共价键_百度百科
关闭特色百科用户权威合作手机百科
收藏 查看&共价键[gòng jià jiàn]
共价键（covalent bond），是的一种，两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到饱和的状态，由此组成比较稳定的叫做共价键，或者说共价键是原子间通过共用电子对所形成的相互作用。其本质是重叠后，高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。需要指出：虽然存在轨道重叠，但通常不算作共价键，而属于。共价键与之间没有严格的界限，通常认为，两元素差值大于1.7时，成离子键；小于1.7时，成共价键。共价键与不同的是进入共价键的原子向外不显示电荷，因为它们并没有获得或损失电子。共价键的强度比要强，与离子键差不太多或有些时候甚至比离子键强。本质是在原子之间形成共用电子对。同一种的元素的原子或不同元素的都可以通过共价键结合，一般共价键结合的产物是，在少数情况下也可以形成。于1916年最先提出共价键。在简单的原子轨道模型中进入共价键的原子互相提供单一的电子形成电子对，这些电子对围绕进入共价键的原子而属它们共有。在中，最早的共价键形成的解释是由电子的复合而构成完整的来解释的。第一个量子力学的共价键模型是1927年提出的，当时人们还只能计算最简单的共价键：氢气分子的共价键。今天的计算表明，当原子相互之间的距离非常近时，它们的电子轨道会互相之间相互作用而形成整个分子共用的电子轨道。[1]外文名covalent bond本&&&&质力
在古希腊，还没有从自然哲学中分离的时代，者对化学键有了最原始的设想，（Empedocles）认为，世界由“、、、”这四种组成，这四种元素在“”和“”的作用下分裂并以新的排列重新组合时，物质就发生了质的变化。这种作用力可以被看成是最早的化学键思想。
随后，原子论者设想，与原子间，存在着一种“”，也可以说是粗糙的表面，以致它们在相互碰撞时黏在一起，构成了一个稳定的聚集体。对化学键的设想相比于之前的自然，是更加先进的，他剔除了此类设想中的唯心主义因素。
的J.R.格劳伯则提出了物质同类相亲、异类相斥的思想。其后还出现了关于物质结合的亲和力说，认为物质的微粒具有亲和力，由此互相吸引而结合在一起。总之，人们关于化学键朦胧的认识，启发了后来的。18世纪，燃素（phlogiston）的概念进入了化学，并为恩斯特·施塔尔（Ernst Stahl）、（Henry Cavendish）和（Joseph Priestley）等先进的化学家所接受。当时，已经提出，他们希望把原子间的作用力和牛顿力学结合起来，给出的解释，但限于当时的条件，这无疑是无法完成的。[2]
1916年，德国化学家（A.Kossel）在考察大量事实后得出结论：任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构，但科塞尔只解释了的形成过程，并没有解释共价键的形成。[3]
1919年，化学家首次使用“共价”来描述原子间的成键过程
“（原文）we shall denote by the termcovalencethe number of pairs of electrons which a given atom shares with its neighbors[4]”（我们应该用“共价”一词表示原子间通过形成的作用力）
1922年，（N.Bohr）从量子化的角度重新审视了卢瑟福的核式，这为化学家对化学键的认识，提供了全新的平台，他认为电子应该位于确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跃迁，定态跃迁可以很好的解释的各个谱线。[5]
1923年，美国化学家（G.N.Lewis）发展了科塞尔的理论，提出共价键的电子对理论[3]。假设：在分子中来自于一个原子的一个电子与另一个原子的一个电子以“”的形式形成原子间的化学键。这在当时是一个有悖于正统理论的假设，因为表明，两个电子间是相互排斥的，但路易斯这种设想很快就为化学界所接受，并导致原子间相反假设的提出。[2]
1924年，路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）提出的假说，建立了一个原子的，用来将电子描述为一个三维波形。在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。
1926年，提出量子力学的波动方程，它可以直接用来解释化学键的“形成”和“断裂”，这成为量子化学最初的开端。[2]
1927年，沃尔特·海特勒（W.H.Heitler）和（F.London）用量子力学处理氢分子，用近似方法算出了氢分子体系的，首次用量子力学方法解决共价键问题。在这一方法的推广中诞生，他们研究共价键的方法就被称为HL法。[3]
1928年，（Enrica Fermi）提出了一个基于的单电子密度模型试图解决问题。[6]之后，道格拉斯·哈特里（Douglas Rayner Hartree）运用，将体系电子的分解为若干个单电子哈密顿算子的简单加和，进而将体系多电子波函数表示为单电子波函数的积，改进这一模型，提出哈特里方程。[7]
1930年，哈特里的学生（Fock）与约翰·斯莱特（John Clarke Slater）完善了哈特里方程，称为哈特里-福克方程（HF）。50年代初，斯莱特得到了HF的近似波函数：哈特里-福克-斯莱特方程（HFS）[8]。1963年，赫尔曼（F.Hermann）和斯基尔曼（S.Skillman）把HFS应用于。[9]
1950年，克莱蒙斯·罗瑟恩(C. C. J. Roothaan）进一步提出将方程中的用组成分子的原子轨道线性展开，发展出了著名的RHF方程，1964年，计算机化学家恩里克·克莱门蒂（E.Clementi）发表了大量的RHF波函数，[10]该方程以及后续的改进版已经成为现代处理量子化学问题的主要方法。
1929年，贝特等提出配位场理论，最先用于讨论过渡金属离子在场中的能级分裂，后来又与结合，发展成为现代的配位场理论。1930年，美国化学家莱纳斯·鲍林（L.C.Pauling）在研究碳的时提出轨道，认为：能级相近的轨道在受激时可以发生杂化，形成新的，其理论依据就是电子的，而波是可以叠加的。他计算出了多种的形状，并因在价键理论方面的突出贡献而获得。[3]
1932年，弗里德里希·洪德（F.Hund）将共价键分为、、三种，使价键理论进一步系统化，与经典的化合价理论有机地结合起来。[3]
同年，美国化学家（Robert S.Mulliken）提出分子轨道理论。认为化合物中的电子不属于某个原子，而是在整个分子内运动。他的方法和经典化学相距太远，计算又很繁琐，一时不被化学界所接受。后经过罗伯特·密立根（Robert A.Millikan）、菲利普·伦纳德（Philipp Lenard）、（Erich Hückel）等人的完善，在化学界逐渐得到认可。[3]
1940年，亨利·希吉维克（H.Sidgwick）和托马斯·坡维尔（Thomas A.Powell）在总结实验事实的基础上提出了一种简单的，用以预测简单分子或离子的立体结构。这种理论模型后经罗纳德·吉列斯比（R.J.Gillespie）和罗纳德·尼霍尔姆（R.S.Nyholm）在20世纪50年代加以发展，定名为，简称VSEPR。VSEPR与理论相结合，可以半定量地推测分子的成键方式与。
1951年，提出，认为，分子中能量最高的分子轨道（HOMO）和没有被电子占据的，能量最低的分子轨道（LUMO）是决定一个体系发生化学反应的关键，其他能量的分子轨道对于化学反应虽然有影响但是影响很小，可以暂时忽略。HOMO和LUMO便是所谓前线轨道。
1965年，美国化学家罗伯·伍德沃德（Rober B.Woodward）与参照福井谦一的前线轨道理论，提出了。分子轨道理论得到了新的发展。[3]
由于计算机技术的迅猛发展，和方法的应用，量子化学与日新月异，对分子结构的推算变得愈发精确期间也诞生了一大批优秀的化学家，据估计，21世纪中期，量子化学还将有新的突破。在共价键的形成过程中，因为每个原子所能提供的未成对是一定的，一个原子的一个未成对电子与其他原子的未成对电子配对后，就不能再与其它电子配对，即，每个原子能形成的共价键总数是一定的，这就是共价键的饱和性。[11]
共价键的饱和性决定了各种原子形成分子时相互结合的数量关系[11]，是（law of definite proportion）的内在原因之一。除s轨道是球形的以外，其它原子轨道都有其固定的延展方向，所以共价键在形成时，轨道重叠也有固定的方向，共价键也有它的，共价键的方向决定着分子的构形。[11]
影响共价键的方向性的因素为轨道伸展方向化学变化的本质是旧键的断裂和新键的形成，化学反应中，共价键存在两种断裂方式，在化学反应尤其是中有重要影响。
均裂与自由基反应
共价键在发生时，成键电子平均分给两个原子（团），均裂产生的带单电子的原子（团）称为自由基，用“R·”表示，自由基具有反应活性，能参与化学反应，一般在光或热的作用下进行。
异裂与离子型反应
共价键发生时生成正、，例如氯化氢在水中成氢离子和。共价键异裂生成的和负离子是的活泼物种，往往在生成的一瞬间就参加反应，但可以证明其存在。[12]
由共价键异裂引发的反应称，其下又可分为两种
·（electrophilic reaction）
·（nucleophilic reaction）
离子型反应一般在酸碱或极性物质的催化下进行。主条目：
路易斯理论，又称“八隅体规则”、“电子配对理论”是最早提出的，具有划时代意义的，它没有量子力学基础，但因为简单易懂，也能解释大部分共价键的形成，至今依然出现在中学课本里。[13]
共用电子对理论有以下几点
·原子最外层达到8电子时是稳定结构，化合物中的所有原子的最外层价电子数必须为8（氢为2）；
·原子间形成共价键时，可通过共用电子的方式使最外层达到8（2）电子稳定结构。
路易斯理论的电子配对思想为价键理论的发展奠定了基础。[14]值得注意的是，路易斯理论尚不完善，它无法说明电子配对的原因和实质；此外，不符合“”的化合物也有很多，例如：（6电子）、（10电子）、（12电子）。价键理论是基于路易斯理论电子配对思想发展起来的共价键理论。价键理论将应用量子力学解决氢分子问题的成果推广到其他中，成功解释了许多分子的结构问题。
沃尔特·海特勒（W.H.Heitler）和（F.London）在运用量子力学方法处理氢气分子的过程中，得到了分子能量E和核间距R之间的关系，发现：若两个氢原子自旋方向相反，随着轨道的重叠（波函数相加）会出现一个概率密度较大的区域，氢原子将在系统能量最低核间距处成键；若两个氢原子自旋方向相同，则相减的波函数单调递减，系统能量无限趋近E=0，没有最低点，无法成健。因此，价键理论通过对氢分子的研究阐明了电子配对的内在原因和共价键的本质，价键理论就在HL的推广中诞生。[14]
轨道杂化理论
价键理论在解释分子中各原子分布情况时，莱纳斯·鲍林（L.Pauling）提出了轨道。
理论要点有
·中心原子能量相近的不同轨道在外界的影响下会发生杂化，形成新的轨道，称杂化原子轨道，简称杂化轨道；
·杂化轨道在角度分布上，比单纯的原子轨道更为集中，因而重叠程度也更大，更加利于成键；
·参加杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相等，不同类型的杂化轨道，其空间取向不同。
注：此为杂化轨道的空间取向，不是化合物的结构
杂化轨道夹角
平面正三角形
，在化合物中，这些轨道可能被填充，例如，N原子进行sp^2杂化形成的NO2分子中，有一对孤对电子，那么NO2的空间结构是折线形（正三角形的一个顶点是孤对电子，电子是“看不见”的）。
价层电子对互斥理论（VSEPR theory）
价层电子对互斥理论是一个用来预测单个共价分子形态的模型。理论通过计算中心原子的价层电子数和来预测分子的几何，其理论要点有
·共价分子中，中心原子周围电子对排布的几何形状，主要决定于中心原子的中的电子对数（包括成键电子对和孤对电子）。这些电子的位置倾向于分离的尽可能远一些，使彼此受到的排斥力最小[15]；
·电子层中电子对相互排斥作用的大小，取决于电子对间的相互角度和电子对的成键情况。相距角度小，排斥力大。成键电子对因受两个原子吸引，较为紧缩，对其相邻电子对的斥力小于仅受一个吸引的孤对电子对其相邻电子对的斥力。即，电子对间斥力大小顺序为：孤对电子-孤对电子&孤对电子-成键电子对&成键电子对-成键电子对；[15]
·分子中的、三键当作单键处理；[15]
推测分子构形
设中心原子为A，其余n个配位原子均用B表示，m对孤对电子用E表示，则该物质可表示为ABnEm。令z=n+m，B和E都用Y表示，则该物质可表示为AYz，这里的Y就表示的价电子层中的电子对，z就表示中心原子的价电子层中的电子对数。我们可根据如下公式推测分子构型：
n由化学式即可看出
m=1/2（中心原子价电子数-配位原子提供的电子总数±离子数）
平面三角形
注：更详细的表参见wikipedia,VSEPR theory（扩展阅读）
举例：推测CO3-2 的分子构型
故 CO3-2的分子构型为平面三角形分子轨道理论是比价键理论更精确的方法，其理论要点有
·分子中的电子不属于某个原子轨道，而属于整个分子；[15]
·分子轨道由原子轨道线性组合而成，分子轨道数目等于组成分子轨道的原子轨道数目，其中些轨道能量降低，成为“成键轨道”另一些能量升高，成为“反键轨道”，还有一些能量不变，称“非键轨道”；[15]
·原子轨道在线性组合时，遵守“对称性匹配原则”、“能量相近原则”、“最大重叠原则”；[15]
·电子在分子轨道中排布时，遵守“”、“”、“”；[15]
分子轨道理论能解释一些价键理论无法解释的现象，的顺磁性。氧气分子
氧原子的外层电子数为6，这六个电子中的四个组成两对，其它两个单独存在。每个氧原子有六个外层电子
这两个单独的电子与另一个原子中相应的单独的电子结合组成两个新的共用的电子对，由此达到电子饱和的状态。
需要说明的是这里所描述的氧分子的模型是一个简化了的模型，实际上的氧分子要比这里描述的要复杂得多，因为这6个外层原子分布在不同的轨道上，因此它们不能形成这样简单的电子对。实际上的氧分子有三对共用的电子对和两个单独的电子。氧分子O2的模型共价键从不同的角度可以进行不同的分类，每一种分类都包括了所有的共价键（只是分类角度不同）。σ键[16]（sigma bond）
由两个原子轨道沿轨道对称轴方向相互重叠导致电子在核间出现概率增大而形成的共价键，叫做σ键，可以简记为“头碰头”（见右图）。[11]　σ键属于，它可以是一般共价键，也可以是配位共价键。一般的单键都是σ键。发生后形成的共价键也是σ键。由于σ键是沿轨道方向形成的，轨道间重叠程度大，所以，通常σ键的键能比较大，不易断裂，而且，由于有效重叠只有一次，所以两个原子间至多只能形成一条σ键。
（pi bond）
π键[17]成键原子的未杂化p轨道，通过平行、侧面重叠而形成的共价键，叫做π键，可简记为“肩并肩”（见右图）。[11]　π键与σ键不同，它的必须是未成对的p轨道。π键性质各异，有两中心，两电子的定域键，也可以是共轭Π键和。两个原子间可以形成最多2条π键，例如，中，存在一条σ键，一条π键，而碳碳中，存在一条σ键，两条π键。
π键中的可以吸收紫外线并被激发，所以，含有π键的化合物有抵御紫外线的功能，防晒霜正是利用了这个原理防护紫外线对人的伤害。[11]苯分子中的大π键共轭π键具有特殊的稳定性，例如中存在6中心6电子的大π键，显现出芳香性，不易发生加成和，而易发生，与苯环有类似键型的化合物包括部分、和其他，化学家通过分子轨道计算得出了芳香性判定的（亦名），其它常见的非苯芳烃包括、[18]轮烯等；而的每一层都有一个无穷大的π键，电子在这个超大π键中可以自由移动，类似于，这也是石墨可以横向导电的原因。[11]
（delta bond）
δ键[18]由两个d轨道四重交盖而形成的共价键称为δ键，可简记为“面对面”（见下图）。
δ键只有两个节面（电子云为零的平面）。从键轴看去，δ键的轨道对称性与d轨道的没有区别，而希腊字母δ也正来源于d轨道。
δ键常出现在中，尤其是、和所形成的化合物。通常所说的“”指的就是一个σ键、两个π键和一个δ键。
以上三种化学键经过组合，可以形成各种不同的键型，例如，一个σ键和两个π键可以组成一个三键，但，有证据表明双原子间的共价键最多不能超过六条。[19]一般共价键
一般共价键有时也称“正常共价键”，是为了和“配位共价键”进行区分时使用的概念，指成键时两个原子各自提供一个未成对电子形成的共价键。[20]　配位共价键（coordinate covalent bond）
配位共价键简称“”是指两原子的成键电子全部由一个原子提供所形成的共价键[20]，其中，提供所有成键电子的称“（简称配体）”、提供空轨道接纳电子的称“受体”。常见的配体有：（氮原子）、（）、氰根离子（碳原子）、水（）、（氧原子）；受体是多种多样的：有氢离子、以三氟化硼（硼原子）为代表的、还有大量。对的研究已经发展为一门专门的学科，。主条目：、
从上面的内容可以看出，“”属于配体、而“氢离子”属于受体，这表明，氢离子与氢氧根发生的酸碱中和反应可以看成是氢离子与氢氧根形成配位键的过程。化学家从这一点出发，提出了“路易斯酸”与“”的概念，认为凡是在配位键成键过程中，能给出电子的，都称为“碱”；能接纳电子的，都称为“酸”。路易斯的把酸和碱的范围扩大了，路易斯酸碱对不仅包括所有的的阿伦尼乌斯酸碱对，还包括一些中性甚至是根本不溶于水的物质。[15]其实，路易斯酸的本质是配位键中的“”；路易斯碱的本质是配位键中的“配体”，二者是等同的。
配位共价键与一般共价键的异同
配位共价键与一般共价键的区别只体现在成键过程上，它们的是相同的，例如，铵根离子的氮中，有三条是一般共价键，一条是配位共价键，但这四条键完全等价，铵根离子也是完全对称的正四面体形。在书写时，一般共价键使用符号“—”；配位共价键使用符号“→”箭头从配体指向受体。
按成键电子偏向　（polar bond）
极性键,标&amp在化合物分子中，不同种原子形成的共价键，由于两个原子吸引电子的能力不同，电子云偏向吸引电子能力较强的原子一方，因而吸引电子能力较弱的原子一方相对的显正电性。这样的共价键叫做极性共价键，简称。形成共价键时，由于电子云的偏离程度不同，又有“强极性键”和“弱极性键”之分，但通常两个不同原子间的成键就是极性键。[11]共价可用键矩进行判断。共价分子的极性等于分子中所有共价键的矢量和，所以，由极性共价键组成的分子可以是（）也可以是（）。
（non-polar bond）
由的原子间形成的共价键，叫做非极性共价键。同种原子吸引共用的能力相等，成键电子对匀称地分布在两核之间，不偏向任何一个原子，成键的原子都不显电性。[11]非极性共价键存在于中，也存在于某些化合物中，完全由构成的分子一定是非（但有的非极性分子中含有极性键）。共价键是电子云的重叠，所以共价键最本质的分类方式就是它们的重叠方式。现在已知有3种重叠方式，分别称作：
在中，通常把共价键以其共用的电子对数分为单键、双键以及三键。单键是一根；双键和都含一根σ键，其余1根或2根是π键。
但不用此法。原因是，无机化合物中经常出现的体系（）使得某两个原子之间共用的电子对数很难确定，因此无机物中常取平均键级，作为的粗略标准。假如组成共价键的原子的不同，那么它们共用的电子对可能被其中的一个原子核吸引，由此而来它们在分子中的分布也不相等，电子被吸引比较集中的地方显负性，电子比较少集中的地方显正性。这样整个分子就会显示出一定的。一个分子的电极的分布除其原子的外还与其分子的组成有关。主条目：
是一种特殊的共价键，它的特点在于共用的一对电子出自同一原子。形成配位键的条件是，一个原子有，而另一个原子有空轨道。，尤其是过渡金属配合物，种类繁多，用途广泛，现已形成配位化学。
：在配合物中，提供空轨道的一方称为中心离子
：在配合物中，提供孤对电子的一方称为配体
分类化学键共价键
σ键：三中心两电子键（香蕉键）·三中心四电子键（氢键、双氢键、抓氢键）·四中心两电子键π键：反馈π键···方向性δ键：··六重键氢键双氢键··低能垒氢键·对称氢键·非共价键·机械结合作用·嵌入··亲金作用·重叠··其他分子内作用力·分子间作用力···离子键·金属键·成键·反键···（bond length）
键长指两个成键原子的平衡核间距离，是了解分子结构的基本构型参数，也是了解强弱和性质的参数。 对于由相同的A和B两个原子组成的化学键，键长值小，键强； 键的数目多，键长值小。 在实际的分子中，由于受、空间阻碍效应和相邻的影响，同一种键长还有一定差异。 键长的测定主要是通过和手段。[14]下表给出常见共价键的键长（pm）数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》（2007年）。[11]
　　　　（bond energy）
通常指在下拆开成气态时，每种所需的平均值。对来说，键能就是键的。键能与键焓近似相等，气态分子的等于全部键能之和。
下表给出常见共价键的键能（kJ/mol）数据取自《化学-物质结构与性质（选修）》（2007年）。[11]
　　　　（bond angle）
键角即两共价键的夹角，由于共价键的方向性，共价化合物的键角是一定的，但组成相似的化合物未必有相同的键角，孤对电子对成键电子有较大的作用，可导致键角变小。
（bond order）
键级是分子轨道提出的一个概念，其定义是成键电子与反键电子之差的一半，键级可以描述共价键的稳定性，键级越大，共价键越稳定。
键偶极矩（bond dipole moment）
键简称“键矩”，概念与力矩类似，可以描述共价键的极性。的定义为：
式中μ为键矩（C·m），l为键长，q为
键矩是，由弱的一端指向电负性强的一端，即从正到负。键矩也可以由实验测得[14]相比于键参数对共价键的描述，各种模型的描述显得更加直观。
下表给出在分子模型中常用的颜色和对应元素。
注：上表只是给出了常用的元素和对应颜色，与实际情况存在着一定的出入。
（Ball-and-stick models）
甲烷的球棍模型(左)与比例填充模型球棍模型又称“空间填充模型”，是一种用来表现化学分子的分布的分子模型。在球棍模型中，“棍”代表共价键，“球”代表成键原子。球棍模型能表示分子的键角以及成键原子的。
比例填充模型（Space-filling models）
比例填充模型与球棍模型类似，用来表现三维空间分布的分子模型。是球棒模型的进一步发展，可显示更为真实的分子外型。但很难从模型中看见化合物的键角。
1.非金属单质
2.共价化合物
3.某些离子化合物
新手上路我有疑问投诉建议参考资料 查看什么是请问，电视机的发明人是谁？
10-01-13 &匿名提问 发布
请问，电视机的发明人是谁？
   详细内容：请问，电视机的发明人是谁？答案：发明者：1924年，英国人贝尔德发明了最原始的电视机，用电传输了图像。美国RCA1939年推出世界上第一台黑白电视机，到1953年设定全美彩电标准以及1954年推出RCA彩色电视机。由于射频信号在空中传输的过程中要混入一些干扰信号并随着传输距离的增大而衰减，电视机从有线或天线（RF－IN）接收到微弱的射频电视信号后，首先要通过调谐器对它进行解调，经过放大、混频和检波，滤掉高频载波分量，得到PAL、NTSC或SECAM制式的复合全电视信号。从全电视信号中分离伴音信号和视频信号。音频信号经音频电路处理后送扬声器输出。视频信号经视频放大，并把亮度、色度信号分离开，得到YC分量信号。最后，把YC分量信号转换成YUV、进而转换成RGB分量信号并送显象管显示。在全电视信号中，由于色度信号占用了2.6MHz的带宽，电视机的电子电路在亮度、色度信号分离处理时有的直接截取亮度低端约3MHz的信号。在这种情况下，虽然电视机的荧光屏可以达到水平约500线的分解率，实际从天线输入的电视信号其水平分解率只有约260线。另外，不同频道的信号强弱不同，最终反映到荧光屏上的图像分解率也不同。
请问，电视机的发明人是谁？
   详细内容：请问，电视机的发明人是谁？答案：发明者：1924年，英国人贝尔德发明了最原始的电视机，用电传输了图像。美国RCA1939年推出世界上第一台黑白电视机，到1953年设定全美彩电标准以及1954年推出RCA彩色电视机。由于射频信号在空中传输的过程中要混入一些干扰信号并随着传输距离的增大而衰减，电视机从有线或天线（RF－IN）接收到微弱的射频电视信号后，首先要通过调谐器对它进行解调，经过放大、混频和检波，滤掉高频载波分量，得到PAL、NTSC或SECAM制式的复合全电视信号。从全电视信号中分离伴音信号和视频信号。音频信号经音频电路处理后送扬声器输出。视频信号经视频放大，并把亮度、色度信号分离开，得到YC分量信号。最后，把YC分量信号转换成YUV、进而转换成RGB分量信号并送显象管显示。在全电视信号中，由于色度信号占用了2.6MHz的带宽，电视机的电子电路在亮度、色度信号分离处理时有的直接截取亮度低端约3MHz的信号。在这种情况下，虽然电视机的荧光屏可以达到水平约500线的分解率，实际从天线输入的电视信号其水平分解率只有约260线。另外，不同频道的信号强弱不同，最终反映到荧光屏上的图像分解率也不同。
请登录后再发表评论!
电子技术发展的里程碑——晶体管 谈到晶体管，也许很多人会感到很陌生．然而，就是小小的晶体管的发明给电子学带来了一场革命．这场革命发展之迅速、波及范围之广泛，完全超出了人们的想象． 现在晶体管和微型电路几乎无所不能，无处不在．小到人们日常生活中的助听器、收音机、录音机和电视机，大到实验室仪器、工业生产及国防设备、计算机、机器人、宇宙飞盘等，都离不开晶体管．可以毫不夸张地说，晶体管奠定了现代电子技术的基础． 可是，晶体管究竟是什么样的?它又是怎样发明出来的?必不可少的一步——电子管的问世1883年，闻名世界的大发明家爱迪生发明了第一只白炽照明灯．电灯的发明，给一直生活在黑暗之中的人们送去了光明和温暖．就在这个过程中，爱迪生还发现了一个奇特的现象：一块烧红的铁会散发出电子云．后人称之为爱迪生效应．1884年的一天，一位叫弗莱明的英国发明家，远涉重洋，风尘仆仆地来到美国，拜会了他慕名已久的爱迪生．就在这两位大发明家的会见中，爱迪生再次展示了爱迪生效应．遗憾的是，由于当时技术条件的限制，不论是爱迪生，还是弗莱明，都对这一效应百思不得其解，不知道利用这一效应能做些什么． 20世纪初，有线电报问世了．这一发明给人们带来了很多便利．有线电报发出的信号是高频无线电波，收信台必须进行整流，才能从听筒中听出声音来．当时的整流器结构复杂，功效又差，亟待改进．正在研究高频整流器的弗莱明灵机一动，他想，如果把爱迪生效应应用在检波器上，结果会怎样呢?就这样，引出了一个新的发明． 1904年弗莱明在真空中加热的电丝(灯丝)前加了一块板极，从而发明了第一只电子管．他把这种装有两个极的电子管称为二极管．利用新发明的电子管，可以给电流整流，使电话受话器或其它记录装置工作起来．如今，打开一架普通的电子管收音机，我们很容易看到灯丝烧得红红的电子管．它是电子设备工作的心脏，是电子工业发展的起点． 弗莱明的二极管是一项崭新的发明．它在实验室中工作得非常好．可是，不知为什么，它在实际用于检波器上却很不成功，还不如同时发明的矿石检波器可靠．因此，对当时无线电的发展没有产生什么冲击． 此后不久，贫困潦倒的美国发明家德福雷斯特，在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而发明了第一只真空三极管．这一小小的改动，竟带来了意想不到的结果．它不仅反应更为灵敏、能够发出音乐或声音的振动，而且，集检波、放大和振荡三种功能于一体．因此，许多人都将三极管的发明看作电子工业真正的诞生起点．德福雷斯特自己也非常惊喜，认为“我发现了一个看不见的空中帝国”．电子管的问世，推动了无线电电子学的蓬勃发展．到1960年前后，西方国家的无线电工业年产10亿只无线电电子管．电子管除应用于电话放大器、海上和空中通讯外，也广泛渗透到家庭娱乐领域，将新闻、教育节目、文艺和音乐播送到千家万户．就连飞机、雷达、火箭的发明和进一步发展，也有电子管的一臂之力． 三条腿的魔术师电子管在电子学研究中曾是得心应手的工具．电子管器件历时40余年一直在电子技术领域里占据统治地位．但是，不可否认，电子管十分笨重，能耗大、寿命短、噪声大，制造工艺也十分复杂．因此，电子管问世不久，人们就在努力寻找新的电子器件．第二次世界大战中，电子管的缺点更加暴露无遗．在雷达工作频段上使用的普通的电子管，效果极不稳定．移动式的军用器械和设备上使用的电子管更加笨拙，易出故障．因此，电子管本身固有的弱点和迫切的战时需要，都促使许多科研单位和广大科学家，集中精力，迅速研制成功能取代电子管的固体元器件． 早在30年代，人们已经尝试着制造固体电子元件．但是，当时人们多数是直接用模仿制造真空三极管的方法来制造固体三极管．因此这些尝试毫无例外都失败了． 年6月的一天，在美国贝尔实验室的一个房间里，一架样式很普通的收音机正在播放着轻柔的音乐，许多参观者在它面前驻足不前．为什么大家都对这台收音机情有独钟呢？原来这是第一架不用电子管，而代之以一种新的固体元件——晶体管的收音机．虽然人们对这架收音机显露出浓厚的兴趣．然而，他们对晶体管本身却不以为然．美国《纽约先驱论坛报》的记者在报道中写道：“这一器件还在实验室阶段，工程师们都认为它在电子工业中的革新是有限的．”事实上，晶体管发明以后，在不长的时间内，它的深远影响便很快地显示出来．它在电子学领域完成了一场真正的革命． 什么是晶体管呢？通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件．像金银铜铁等金属，它们导电性能好，叫做导体．木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体．导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，就叫半导体．晶体管就是用半导体材料制成的．这类材料最常见的便是锗和硅两种． 半导体是19世纪末才发现的一种材料．当时人们并没有发现半导体的价值，也就没有注重半导体的研究．直到二次大战中，由于雷达技术的发展，半导体器件——微波矿石检波器的应用日趋成熟，在军事上发挥了重要作用，这才引起了人们对半导体的兴趣．许多科学家都投入到半导体的深入研究中．经过紧张的研究工作，美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人捷足先登，合作发明了晶体管——一种三个支点的半导体固体元件．晶体管被人们称为“三条腿的魔术师”．它的发明是电子技术史中具有划时代意义的伟大事件，它开创了一个崭新的时代——固体电子技术时代．他们三人也因研究半导体及发现晶体管效应而共同获得1956年最高科学奖——诺贝尔物理奖． 肖克利小组与晶体管美国人威廉·肖克利，日生于伦敦，曾在美国麻省理工学院学习量子物理，1936年得到该校博士学位后，进入久负盛名的贝尔实验室工作．贝尔实验室是电话发明人贝尔创立的．在电子、特别在通讯领域是最有名气的研究所，号称“研究王国”．早在1936年，当时的研究部主任，后来的贝尔实验室总裁默文·凯利就对肖克利说过，为了适应通讯不断增长的需要，将来一定会用电子交换取代电话系统的机械转换．这段话给肖克利留下了不可磨灭的印象，激起他满腔热情，把毕生精力投入到推进电子技术进步的事业中．沃尔特·布拉顿也是美国人，日出生在中国南方美丽的城市厦门，当时他父亲受聘在中国任教．布拉顿是实验专家，1929年获得明尼苏达大学的博士学位后，进入贝尔研究所从事真空管研究工作．温文儒雅的美国人巴丁是一个大学教授的儿子，1908年在美国威斯康星州的麦迪逊出生，相继于1928年和1929年在威斯康星大学获得两个学位．后来又转入普林斯顿大学攻读固体物理，1936年获得博士学位．1945年来到贝尔实验室工作．默文·凯利是一位颇有远见的科技管理人员．他从30年代起，就注意寻找和采用新材料及依据新原理工作的电子放大器件．在第二次世界大战前后，敏锐的科研洞察力促使他果断地决定加强半导体的基础研究，以开拓电子技术的新领域．于是，1945年夏天，贝尔实验室正式决定以固体物理为主要研究方向，并为此制定了一个庞大的研究计划．发明晶体管就是这个计划的一个重要组成部分．1946年1月，贝尔实验室的固体物理研究小组正式成立了．这个小组以肖克利为首，下辖若干小组，其中之一包括布拉顿、巴丁在内的半导体小组．在这个小组中，活跃着理论物理学家、实验专家、物理化学家、线路专家、冶金专家、工程师等多学科多方面的人才．他们通力合作，既善于汲取前人的有益经验，又注意借鉴同时代人的研究成果，博采众家之长．小组内部广泛开展有益的学术探讨．“有新想法，新问题，就召集全组讨论，这是习惯”．在这样良好的学术环境中，大家都充满热情，完全沉醉在理论物理领域的研究与探索中． 开始，布拉顿和巴丁在研究晶体管时，采用的是肖克利提出的场效应概念．场效应设想是人们提出的第一个固体放大器的具体方案．根据这一方案，他们仿照真空三极管的原理，试图用外电场控制半导体内的电子运动．但是事与愿违，实验屡屡失败． 人们得到的效应比预期的要小得多．人们困惑了，为什么理论与实际总是矛盾的呢？ 问题究竟出在那里呢？经过多少个不眠之夜的苦苦思索，巴丁又提出了一种新的理论——表面态理论．这一理论认为表面现象可以引起信号放大效应．表面态概念的引入，使人们对半导体的结构和性质的认识前进了一大步．布拉顿等人乘胜追击，认真细致地进行了一系列实验．结果，他们意外地发现，当把样品和参考电极放在电解液里时，半导体表面内部的电荷层和电势力发生了改变，这不正是肖克利曾经预言过的场效应吗?这个发现使大家十分振奋．在极度兴奋中，他们加快了研究步伐，利用场效应又反复进行了实验．谁知，继续实验中突然发生了与以前截然不同的效应．这接踵而至的新情况大大出乎实验者的预料． 人们的思路被打断了，制作实用器件的原计划不能不改变了，渐趋明朗的形势又变得扑朔迷离了．然而肖克利小组并没有知难而退．他们紧紧循着茫茫迷雾中的一丝光亮，改变思路，继续探索．经过多次地分析、计算、实验，日，人们终于得到了盼望已久的“宝贝”．这一天，巴丁和布拉顿把两根触丝放在锗半导体晶片的表面上，当两根触丝十分靠近时，放大作用发生了．世界第一只固体放大器——晶体管也随之诞生了．在这值得庆祝的时刻，布拉顿按捺住内心的激动，仍然一丝不苟地在实验笔记中写道：“电压增益100，功率增益40，电流损失1/2.5……亲眼目睹并亲耳听闻音频的人有吉布尼、摩尔、巴丁、皮尔逊、肖克利、弗莱彻和包文．”在布拉顿的笔记上，皮尔逊、摩尔和肖克利等人分别签上了日期和他们的名字表示认同． 巴丁和布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半导体的某一点接触，故称点接触晶体管．这种晶体管对电流、电压都有放大作用． 晶体管发明之后基于严谨的科学态度，贝尔实验室并没有立即发表肖克利小组的研究成果．他们认为，还需要时间弄清晶体管的效应，以便编写论文和申请专利．此后一段时间里，肖克利等人在极度紧张的状态中忙碌地工作着．他们心中隐藏着一丝忧虑．如果别人也发明了晶体管并率先公布了，他们的心血就付之东流了．他们的担心绝非多虑，当时许多科学家都在潜心于这一课题的研究．1948年初，在美国物理学会的一次会议上，柏杜大学的布雷和本泽报告了他们在锗的点接触方面所进行的实验及其发现．当时贝尔实验室发明晶体管的秘密尚未公开，它的发明人之一——布拉顿此刻就端坐在听众席上．布拉顿清楚地意识到布雷等人的实验距离晶体管的发明就差一小步了．因此，会后布雷与布拉顿聊天时谈到他们的实验时，布拉顿立刻紧张起来．他不敢多开口，只让对方讲话，生怕泄密给对方，支吾几句就匆匆忙忙地走开了．后来，布雷曾惋惜地说过：“如果把我的电极靠近本泽的电极，我们就会得到晶体管的作用，这是十分明白的．”由此可见，当时科学界的竞争是多么的激烈！实力雄厚的贝尔实验室在这场智慧与技能的角逐中，也不过略胜一筹． 晶体管发明半年以后，在日，贝尔实验室首次在纽约向公众展示了晶体管．这个伟大的发明使许多专家不胜惊讶．然而，对于它的实用价值，人们大都表示怀疑．当年7月1日的《纽约时报》只以8个句子、201个文字的短讯形式报道了本该震惊世界的这条新闻．在公众的心目中，晶体管不过是实验室的珍品而已．估计只能做助听器之类的小东西，不可能派上什么大用场． 的确，当时的点接触晶体管同矿石检波器一样，利用触须接点，很不稳定，噪声大，频率低，放大功率小，性能还赶不上电子管，制作又很困难．难怪人们对它无动于衷．然而，物理学家肖克利等人却坚信晶体管大有前途，它的巨大潜力还没有被人们所认识．于是，在点接触式晶体管发明以后，他们仍然不遗余力，继续研究．又经过一个多月的反复思索，肖克利瘦了，眼中也布满了血丝．一个念头却在心中越来越明晰了，那就是以往的研究之所以失败，根本原因在于人们不顾一切地盲目模仿真空三极管．这实际上走入了研究的误区．晶体管同电子管产生于完全不同的物理现象，这就暗示晶体管效应有其独特之处．明白了这一点，肖克利当即决定暂时放弃原来追求的场效应晶体管，集中精力实现另一个设想——晶体管的放大作用．正确的思想终于开出了最美的花朵．1948年11月，肖克利构思出一种新型晶体管，其结构像“三明治”夹心面包那样，把N型半导体夹在两层P型半导体之间．这是一个多么富有想象力的设计啊！可惜的是，由于当时技术条件的限制，研究和实验都十分困难．直到1950年，人们才成功地制造出第一个PN结型晶体管． 电子技术发展史上一座里程碑晶体管的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩．同电子管相比，晶体管具有诸多优越性：①晶体管的构件是没有消耗的．无论多么优良的电子管，都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化．由于技术上的原因，晶体管制作之初也存在同样的问题．随着材料制作上的进步以及多方面的改善，晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍，称得起永久性器件的美名．②晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一．它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子．一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去，这对电子管收音机来说，是难以做到的．③晶体管不需预热，一开机就工作．例如，晶体管收音机一开就响，晶体管电视机一开就很快出现画面．电子管设备就做不到这一点．开机后，非得等一会儿才听得到声音，看得到画面．显然，在军事、测量、记录等方面，晶体管是非常有优势的．④晶体管结实可靠，比电子管可靠100倍，耐冲击、耐振动，这都是电子管所无法比拟的．另外，晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一，放热很少，可用于设计小型、复杂、可靠的电路．晶体管的制造工艺虽然精密，但工序简便，有利于提高元器件的安装密度．正因为晶体管的性能如此优越，晶体管诞生之后，便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中．1953年，首批电池式的晶体管收音机一投放市场，就受到人们的热烈欢迎，人们争相购买这种收音机．接着，各厂家之间又展开了制造短波晶体管的竞赛．此后不久，不需要交流电源的袖珍“晶体管收音机”开始在世界各地出售，又引起了一个新的消费热潮． 由于硅晶体管适合高温工作，可以抵抗大气影响，在电子工业领域是最受欢迎的产品之一．从1967年以来，电子测量装置或者电视摄像机如果不是“晶体管化”的，那么就别想卖出去一件．轻便收发机，甚至车载的大型发射机也都晶体管化了． 另外，晶体管还特别适合用作开关．它也是第二代计算机的基本元件．人们还常常用硅晶体管制造红外探测器．就连可将太阳能转变为电能的电池——太阳能电池也都能用晶体管制造．这种电池是遨游于太空的人造卫星的必不可少的电源．晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径．从1950年至1960年的十年间，世界主要工业国家投入了巨额资金，用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件．例如，纯净的锗或硅半导体，导电性能很差，但加入少量其它元素(称为杂质)后，导电性能会提高许多．但是要想把定量杂质正确地熔入锗或硅中，必须在一定的温度下，通过加热等方法才能实现．而一旦温度高于摄氏75度，晶体管就开始失效．为了攻克这一技术难关，美国政府在工业界投资数百万美元，以开展这项新技术的研制工作．在这样雄厚的财政资助下，没过多久，人们便掌握了这种高熔点材料的提纯、熔炼和扩散的技术．特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的威力日益显露出来以后，为争夺电子领域的优势地位，世界各国展开了激烈的竞争．为实现电子设备的小型化，人们不惜成本，纷纷给电子工业以巨大的财政资助． 自从1904年弗莱明发明真空二极管，1906年德福雷斯特发明真空三极管以来，电子学作为一门新兴学科迅速发展起来．但是电子学真正突飞猛进的进步，还应该是从晶体管发明以后开始的．尤其是PN结型晶体管的出现，开辟了电子器件的新纪元，引起了一场电子技术的革命．在短短十余年的时间里，新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势，迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位，一跃成为电子技术领域的排头兵．现代电子技术的基础诚然，电子管的发明使电子设备发生了革命性变化．但是电子管体大易碎，费电又不可靠．因此，晶体管的问世被誉为本世纪最伟大的发明之一，它解决了电子管存在的大部分问题．可是单个晶体管的出现，仍然不能满足电子技术飞速发展的需要．随着电子技术应用的不断推广和电子产品发展的日趋复杂，电子设备中应用的电子器件越来越多．比如二次世界大战末出现的B29轰炸机上装有1千个电子管和1万多个无线电元件．电子计算机就更不用说了．1960年上市的通用型号计算机有10万个二极管和2.5万个晶体管．一个晶体管只能取代一个电子管，极为复杂的电子设备中就可能要用上百万个晶体管．一个晶体管有3条腿，复杂一些的设备就可能有数百万个焊接点，稍一不慎，就极有可能出现故障．为确保设备的可靠性，缩小其重量和体积，人们迫切需要在电子技术领域来一次新的突破．1957年苏联成功地发射了第一颗人造卫星．这一震惊世界的消息引起了美国朝野的极大震动，它严重挫伤了美国人的自尊心和优越感，发达的空间技术是建立在先进的电子技术基础上的．为夺得空间科技的领先地位，美国政府于1958年成立了国家航空和宇航局，负责军事和宇航研究，为实现电子设备的小型化和轻量化，投入了天文数字的经费．就是在这种激烈的军备竞赛的刺激下，在已有的晶体管技术的基础上，一种新兴技术诞生了，那就是今天大放异彩的集成电路．有了集成电路，计算机、电视机等与人类社会生活密切相关的设备不仅体积小了，功能也越来越齐全了，给现代人的工作、学习和娱乐带来了极大便利．那么，什么是集成电路呢？集成电路是在一块几平方毫米的极其微小的半导体晶片上，将成千上万的晶体管、电阻、电容、包括连接线做在一起．真正是立锥之地布千军．它是材料、元件、晶体管三位一体的有机结合． 集成电路的问世是离不开晶体管技术的，没有晶体管就不会有集成电路．本质上，集成电路是最先进的晶体管——外延平面晶体制造工艺的延续．集成电路设想的提出，同晶体管密切相关．1952年，英国皇家雷达研究所的一位著名科学家达默，在一次会议上曾指出：“随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，现在似乎可以想象，未来电子设备是一种没有连接线的固体组件．”虽然达默的设想并未付诸实施，但是他为人们的深入研究指明了方向． 后来，一个叫基尔比的美国人步达默的后尘，走上了研究固体组件这条崎岖的小路．基尔比毕业于伊利诺斯大学电机工程系．1952年一个偶然机会，基尔比参加了贝尔实验室的晶体管讲座．富于创造性的基尔比一下子就被晶体管这个小东西迷住了． 当时，他在一家公司负责一项助听器研究计划．心系晶体管的基尔比不由自主地想把晶体管用在助听器上，他果然获得了成功．他研究出一种简便的方法，将晶体管直接安装在塑料片上，并用陶瓷密封．初步的成功使他对晶体管的兴趣与日俱增．为寻求更大的发展，基尔比于1958年5月进入得克萨斯仪器公司．当时，公司正参与美国通信部队的一项微型组件计划．基尔比非常希望能在这一计划中一显身手．强烈的自尊促使他决心凭自己的智慧和努力进入这一计划．于是，他常常一个人埋头在工厂，思考采用半导体制造整个电路的途径．记不清多少次苦苦思索，多少回实验，多少次挫折，经过长时间的孤军奋战，到1959年，一块集成电路板终于在基尔比的手中诞生了． 同年3月，这一产品被拿到无线电工程师协会上展出．得克萨斯公司当时的副总裁谢泼德自豪地宣布，这是“硅晶体管后得克萨斯仪器公司最重要的开发成果”．在晶体管技术基础上迅速发展起来的集成电路，带来了微电子技术的突飞猛进． 微电子技术的不断进步，极大降低了晶体管的成本，在1960年，生产1只晶体管要花10美元，而今天，1只嵌入集成电路里的晶体管的成本还不到1美分．这使晶体管的应用更为广泛了． 不仅如此，微电子技术通过微型化、自动化、计算机化和机器人化，将从根本上改变人类的生活．它正在冲击着人类生活的许多方面：劳动生产、家庭、政治、科学、战争与和平．
 晶闸管又叫可控硅，有阳极、阴极和控制极，其内有四层PNPN半导体，三个PN结。控制极不加电压时，阳极（+）、阴极（-）间加正向电压不导通，阴极（+）、阳极（-）间加反向电压也不导通，分别称为正向阻断和反向阻断。阳极（+）、阴极（-）加正向电压，控制极（+）、阴极（-）加一电压触发，可控硅导导通，此时控制极去除触发电压，可控硅仍导通，称为触发导通。要想关断（不导通），只要电流小于维持电流就行了，去除正向电压也能关断。
是类和种的关系.晶闸管又叫可控硅,是晶体管的一种.
请登录后再发表评论!