一項關鍵性結構，由於大氣壓下之氣體密度比真空(<0.1 Torr)高出約10,000倍，因此其電子、離子與氣體碰撞之機率很高，導致其平均自由路徑很短，其二次發射電子(Secondary Emission Electrons)游離氣體所產生之連鎖反應，導致極短時間內產生大量之電子團
(Avalanche)，在電極間形成導電通道而產生電弧放電。而若兩電極之間有介電屏蔽板，則其二次發射之電子團將在正電極之介電屏蔽板上累積且均勻分散，這些電子團與移動緩慢而聚集在負電極附近之離子團產生一空間電荷電場，因其方向與外加電場相反，而抵銷了大部分的外加電場，因而降低了電極間之電場，也降低短時間大量湧至之電子數目，因此能防止電弧放電。
產生穩定之大氣輝光電漿之第二項要件為採用惰性氣體如氦氣、氖氣或氬氣等。由於氦氣具有以下三項獨有之特性：其一為在相同電極間距下，氦氣的崩潰電壓(Breakdown voltage)比非惰性氣體(如氮氣與空氣)低很多如圖12所示，崩潰電壓低，則電漿源可操作在較低電壓，而低電壓所產生之電子增殖(multiplication)也較小，因此可避免產生電弧放電；其二為氦亞穩態分子(He Metastables)之壽命較長(數秒)，可暫存放電之能量後再以較長時間慢慢釋放。因此，氦之亞穩態分子亦可避免全部能量在極短時間放出而造成電弧放電；其三為氦氣具有能量較高(~20 eV)的氦亞穩態能階，能儲存更多之放電能量，故更能避免短時間電流太大而產生的電弧放電。
圖12 各種氣體之崩潰電壓
高壓電源之頻率為產生大氣輝光電漿之第三項重要因素。由於壽命較長之氦亞穩態分子與氦氣之中性基團或雜質氣體等之碰撞，在放電後還能持續產生電子與離子。此延遲產生之電子與離子，與下一個高壓脈波在時間上重疊之程度與高壓之頻率有關。在前一個高壓脈波產生延遲電子與離子最多時，剛好下一個高壓脈波之出現，因而有最大之預游離(Preionization)效應，最有利於產生大氣輝光放電電漿，也是最佳之高壓電源頻率，通常在1-100 kHz之間。若電源之頻率太低，則前一高壓脈波產生之延遲電子與離子已完全消失後，下一個高壓脈波才出現，因無預先游離之電子，故較難產生大氣輝光電漿。圖13為核研所研發的介電屏蔽板式之大氣輝光電漿源實體及其放電情形。
圖13 核研所開發之大氣輝光電漿源實體及放電情形
大氣輝光電漿之應用範圍甚廣包括：(1)紡織品、紙、塑膠、橡膠與生醫材料等高分子材料之表面改質[22,23]，(2)塑膠材料之鍍膜，(3)室內空氣與醫療器材之消毒與滅菌，(4)玻璃與多層PC板之清潔，及(5)軍事上保密設施之隱形等，其應用前景未可限量。
2-4 直流電漿火炬簡介(曾錦清，核能研究所)
熱電漿火炬大致可分為電感偶合電漿火炬(Inductively Coupled Plasma Torch，簡稱為ICP Torch)、交流電漿火炬(AC Plasma Torch)及直流電漿火炬(DC Plasma Torch)等三種，電感偶合電漿火炬因使用射頻電源供應器提供氣體放電所需的電力，設備投資高、效率低而且規模放大較困難；交流電漿火炬則由於電極使用壽命比較短，而且有幾何安排的限制，因此，目前絕大多數的電漿熔融處理系統採用直流電漿火炬，而且為減低電極熔蝕率，增長維修週期，皆採用管型電極設計。
直流電漿火炬係氣體放電的一種形式，即工作氣
圖14 直流電漿火炬結構(左圖)，非傳輸型模式(中圖)及傳輸型模式(右圖
)
壓大於 1 atm 的自我維持弧光放電，其電流密度為102~107Amp/cm 2，電場強度約5 ~ 20 V/cm ；其電壓與電流的關係圖呈拋物線下降形式，並隨工作氣壓的大小、氣體種類及放電結構等而有所改變[24]。高功率直流電漿火炬的工作電壓由數百伏特至數仟伏特，而電流則在數拾至數仟安培之間；電極的流失量在實心電極的情況約10-7公克/庫侖，而在空心陰極的情況下，配合螺旋流動(V ortex flow)的工作氣體或外加磁場，使弧根在陰極上作圓周運動，降低電極溫度並減少電極流失量(約10-9~10-10公克/庫侖)。電極流失量與通過電極的總電荷數成正比，因此，在額定的功率下，應盡可能提高火炬的工作電壓，減小放電電流，才能延長火炬電極的使用壽命。直流電漿火炬可分類為傳輸型直流電漿火炬(Transferred DC Plasma Torch)及非傳輸型直流電漿火炬(Non-Transferred DC Plasma Torch)兩種操作模式；傳輸型火炬的電極一個在火炬
本體上，另一個則在被處理物上，藉著改變火炬與工作物的距離、氣體流量及氣體種類來調整火炬的功率；而非傳輸型火炬的兩個電極都在火炬的本體上，主要是藉著改變氣體流量及氣體的種類來調整火炬的輸出功率。漩流產生器(swirler)用以產生火炬空心電極內的漩流氣體，造成密度梯度使空心電極中心氣體的密度比接近電極壁之氣體密度底，有利於氣體延著電極中心放電；此外，旋轉氣體快速地流動可把氣體放電加在電極內壁的高輻射熱迅速帶走，降低電極的溫度及穩定電弧，並且造壓力梯度將電弧沿漩流產生器兩端的電極延伸拉長，增加火炬的輸出功率。漩流產生器係由一個有對稱切線孔洞的圓管、火炬放電室及氣體供應室所組成，氣體由切線孔洞進入火炬放電室後, 即造成旋轉流動。圓管和空心電極的尺寸及結構必須適當配合，電漿火炬才能達到最佳工作條件[25]。
直流電漿火炬的設計要點在於如何 (1)提高電能轉換效率，以有效地加熱工作氣體。(2)增長火炬電極的使用壽命, 以增長維修週期。要達到這兩個要求，火炬電極之形狀通常採用管狀形式並且提高火炬的工作電壓，配合旋轉氣流的運作，可防止弧根固定在電極的同一定點上而嚴重侵蝕電極。要使火炬穩定運轉，旋轉氣流的強度必須符合下列條件：
D C /D F ? 氣體切線速度 ≥ 聲速……………..(1) 其中, D C 為漩流產生器的內徑, D F 為火炬前電(或噴嘴電極)的內徑。在符合(1)式的條件下，D C /D F 的比值通常在1~8之間，而4則為最佳數值。當D C /D F 的比值小於1時, 則不能產生足夠的漩流強度；而當 D C /D F > 8時，則氣流和電極內壁產生很大的阻力，損
失大部份能量，亦無法產生足夠強度的漩流。在氧氣環境工作下，電極材料的選擇是很重要的，通常選用銅或銅、鋁、銀、鎢、鉬等之合金。此類材料氧化後會形成一層保護膜防止內部材料繼續氧化，因此，可延長電極在氧化氣氛下的使用壽命，此外，有效地降低電極溫度亦是防止快速氧化的有效方法。結構設計上，後電極的長度L R 和內直徑D R 的比值應在5~30之間，而前電極的長度L F 和內直徑D F 的比值應在5~40之間，而且D R /D F 的比值應在0.5~2.5之間，此外，放電電流I 和前電極內徑D F 的比值應在50~2000安培/英吋之間。當L R /D R < 5時，弧根會打在後電極的底部成固定點，而將電極熔穿破洞，但L R /D R > 30時，則放電情形呈不穩定狀態。當L F /D F < 5時，放電氣體無法在出口均勻混合，但當L F /D F > 40時，則氣體的能量會被電極大量吸收，減低火炬的電能轉換效
率。當D R /D F < 0.5時，後電極的管口會被嚴重侵蝕，但當D R /D F > 2.5時，放電會呈不穩定狀態。除此之外，可在前後電極加軸向磁場[26]使電漿旋轉方向和漩流方向相同，一來可以增高工作電壓提高效率，二來可以使弧根在電極內壁快速旋轉，減少電極單位面積所承受的熱量，降低電極溫度，增長電極壽命。
直流電漿火炬可產生溫度約5,000?20,000℃、能量密度約10?100 MJ/kg 及功率約10?8,000 kW 的電漿，可做為奈米粉末生產、化合物合成、金屬冶煉、全氟化有機廢氣(PFC)及有害事業廢棄物處理等工業應用的潔淨熱源[27-29]。核能研究所已開發完成直流電漿火炬技術，火炬功率可達3,000 kW ，並實際用於處理低放射性廢棄物及焚化爐灰渣，達到減容、固化、無害化或資源化等多重效果。
2-5 電漿浸沒離子佈植技術(蔡文發，核能研究所)
離子佈植(ion implantation)係以適當的離子能量與劑量佈植固體材料(母材或靶材)內，以便對母材先天不足的電性、機械、物理與化學等特性進行改質，廣泛應用於半導體產業。然而因其受到單方向(line-of-sight)離子佈植限制，費時的射束掃瞄及昂貴的靶台基座，阻礙其在其它產業的發展。直到1987年美國威斯康辛核工系J.R. Conrad 教授[30]提出一種三維離子佈植技術，稱為電漿浸沒離子佈植技術(Plasma Immersion Ion Implantation, PIII)，克服傳統離子束單方向佈植的限制，並於1988年獲得專利，使得
離子佈植技術在非半導體產業應用有了突破性發展。PIII 設備非常簡單，僅將傳統離子佈植機的離子源變成一個大腔體的電漿源，目標靶材浸泡於電漿內，外加一負脈衝電壓於靶材上，電漿離子便從四面八方垂直佈植工件，完全免除離子佈植機的離子束引出、加速、偏向、掃瞄、以及靶台基座等昂貴配備，是一種簡單、便宜、高效率、經濟效率高的三維離子佈植技術，特別適合體積大且形狀複雜的工件[31]，如圖16所示。
PIII 工作原理[32]：對一浸泡於電漿密度n 的平面靶材而言，當脈衝負壓V 起動瞬間(約幾奈秒)
，靶材
圖15、漩流產生器內部速度分佈(左圖)及壓力分佈(右圖
)
周圍的電子立刻感受到負壓作用而被往外推開，但因離子慣性不動因而形成一層電子貧乏區的離子陣列鞘層(matrix sheath) S o =(2ε o V/ne)1/2於靶面附近[30]，其中εo 為介電常數。等到離子感受負壓作用時(約幾微秒)，此時鞘層內的離子便藉由鞘層位降的加速而垂直佈植靶內。為了維持鞘層內離子數平衡要求，迫使鞘層厚度S(t)=S o [(2/3)ωpi t + 1]
1/3
隨著離子佈植不斷往外
擴張，彌補鞘層內離子數減少，此時離子流強度可以Child-Langmuir 方程式J i (t)=(4εo /9)(2e/M)1/2[V/(S(t))2]來表示[33]，其中M 為離子質量，而離子電漿頻率ωpi =(ne 2
/εo M)1/2
。隨著鞘層擴大，鞘層與電漿間交錯的界面範圍伴隨擴大。當由電漿漂移(drift)進入鞘層界面的離子數與佈植靶材的離子數相等時，鞘層厚度趨於穩定，達到所謂的穩定鞘層(stationary sheath)[34]。因此，每一脈衝的佈植離子劑量d=?p 0 )(t
i dt t J ，其中t p 為脈衝寬度；而總佈植劑量為D=d·f·t ，其中f 為脈衝頻率，t 為總佈植時間。佈植離子在靶內的碰撞與遷移
過程中，新合金相生成、高溫熱激發擴散等機制與效應，可使靶材表層有效改質。
PIII 應用領域相當廣泛[32]，包括半導體、精密模具刀具、機械組件、汽機車、航太與生醫等產業。如在精密模具刀具[35]及人工關節[36]耐磨延壽等應用上，主要利用高能量離子直接崁入工件表面，不會影響其精密度，且因無明顯界面層，不會發生鍍膜改質層剝落等問題。在半導體的應用潛力，為PIII 能夠對整塊矽晶片同時佈植的優勢，高效率生產SOI(silicon on insulator)矽晶片[32]，有效降低成本與提高競爭力，如圖17所示。至於PIII 在機械、汽機車與航太等組件[37]的改質應用，則是利用PIII 具有離子佈植與被覆雙功能的複合製程技術[38]，例如先於基材產生一層硬度高的氮化層，做為後續PIII 合成硬膜(例如DLC)的支撐結構，加強提昇耐磨效果。典型例子如應用於商用與軍用汽機車引擎零組件(例如齒輪、凸輪軸、軸承等)耐磨處理，提高使用壽命，如圖18所示。
3. 結語
本文介紹國內有關電漿源的研究。任何一種電漿
源的研發必定包含了物理、材料、電機、機械的知識
與技術，故需要整合多方面的專長與資源才能突破。
另外電漿源的研發必須與應用研究相結合，如此才能
圖16 PIII 設備示意圖
圖18 美國西南研究所將PIII 技術應用大於戰車軸承元
件耐磨處理[39]
圖17 香港城市大學利用PIII 製造SOI 矽晶片[10]
研發出適合的電漿特性與系統。隨著電漿技術應用的擴大，相信更多新型電漿源將出現。
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作者簡介
柳克強
副教授清華大學工程與系統科學系
kcleou@https://www.doczj.com/doc/db6202007.html,.tw
翁政輝
博士生清華大學工程與系統科學系
chweng@https://www.doczj.com/doc/db6202007.html,.tw
魏鴻文
博士生清華大學工程與系統科學系
d907121@https://www.doczj.com/doc/db6202007.html,.tw
張家豪
博士生清華大學工程與系統科學系
d897109@https://www.doczj.com/doc/db6202007.html,.tw
李安平，寇崇善
清華大學物理系
吳敏文，曾錦清，蔡文發，鄭國川
原子能委員會核能研究所
第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1．下列电极反应中，溶液中的pH值升高，其氧化态的氧化性减小的是(C) A. Br2+2e = 2Br－ B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2．已知H2O2在酸性介质中的电势图为O2 0.67V H2O2 1.77V H2O，在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O，说明H2O2的歧化反应（C） A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生Ｄ.与反应方程式的书写有关 3．与下列原电池电动势无关的因素是Zn |Zn2+‖H+，H2 | Pt （B） A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4．298K时，已知Eθ（Fe3+/Fe）=0.771V，Eθ（Sn4+/Sn2+）=0.150V，则反应2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为（D）kJ/mol。 A. －268.7 B. －177.8 C. －119.9 D. 119.9 5．判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存（D） A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V，Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ，Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ，Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6．已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+ Eθ(Cu2+/Cu)=(1) , Eθ(Sn4+/Sn2+)=(2) 则有（C） A. (1) = (2) B. (1)＜(2) C. (1)＞(2) D. 都不对 二、填空题 1．将下列方程式配平 3PbO2 + 2 Cr3+ + ____H2O___ ＝1Cr2O72—+ 3Pb2+ + __2H+___ (酸性介质) 2MnO2 + 3 H2O2 +__2OH-___ ＝2MnO4—+ ___4H2O______ （碱性介质）2．现有三种氧化剂Cr2O72—，H2O2，Fe3+，若要使Cl—、Br—、I—混合溶液中的I—氧化为I2，而Br-和Cl-都不发生变化，选用Fe3+最合适。(EθCl2/Cl-=1.36V, EθBr2/Br-=1.065V, EθI2/I-=0.535V) 3．把氧化还原反应Fe2++Ag+=Fe3++Ag设计为原电池，则正极反应为Ag++ e = Ag，负极反应为Fe3++e= Fe2+ ，原电池符号为Pt︱Fe3+(c1),Fe2+(c2)‖Ag+(c3)︱Ag。 4．在Ｍn++n e＝M(s)电极反应中，当加入Ｍn+的沉淀剂时，可使其电极电势值降低，如增加Ｍ的量，则电极电势不变 5．已知EθAg+/Ag=0.800V, K sp=1.6×10—10则Eθ（AgCl/Ag）= 0.222V。 6．已知电极反应Cu2++2e=Cu的Eo为0.347Ｖ,则电极反应2Cu - 4e =2Cu2+的Eθ值为0.347V 。7．用氧化数法配平下列氧化还原反应。 （1）K2Cr2O7＋H2S＋H2SO4K2SO4＋Cr2(SO4)3＋S＋H2O K2Cr2O7＋3H2S＋4H2SO4 =K2SO4＋Cr2(SO4)3＋3S＋7H2O
电热水壶工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
一、电热水壶的特点 这种热水壶小巧玲珑、方便携带、占空间位置小，壶体与电源分体结构，烧水时接通电源，水沸时自动断电，操作安全。采用大功率加热，加热速度快，烧开一壶水只需4～5分钟，具有自动控温，水开后自动断电功能，并设置防干烧、超温双重保护。 二、电热水壶的基本结构 BD-15型电热水壶结构如图1所示，主要由壶体、电源连接器、发热器、蒸汽感应控制器和防干烧温控器等零部件组成。 l、壶体 装水容量1．8L用耐高温塑料制成。按壶盖按钮，可以打开壶盖。水位窗印有最低水位MIN、最高水位若MAX，注水多少一目了然。提手上端装有指示灯，亮红光表示通电加热．熄灭表示水已烧开。提手下端装有开／关按键，按下按键自动烧水，水烧开后，按键自动复位。 2．电源连接器由接电底板、接电插座和电源线等组成。壶体插入接电插座自动通电，拿起壶体自动断电，使用安全。 3，发热器是烧水热源，其结构如图2所示。
它主要由不锈钢电热管、连接端盖、底座和接电插头等组成。发热器功率1500W，用Φ8mm不锈钢电热管制成，两引脚通过底座的触点与接电插头连接，同时电热管的中点(即发热温度最高点)与连接端盖焊成一体，用于防干烧传递热量。发热器底座内部装置防干烧温控器，上方装置蒸汽感应控制器。发热器自成电源回路。 4，蒸汽感应控制器其作用是水烧开后自动断电，结构如图3所示。 它主要由热双金属片、动静触点、弹簧片、摆动架和按键等组成。蒸汽感应控制器装在发热器插口上，感温部分正对蒸汽管。热双金属片(型号：ISC-108SP)由热膨胀系数不同的两种金属片轧制成片状，其中一片膨胀系数较大，而另一片较小。控制器末按下按键时(如图3a)，摆动架的触杆压住动触片，动静触点呈断开状态。按下按键后(如图3b)，摆动架动作，热双金属片受压通过支点1往右摆，与此同时，触杆离开动触片，动静触点呈闭合状态，接通电源，发热器发热。热双金属片感温后，热膨胀系数大的伸长多，使双金属片向热膨胀系数小的那面弯曲．如图3b的弧形虚线所示。当水烧开时，大量蒸汽经
第1章 直流电路 习题参考答案 一、 填空题： 1. 任何一个完整的电路都必须有 电源 、 负载 和 中间环节 3个基本部分组成。具有单一电磁特性的电路元件称为 理想 电路元件，由它们组成的电路称为 电路模型 。电路的作用是对电能进行 传输 、 分配 和 转换 ；对电信号进行 传递 、 存储 和 处理 。 2. 反映实际电路器件耗能电磁特性的理想电路元件是 电阻 元件；反映实际电路器件储存磁场能量特性的理想电路元件是 电感 元件；反映实际电路器件储存电场能量特性的理想电路元件是 电容 元件，它们都是无源 二端 元件。 3. 电路有 通路 、 开路 和 短路 三种工作状态。当电路中电流0 R U I S 、端电压U ＝0时，此种状态称作 短路 ，这种情况下电源产生的功率全部消耗在 内阻 上。 4.从耗能的观点来讲，电阻元件为 耗能 元件；电感和电容元件为 储能 元件。 5. 电路图上标示的电流、电压方向称为 参考方向 ，假定某元件是负载时，该元件两端的电压和通过元件的电流方向应为 关联参考 方向。 二、 判断题： 1. 理想电流源输出恒定的电流，其输出端电压由内电阻决定。 （错） 2. 电阻、电流和电压都是电路中的基本物理量。 （错） 3. 电压是产生电流的根本原因。因此电路中有电压必有电流。 （错） 4. 绝缘体两端的电压无论再高，都不可能通过电流。 （错） 三、选择题：（每小题2分，共30分） 1. 当元件两端电压与通过元件的电流取关联参考方向时，即为假设该元件（A ）功率；当元件两端电压与通过电流取非关联参考方向时，即为假设该元件（B ）功率。 A 、吸收； B 、发出。 2. 一个输出电压几乎不变的设备有载运行，当负载增大时，是指（ C ） A 、负载电阻增大； B 、负载电阻减小； C 、电源输出的电流增大。 3. 当电流源开路时，该电流源内部（ C ） A 、有电流，有功率损耗； B 、无电流，无功率损耗； C 、有电流，无功率损耗。 4. 某电阻元件的额定数据为“1K Ω、”，正常使用时允许流过的最大电流为（ A ） A 、50mA ； B 、； C 、250mA 。 四、计算题 已知电路如题所示，试计算a 、b 两端的电阻。
一、电热水壶的特点 这种热水壶小巧玲珑、方便携带、占空间位置小，壶体与电源分体结构，烧水时接通电源，水沸时自动断电，操作安全。采用大功率加热，加热速度快，烧开一壶水只需4～5分钟，具有自动控温，水开后自动断电功能，并设置防干烧、超温双重保护。 二、电热水壶的基本结构 BD-15型电热水壶结构如图1所示，主要由壶体、电源连接器、发热器、蒸汽感应控制器和防干烧温控器等零部件组成。 l、壶体 装水容量1．8L用耐高温塑料制成。按壶盖按钮，可以打开壶盖。水位窗印有最低水位MIN、最高水位若MAX，注水多少一目了然。提手上端装有指示灯，亮红光表示通电加热．熄灭表示水已烧开。提手下端装有开／关按键，按下按键自动烧水，水烧开后，按键自动复位。2．电源连接器由接电底板、接电插座和电源线等组成。壶体插入接电插座自动通电，拿起壶体自动断电，使用安全。 3，发热器是烧水热源，其结构如图2所示。
它主要由不锈钢电热管、连接端盖、底座和接电插头等组成。发热器功率1500W，用Φ8mm不锈钢电热管制成，两引脚通过底座的触点与接电插头连接，同时电热管的中点(即发热温度最高点)与连接端盖焊成一体，用于防干烧传递热量。发热器底座内部装置防干烧温控器，上方装置蒸汽感应控制器。发热器自成电源回路。 4，蒸汽感应控制器其作用是水烧开后自动断电，结构如图3所示。 它主要由热双金属片、动静触点、弹簧片、摆动架和按键等组成。蒸汽感应控制器装在发热器插口上，感温部分正对蒸汽管。热双金属片(型号：ISC-108SP)由热膨胀系数不同的两种金属片轧制成片状，其中一片膨胀系数较大，而另一片较小。控制器末按下按键时(如图3a)，摆动架的触杆压住动触片，动静触点呈断开状态。按下按键后(如图3b)，摆动架动作，热双金属片受压通过支点1往右摆，与此同时，触杆离开动触片，动静触点呈闭合状态，接通电源，发热器发热。热双金属片感温后，热膨胀系数大的伸长多，使双金属片向热膨胀系数小的那面弯曲．如图3b的弧形虚线所示。当水烧开时，大量蒸汽经蒸汽管冲到热双金属片，弯曲度达到最大极限而产生作用力F，热双金属片闪动复位，带动摆动架、按键动作，动静触点断开。
电化学原理 第一章 绪论 两类导体： 第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。 第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。 三个电化学体系： 原电池：由外电源提供电能，使电流通过电极，在电极上发生电极反应的装置。 电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。 腐蚀电池：只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。 阳极：发生氧化反应的电极 原电池（-）电解池（+） 阴极：发生还原反应的电极 原电池（+）电解池（-） 电解质分类： 定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。 分类： 1.弱电解质与强电解质—根据电离程度 2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态 3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型 水化数：水化膜中包含的水分子数。 水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。可分为原水化膜与二级水化膜。 活度与活度系数： 活度：即“有效浓度”。 活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想溶液的偏差。 规定：活度等于1的状态为标准态。对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。 离子强度I ： 离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为： 注：上式当溶液浓度小于0.01mol ·dm-3 时才有效。 电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。 符号为G ，单位为S ( 1S =1／Ω)。 影响溶液电导的主要因素：（1）离子数量；（2）离子运动速度。 当量电导（率）：在两个相距为单位长度的平行板电极之间，放置含有1 克当量电解质的溶液时，溶液所具有的电导称为当量电导，单位为Ω-1 ·cm2·eq-1。 与 K 的关系： 与 的关系： 当λ趋于一个极限值时，称为无限稀释溶液当量电导或极限当量电导。 离子独立移动定律：当溶液无限稀释时，可以完全忽略离子间的相互作用，此时离子的运动 i i i x αγ=∑ =2 2 1i i z m I I A ?-=±γlog L A G κ= KV =λN c N c k 1000=λ- ++=000λλλ
第13章 电工测量 一、选择题 用准确度为2.5级，量程为30A的电流表在正常条件测得电路的电流为15A时，可能产生的最大绝对误差为（）。[华南理工大学研] A．±0.375 B．±0.05 C．±0.25P D．±0.75 【答案】±0.75 【解析】最大绝对误差为：y＝±2.5％×30＝±0.75。 二、填空题 1．有一低功率因数功率表的额定参数如下： cosψ＝0.2，Un－300V，In＝5A，αn＝150分格，今用此表测量一负载的消耗功率，读数为70分格，则该负载消耗的功率P ＝______。[华南理工大学研] 【答案】140W 【解析】功率表常数，该负载消耗的功率为：P＝70C＝70×2W＝140W。 2．用一只准确度为1.5级、量程为50V的电压表分别测量10V和40V电压，它们的最大相对误差分别是______和______。[华南理工大学研]
【答案】±7.5%；±1.875% 【解析】该电压表的基本误差：，所以在测量10V 的电压时，501.5%0.75V γ=±?=±最大相对误差为： ，在测量40V 的电压时，最大相对误差为：0.7510%100%7.5%1010 γγ±?=?=?=±100% 1.875% 40γ γ?=?=±3．用准确度为2.5级、量程为30A 的电流表在正常条件下测得电路的电流为15A 时，可能产生的最大绝对误差为______。[华南理工大学研] 【答案】±0.75 【解析】最大绝对误差为：y ＝±2.5％×30＝±0.75。 4．一磁电式电流表，当无分流器时，表头的满标值电流为5mA ，表头电阻为 2012。今欲使其量程（满标值）为1A ，问分流器的电阻应为 ______。[华南理工大学研] 【答案】0.1Ω 【解析】分流器电阻为：
电化学原理及其应用 1．家蝇的雌性信息素可用芥酸(来自菜籽油)与羧酸X在浓NaOH溶液中进行阳极氧化得到。 电解总反应式为： 则下列说法正确的是( ) A．X为C2H5COOH B．电解的阳极反应式为：C21H41COOH＋X－2e－＋2H2O―→C23H46＋2CO2－3＋6H＋ C．电解过程中，每转移a mol电子，则生成0.5a mol雌性信息素 D．阴极的还原产物为H2和OH－ 解析：A项根据原子守恒可判断X为C2H5COOH；B项由于电解质溶液为浓NaOH，因此阳极反应式应为C21H41COOH＋X－2e－＋60H－―→C23H46＋2CO2－3＋4H2O；C项根据电解总反应可知每生成1 mol雌性信息素转移2 mol电子，则C项正确；D项阴极的还原产物为H2，OH－并非氧化还原产物． 答案：AC 2．下列关于铜电极的叙述正确的是( ) A．铜锌原电池中铜是负极 B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 C．在镀件上电镀铜时可用金属铜做阳极 D．电解稀硫酸制H2和O2时铜做阳极 解析：铜锌原电池中锌活泼，锌做负极；电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，做阳极； 电镀铜时，应选用铜片做阳极，镀件做阴极，含有铜离子的溶液做电镀液。电解稀硫酸时，铜做阳极，失电子的是铜而不是溶液中的OH－，因而得不到氧气。 答案：C 3．普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一特点，科学家发明了电动势(E)法测水泥初凝时间，此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2Cu ＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。 下列有关说法不正确的是( ) A．工业上制备普通水泥的主要原料是黏土和石灰石
电热水壶物理知识 电热水壶的物理知识：自动断电原理 1.根据物体热涨冷缩原理。热涨冷缩是物体的共性，但不同物体其热涨冷缩的程度不一样。用铜的金属片制作成触点.因为铜对热涨冷缩比较敏感所以在温度没有到达设定值的时候,铜金属片是弯曲的形状,这时它的触点是闭合接通的.在水加热到设定的温度时水的热量会传导到温控器中的铜片上面铜片因为受热伸直就将触点弹开成断电状态.在温度下降的时候铜片又恢复到原来的状态使触点接通成通电加热状态。 双金片的两面是不同物质的导体，在变化的温度下由于涨缩程度不一样而使双金片弯曲，碰到设定的触点或开关，使设定的电路开始工作。这样更直接更及时，可以准确的感应水温情况。 2.壶中的水烧干断电是壶中有自动温度控制电路.电路中串联温度传感器.水的沸点是一百度,当水烧干后温度会超过一百度,这时温度传感器会将电路断开.简单的温度传感器是双金属片,常用于电熨斗电热水器等电器中.温度传感器的种类很多.还有半导体温度传感器.这种结构简单，使用安全，可靠性好。 电热水壶的物理知识：工作原理 电热水壶的工作原理为：利用水沸腾时产生的水蒸汽使蒸汽感温元件的双金属片变形，并利用变形通过杠杆原理推动电源开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电。其断电是不可自复位的故断电后水壶不会自动再加热。 使用PTC加热元件代替发热管，可以有效防止因为干烧而出现的着火危险。PTC加热元件的干烧温度可以设定在150℃~250℃之间的任何温度，当温度到达设定的温度后，PTC元件的电阻迅速增加，加热功率急剧下降，使其温度保持在设定温度而不会继续上升。PTC加热元件的自动控制温度性能是绝对可靠的，它靠的是PTC本体内的电阻变化而控制温度，而不是依靠任何触点控制。所以很多高档的电热水壶采用了PTC加热元件。
电热水壶的结构与工作原理 电热水壶接通电源加热后，水温逐步上升到100度，水开始沸腾，蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片，由于热胀冷缩的作用，双金属片膨胀变形，顶开开关触点断开电源。如果蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直到水被烧干，发热元件温度急剧上升，位于发热盘底部的有两个双金属片，会因为热传导作用温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。因此电热水壶的安全保护装置是设计的非常科学与可靠的。这也就是电热水壶的三重安全保护原理。 一、电热水壶的工作原理是什么，为什么水开可以自动断电？ 电热水壶的工作原理为：利用水沸腾时产生的水蒸汽使蒸汽感温元件的双金属片变形，并利用变形通过杠杆原理推动电源开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电。其断电是不可自复位的，故断电后水壶不会自动再加热。 二、电热水壶的三重安全保护装置是什么？ 第一重：蒸汽开关，当水沸腾后蒸汽开关会动作，使水壶断电；第二重：干烧保护，如
蒸汽开关未动作，水将会一直烧下去并不断减少，当水低于最低水位或烧干时，另一温控上的双金属片会动作，使水壶断电；第三重，如以上均失去作用，随着温度升高，温控器内一塑料推杆将会熔化，使水壶断电。 三、电热水壶按照外形结构有那些分类？ 按结构分为直插式和旋转式。直插式就是壶体与底座不能旋转，用发热管直接加热；旋转式是壶体与底座可以360度旋转，用发热盘加热。目前市场常见的大多数产品为旋转式。 四、为什么有些电热水壶有香味，有香味是不是高档？ 有香味的电热水壶是在密封硅胶里加了芬香类的物质，所以打开盖子后会闻到一股香味，有香味表面感觉很好,但实际上对人体健康不利，所以有香味的电热水壶只是一些小品牌表面引诱消费者购买。好的水壶应该是没有任何味道的，包括塑料味。盛装水的塑料部分，必须是食品级塑料，而食品级塑料是没有味道的。 五、为什么电热水壶使用一段时间后加热会有噪音？是不是产品有问题呢？ 烧水有噪音是因为电热水壶内产生了较多的水垢，加热时会产生大量气泡，气泡在上升过程中爆开而发出响声。出现这种现象不仅不是产品有问题，反而是提示我们该清洗除垢。消费者可以按照说明书加以清洗除垢即可消除该现象。 六、电热水壶的电源线设计得太短了，使用不方便，是不是厂家为了节省成本啊？ 电热水壶属于功率较大的产品，如果电源线太长会不安全。正规厂家电源线长度都是严格按照国家标准设计的。出于对消费者安全考虑，正规厂家不会轻易按照消费者的使用方便而随意无限制加长电源线，以免给消费者带来安全隐患。当然，过短也不成。因此，电源线短决未必是为了节省成本。 七、电热水壶可以在北方煮面吗？ 虽然煮面的原理和烧水的原理差不多，但电热水壶是决不可以煮面的。因为煮面是长期打开壶盖，这样很容易使水蒸汽通过壶盖倒流到温度感应器，使温控器不能自动跳闸而发生意外。 八、为什么市面上相同不锈钢的电热水壶，价格却差别很大？ 其实消费者说的“相同”不锈钢只是表面上的相同，实际上同为不锈钢的产品本质却有很大的不同：1.不锈钢部件是否是进口的优秀材料，进口与国产价格就相差很大；2.即使采用同样的不锈钢材料，加工处理程序不一样，成本就高好多，如近光、镜光是有大区别的；3.温控器是否是进口的，成本价就差二三十元。因此，你粗略的看到的所谓相同的不锈钢体，其实仔细一看，有很大差别的，一分钱一分货。 九、有些电热水壶具有保温功能，保温的原理是什么，保温时耗不耗电？ 具有保温功能的水壶，大多有二个发热管，有一个保温发热管是通过保温开关单独控制的，它可以让用户控制选择是否持续保温，以达到一定时间后，仍然使水温保持在可以冲茶、泡面等的合适温度。保温一般在100W以下，一小时通常消耗不会超过0.1度电的。 十、电热水壶的关键部件是什么？ 电热水壶的关键部件是温控器，温控器的好坏及使用寿命决定了水壶的好坏及使用寿命。
电化学原理及其应用 (习题及答案) https://www.doczj.com/doc/db6202007.html,work Information Technology Company.2020YEAR
第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1．下列电极反应中，溶液中的pH值升高，其氧化态的氧化性减小的是( C ) A. Br2+2e = 2Br－ B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2．已知H2O2在酸性介质中的电势图为 O2 0.67V H2O2 1.77V H2O，在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O，说明H2O2的歧化反应（C） A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生Ｄ.与反应方程式的书写有关 3．与下列原电池电动势无关的因素是 Zn | Zn2+‖H+，H2 | Pt （B） A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4．298K时，已知Eθ（Fe3+/Fe）=0.771V，Eθ（Sn4+/Sn2+）=0.150V，则反应 2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为（D）kJ/mol。 A. －268.7 B. －177.8 C. －119.9 D. 119.9 5．判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存（D） A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V，Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ，Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ，Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6．已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+
电热水壶维修 编辑人：杨正勇(CSMZ) 首先讲他的原理电热水壶接通电源加热后，水温逐步上升到100度，水开始沸腾，蒸汽冲击蒸汽开关上面的双金属片，由于热胀冷缩的作用，双金属片膨胀变形，顶开开关触点断开电源。如果蒸汽开关失效，壶内的水会一直烧下去，直到水被烧干，发热元件温度急剧上升，位于发热盘底部的有两个双金属片，会因为热传导作用温度急剧上升，膨胀变形，断开电源。因此电热水壶的安全保护装置是设计的非常科学与可靠的。这也就是电热水壶的三重安全保护原理。 电烧水壶的结构
一、电热水壶的工作原理是什么，为什么水开可以自动断电？ 电热水壶的工作原理为：利用水沸腾时产生的水蒸汽使蒸汽感温元件的双金属片变形，并利用变形通过杠杆原理推动电源开关，从而使电热水壶在水烧开后自动断电。其断电是不可自复位的，故断电后水壶不会自动再加热。 二、电热水壶的三重安全保护装置是什么？ 第一重：蒸汽开关，当水沸腾后蒸汽开关会动作，使水壶断电；第二重：干烧保护，如蒸汽开关未动作，水将会一直烧下去并不断减少，当水低于最低水位或烧干时，另一温控上的双金属片会动作，使水壶断电；第三重，如以上均失去作用，随着温度升高，温控器内一塑料推杆将会熔化，使水壶断电。 三、电热水壶按照外形结构有那些分类？ 按结构分为直插式和旋转式。直插式就是壶体与底座不能旋转，用发热管直接加热；旋转式是壶体与底座可以360度旋转，用发热盘加热。目前市场常见的大多数产品为旋转式。 四、为什么有些电热水壶有香味，有香味是不是高档？ 有香味的电热水壶是在密封硅胶里加了芬香类的物质，所以打开盖子后会闻到一股香味，有香味表面感觉很好,但实际上对人体健康不利，所以有香味的电热水壶只是一些小品牌表面引诱消费者购买。好的水壶应该是没有任何味道的，包括塑料味。盛装水的塑料部分，必须是食品级塑料，而食品级塑料是没有味道的。 五、为什么电热水壶使用一段时间后加热会有噪音？是不是产品有问题呢？ 烧水有噪音是因为电热水壶内产生了较多的水垢，加热时会产生大量气泡，气泡在上升过程中爆开而发出响声。出现这种现象不仅不是产品有问题，反而是提示我们该清洗除垢。消费者可以按照说明书加以清洗除垢即可消除该现象。 六、电热水壶的电源线设计得太短了，使用不方便，是不是厂家为了节省成本啊？ 电热水壶属于功率较大的产品，如果电源线太长会不安全。正规厂家电源线长度都是严格按照国家标准设计的。出于对消费者安全考虑，正规厂家不会轻易按照消费者的使用方便而随意无限制加长电源线，以免给消费者带来安全隐患。当然，过短也不成。因此，电源线短决未必是为了节省成本。 七、电热水壶可以在北方煮面吗？ 虽然煮面的原理和烧水的原理差不多，但电热水壶是决不可以煮面的。因为煮面是长期打开壶盖，这样很容易使水蒸汽通过壶盖倒流到温度感应器，使温控器不能自动跳闸而发生意外。 八、为什么市面上相同不锈钢的电热水壶，价格却差别很大？ 其实消费者说的“相同”不锈钢只是表面上的相同，实际上同为不锈钢的产品本质却有很大的不同：1.不锈钢部件是否是进口的优秀材料，进口与国产价格就相差很大；2.即使采用同样的不锈钢材料，加工处理程序不一样，成本就高好多，如近光、镜光是有大区别的；3.温控器是否是进口的，成本价就差二三十元。因此，你粗略的看到的所谓相同的不锈钢体，其实仔细一看，有很大差别的，一分钱一分货。 九、有些电热水壶具有保温功能，保温的原理是什么，保温时耗不耗电？ 具有保温功能的水壶，大多有二个发热管，有一个保温发热管是通过保温开关单独控制的，它可以让用户控制选择是否持续保温，以达到一定时间后，仍然使水温保持在可以冲茶、泡面等的合适温度。保温一般在100W以下，一小时通常消耗不会超过0.1度电的。 十、电热水壶的关键部件是什么？ 电热水壶的关键部件是温控器，温控器的好坏及使用寿命决定了水壶的好坏及使用寿命。
5月6日晨测：化学原理及其应用（时间：40分钟） 可能用到的相对原子质量： Cu -64 Zn -65 1．（2020·广西省桂林市高三联合调研）钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na 2S x )分别作为两个电极的反应物，固体Al 2O 3陶瓷(可传导Na +)为电解质，总反应为2Na+xS Na 2S x ，其反应原理如图所示。下列叙述正 确的是（ ） A ．放电时，电极a 为正极 B ．放电时，内电路中Na +的移动方向为从b 到a C ．充电时，电极b 的反应式为S x 2--2e -=xS D ．充电时，Na +在电极b 上获得电子，发生还原反应 2．（2020·吉林省吉林市高三二调）金属(M)－空气电池具有原料易得，能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源，该类电池放电的总反应方程式为：2M ＋O 2＋2H 2O ＝2M(OH)2。 (已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能)下列说法正确的是（ ） A ．电解质中的阴离子向多孔电极移动 B ．比较Mg 、Al 、Zn 三种金属－空气电池，Mg －空气电池的理论比能量最高 C ．空气电池放电过程的负极反应式2M －4e －＋4OH －＝2M(OH)2 D ．当外电路中转移4mol 电子时，多孔电极需要通入空气22.4L(标准状况) 3．（2020·福建省龙岩市高三质量检测）我国某科研团队设计了一种新型能量存储／转化装置（如下图所示）。闭合K 2、断开K 1时，制氢并储能；断开K 2、闭合K 1时，供电。下列说法错误的是（ ） A ．制氢时，溶液中K +向Pt 电极移动 B ．制氢时，X 电极反应式为22Ni(OH)e OH NiOOH H O ---+=+ C ．供电时，Zn 电极附近溶液的pH 降低
实验一电子仪器仪表使用一 【实验目的】 1. 学习正确使用数字万用表和直流稳压电源； 2.验证叠加原理及基尔霍夫定律； 3. 加深对线性电路中参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识。 【相关知识要点】 1.叠加原理：在任一线性网络中，多个激励同时作用的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。 叠加定理是线性电路普遍适用的基本定理，它是线性电路的重要性质之一。应用叠加定理可以把一个复杂电路分解成几个简单电路来研究，如图1.4.1所示，然后将这些简单电路的研究结果叠加，便可求得原来电路中的电流或电压。 图1.4.1叠加定理示意图 2. 基尔霍夫定律： 基尔荷夫电流定律(KCL):对任一节点,在任一时刻,所有各支路电流的代数和恒等于零。即: ∑I＝0 (若流入节点为正，则流出节点为负) 基尔荷夫电压定律(KVL):沿任一绕行回路,在任一时刻,所有支路或元件电压的代数和恒等于零。即: ∑U＝0 （若与绕行方向相同为正，则与绕行方向相反为负） 【预习与思考】 1. 掌握叠加原理、基尔霍夫定律等理论。 2. 计算图1.4.1中负载支路的电压U L、电流I L，将所得值记入表1.4.1中。 3. 叠加原理中，两个电源同时作用时在电路中所消耗的功率是否也等于两个电源单独作用时所消耗的功率之和？为什么？
【注意事项】 1.在使用万用表测量时，注意电压、电流、欧姆等档次的选择，切忌用电流档测电压（即与被测元件并联）。 2.一定要在电源断开的情况下，才能用万用表测电阻。 3. 在使用稳压电源时，只允许按下一个琴键按钮，切勿将几个选择按钮同时压下，使几组互相独立的电源并联在同一个电压表上，而将几个电源相互短路造成仪器的损坏。 4. 通电后，如U L等于零，可用电压表逐点测量电压的方法，找到故障点，分析判断是导线还是器件发生了故障，断电后，仔细检查、排除故障。 【实验设计及测试】 用数字万用表欧姆挡测试R1、R2、R3、R L，测试结果记人表1.4.1中，与标称值对照。 表1.4.1 R1R2R3R L 标称值100 200 200 300 测量值 调节稳压电源，使其一路电压源输出E1=6V，另一路电压源输出E2=9V，待用。 1. 叠加原理实验 （1）先将开关S I、S II拨向“2”侧，再按实验原理电路图1.4.2接线。 （2）测量下列三种情况下负载电阻的电压值U L，并将数据记入表1.4.1中 电源E1单独作用于电路（S I拨“1”，S II拨“2”），电源E2单独作用于电路的情况（S I 拨“2”，S II拨“1”），电源E1和E2同时作用于电路的情况（S I、S II都拨“1”）。 （3）测负载电流值I L：将万用表置于直流电流档“20mA”处并串入R L支路中（注意极性），分别在a、b、c步骤情况下，测得电流值I L，并将数据记入表1.4.2中。 图1.4.2叠加原理实验电路图 表1.4.2 U L/V I L/mA 计算值测 量值 误 差 计 算值 测 量值 误 差
第2章[练习与思考]答案 2.1.1 (a) 两个阻值相差很大的电阻串联，阻值小的电阻可忽略。 mA I 04.05000000 20 100050000020=≈+= (b) 两个阻值相差很大的电阻并联，阻值大的电阻可忽略。 mA I 210000 20 10100002050000 105000101000020=≈+≈+?+ = 2.1.2 由于电源电压通常不变，而电灯都是并联在电源上的，灯开得越多则相 当于并联电阻越多，总负载电阻就越小。 2.1.3 (a) Ω=++=ΩΩΩΩ6]0//()//[(3688R R R R R ab (b) Ω=+=ΩΩΩΩΩ5.3//]//()//[(7101044R R R R R R ab 2.1.4 标出电阻上电流方向如下图所示： 整理得： 由图可知：A I I I 1321===；A I 34= 2.1.5 2 1R R U I += 12111IR U R R R U =+= ； 22 12 2IR U R R R U =+=
(1) Ω=k R 302时， mA I 5.030 1020 =+= V IR U 511== ； V IR U 1522== (2) ∞→2R 时， 0=I ；01=U ； 02=U (3) Ω=k R 02时， mA I 210 20 == V IR U 2011== ； V IR U 022== 在电路通路时，电阻2R 上无电压无电流的情况是电阻2R 被短接，如下图所示： 2.1.6 (1) S 断开时： 滑动触点在a 点，V U 100= 滑动触点在b 点，V U 00= 滑动触点在c 点，V U R R R U 52 12 0=+= (2) S 闭合时： 滑动触点在a 点，V U 100= 滑动触点在b 点，V U 00= 滑动触点在c 点，V U R R R R R U L L 44.4////2120=+= 2.1.7 U R R R R R R U R R R R R U L P L L L ) //()(//////2222120+-=+=
电工从入门到精通 学习电工一点基础都没有从零做起是可以的，那么电工从入门到精通是怎么样的呢？ 电工应该知道并掌握以下这些内容：职业道德与安全生产法规的学习电工岗位职责，安全意识，电工常用工具的使用方法内外线电工专用工具常用电气图形符号电工基础、电流和电磁场对人体的作用，墙孔的錾打及木楔的安装 常用电工仪表的使用，分别有以下四个1万用表2兆欧表3钳形表4功率表 简易起重，搬运工具的使用，分别有以下三个1千斤顶2滑轮3绳扣 需要了解高压配电装置，低压电器（保护电器和开关电器）防触电安全技术、电气安全装置及电工安全用具 当然还有基础的常用照明灯具开关及扦座的安装，用电设备安全、电气测量和常用测量仪表的使用电气线路 之后还有晶体管的简易测试晶体二极管晶体三极管12伏5安整流稳压电源电路电路原理图电路安装 还有关于安全的电气防火防爆、电气防雷与防静电，触电事故与触电救护、电气安全管理掌握人身触电急救方法触电事故与电气安全技术变压器和电动机的安全运行知识，多多看书，想要更快的掌握知识可以参加培训。 南京宁鼓职业培训学校是经南京人力资源和社会保障局批准成立的职业培
训机构，是南京市特种作业人员培训机构。 南京市宁鼓职业培训学校位于南京市的人文、教育、经济核心区域——鼓楼区山西路。地理位置优越，交通便利，有通往城南、城北、城东、城西的多路公交线路直达。 南京宁鼓职业培训学校有着良好的教学培训支撑条件，既有适合小范围互动的小型多功能教室，又有适合百人以上公开课的大型报告厅。配备有现代化多媒体教学设施、设备，与大型企业及高校合作建有特种作业的实习基地。现下设有特种作业人员培训部，职业技能培训部，远程教育培训部。 新的时期，新的起点，南京宁鼓职业培训学校将不负社会各界的重托和厚望，秉承“客户至上，锐意进取”的经营理念为广大客户提供服务。
20XX年高中测试 高 中 试 题 试 卷 科目： 年级： 考点：
监考老师： 日期： 电化学原理及其应用 1．家蝇的雌性信息素可用芥酸(来自菜籽油)与羧酸X在浓NaOH溶液中进行阳极氧化得到。电解总反应式为： 则下列说法正确的是( ) A．X为C2H5COOH 3＋6H＋B．电解的阳极反应式为：C21H41COOH＋X－2e－＋2H2O―→C23H46＋2CO2－ C．电解过程中，每转移a mol电子，则生成0.5a mol雌性信息素 D．阴极的还原产物为H2和OH－ 解析：A项根据原子守恒可判断X为C2H5COOH；B项由于电解质溶液为浓NaOH，因此阳极反应 3＋4H2O；C项根据电解总反应可知每生成1 式应为C21H41COOH＋X－2e－＋60H－―→C23H46＋2CO2－ mol雌性信息素转移2 mol电子，则C项正确；D项阴极的还原产物为H2，OH－并非氧化还原产物． 答案：AC 2．下列关于铜电极的叙述正确的是( ) A．铜锌原电池中铜是负极 B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 C．在镀件上电镀铜时可用金属铜做阳极 D．电解稀硫酸制H2和O2时铜做阳极 解析：铜锌原电池中锌活泼，锌做负极；电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，做阳极；电
镀铜时，应选用铜片做阳极，镀件做阴极，含有铜离子的溶液做电镀液。电解稀硫酸时，铜做阳极，失电子的是铜而不是溶液中的OH－，因而得不到氧气。 答案：C 3．普通水泥在固化过程中自由水分子减少并产生Ca(OH)2，溶液呈碱性。根据这一特点，科学家发明了电动势(E)法测水泥初凝时间，此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2Cu＋Ag2O===Cu2O＋2Ag。 下列有关说法不正确的是( ) A．工业上制备普通水泥的主要原料是黏土和石灰石 B．测量原理装置图中，Ag2O/Ag极发生氧化反应 C．负极的电极反应式为：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O D．在水泥固化过程中，由于自由水分子的减少，溶液中各离子浓度的变化导致电动势变化解析：A项工业上制备普通水泥的主要原料正确；B项测量原理装置图中，Ag2O/Ag极发生还原反应；C项负极材料Cu失电子，该电极反应式正确；D项在溶液中通过离子移动来传递电荷，因此各离子浓度的变化导致电动势变化。 答案：B 4． LiFePO4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为：FePO4 ＋Li 放电 充电 LiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含Li＋导电固体为电解 质。 下列有关LiFePO4电池说法正确的是( ) A．可加入硫酸以提高电解质的导电性B．放电时电池内部Li＋向负极移动 C．充电过程中，电池正极材料的质量减少
第16章集成运算放大器 本章要求 1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，掌握其基本分析方法。 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。 本章重点 理想运放的传输特性、运放电路的分析方法。 本章难点 运放电路的分析方法。 教学方法 讲授法、演示法、练习法 教学手段 多媒体教学 教学时数 6学时 学时分配
16.1 集成运算放大器的简单介绍 前面讲述的是分立元件以及用分立元件组成的电路。本章讲述一种发展最早的集成电路－－集成运算放大器。 集成电路的问世标志了电子技术进入微电子学时代。按功能划分，可分为数字集成电路和模拟集成电路；按集成度划分，可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。 16.1.1 集成运算放大器的特点 特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸 A u o 高: 80dB~140dB 集成运放的符号： r id 高: 105 ~ 1011Ω r o 低: 几十Ω ~ 几百Ω K CMR 高: 70dB~130dB 16.1.2 电路的简单说明 外形及管脚的作用 2—反相输入端 3--同相输入端 6--输出端 4--正电源端 7--负电源端 1、5--接调零电位器 8--闲置端（NC ） 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放 。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。 16.1.3 主要参数 1. 最大输出电压 U OPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益 A u o 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 A u o 愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 3. 输入失调电压 U IO 4. 输入失调电流 I IO 。愈小愈 好 5. 输入偏置电流 I IB 6. 共模输入电压范围 U ICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 16.1.4 理想运算放大器及其分析依据 u o u + u –
对学习电工学的一些认识和归纳 电工学是研究电工技术和电子技术的理论和应用的技术基础课程。电工和电子技术发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。《电工学》是在《物理学》所阐述的电磁规律的基础上联系电工的工程 实际，是理工科非电专业本科生必修的一门重要的技术基础课程。 我现在学的课程，其内容密切联系实际应用，重视实验技能的训练，随着电工电子技术的发展和专业教学需要不断更新和改革。通过学习非电专业电工学，我觉得，对我们来说，学习该课程重在学习与应用，以下，是我对课本知识的理解和归纳。 第一章电路及其分析法 主要内容 1、电压电流的参考方向 2、电源的有载、开路和短路 3、基尔霍夫电压定律和电流定律 4、电路中电位的计算 5、电阻电路的等效变换 6、电压源和电流源等效变换 7、支路电流法、节点电压法 8、叠加原理、戴维宁定理 应掌握的： 1、识记：①电压电流的参考方向②基尔霍夫定律③电位④电阻串并联⑤ 两种实际电源等效变换⑥几种常用电路分析方法和电路定理 2、领会：①参考方向的关联与非关联②KVL和KCL ③电位的含义④等效 变换的实质、意义及其方法⑤支路电流法、节点电压法⑥叠加原理、 戴维南定理 3、应用：①根据参考方向计算电路元件的功率 ②利用欧姆定律和基尔霍夫定律列写电路方程 ③利用电位和电压的关系计算电位或电压
④利用等效变换的方法化简复杂电路 ⑤利用常用电路分析方法列写电路方程并求解 ⑥利用电路定理化简并求解电路 第二章正弦交流电路 主要内容 1、正弦量的三要素、正弦量的相量表示法 2、电阻、电容和电感的欧姆定律相量形式 3、电阻、电容和电感的阻抗及其串并联电路 4、交流电路的串联谐振、并联谐振及频率特性 5、功率因数的提高 6、三相电压电流 7、负载星形联结的三相电路 8、负载三角形联结的三相电路 9、三相功率 10、非正弦周期量的平均值、有效值、平均功率 应掌握的： 1、识记：①正弦电压电流②R、L、C元件的欧姆定律及阻抗表示③非正弦周 期量的分解④线电压、线电流⑤相电压、相电流 2、领会：①正弦量和相量的关系、正弦量的相量表示法 ②常用电路分析方法和电路定理在正弦交流电路中的应用 ③串联谐振、并联谐振以及交流电路频率特性 ④交流电路中的功率、功率因数提高的方法 ⑤非正弦周期量的有效值、平均值和平均功率 ⑥线、相电压和线、相电流的关系 ⑦三相四线制中线的作用 3、应用：①用相量表示正弦量，用相量图法分析计算电路 ②正弦交流电路阻抗的计算 ③用相量形式的欧姆定律、基尔霍夫定律、叠加原理、戴维宁定律以 及常用电路分析方法，分析和计算复杂的正弦交流电路 ④利用电路谐振的条件分析计算电路问题 ⑤功率因数提高的实际应用问题分析 ⑥非正弦周期信号的平均值、有效值计算 ⑦利用三相电压电流关系计算三相负载的电压或电流： ⑧利用三相电压电流关系计算三相负载的功率