尖锥阴极场致发射的稳定性研究
电子科技 1998年1月 第1期(总第43期)
尖锥阴极场致发射的稳定性研究*
李德昌 肖向春 朱长纯
摘 要 场致发射阵列(FEA)平板显示器的实现,标志着FEA发展到新的阶段,对F EA 的研究也提出了新的要求。场致发射的实验研究是目前推进FEA技术的一种重要手段。文中主要从F EA场致发射的过程观察和分析发射失稳现象,并从理论上加以探讨研究。结果表明,
F EA中发射不均匀是普遍的,设计中采取均流均温措施是必要的;F EA使用前的老化钝化是必
不可少的工艺手段;场致发射常常伴随着热发射,对热发射的控制和利用是场致发射研究的重要内容。
关键词 场致发射,尖锥阴极,电弧。
A Study on the Stability of an Array Cathode
Li Dechang Xiao Xianchun Zhu Chang chun
(Xidian University) (Xi’an Jiaotong University)
Abstract T he r ealizat ion of F ield Emission A rr ay Display(FEA D)sy mbo lizes a new stag e o f the Field Emissio n A r ray(F EA)cathode,and it stimulates the dev elo pment o f FEA.T he ex-periment al study o f F EA is a n impor tant way t o adv ance the FEA t echnique.T his paper pre-sents the observ atio ns of the int err uption o f t he steady emission cur rent fr om the F EA s.T he t heo ret ical a nalyseis o f the observ ed results illust rates that the FEA emissions are seldom w ell-distr ibuted,so it is necessar y t o t ake measur es fo r t he temperat ur e unifo rmity and the cur r ent density uniso n.T he F EA inactiv atio n is a useful technique to ov ercom e the pyr amid ir reg ular i-ty.
Keywords field emission,pyr amid cathode,v acuum ar c
1 引 子
1990年法国原子能委员会的电子学技术与测试实验研究所在IEEE国际真空微电子学会议(IVM C)上首次进行了场致发射体阵列(FEA)平板显示器(FEAD)的演示,在会议上引起轰动。此后日美等许多国家都先后做出了类似的平板显示器[1]。
在FEAD的研究中,涌现出一批新工艺
*国家自然科学基金资助项目和国防预研基金资助项目。
?李德昌 西安电子科大物理系副教授,博士生。?肖向春 西安交大电信学院硕士生。
?朱长钝 西安交大电信学院教授,博士导师。
?本文于1997年9月12日收到。
新材料,形成了各具特色的新型电子源,同时也发展了真空微电子器件(VM D)的核心与基础。在实际中,FEAD要求阴极阵列的开启电压低,而发射电流强度达到一定的强度。目前美国C.O.Bozler et al采用先进的VLC技术和工艺,实现门极孔径0.16um,尖锥间距0.32um,尖锥距门极仅0.08um的工艺水平。其开启电压阈值为30V。Bozler比较保守地希望,每尖平均电流0.6uA,平均电流密度达到600A/cm2,但是该实验在低得多的水平上受阻[4,2]。在很高尖锥密度FEA的研究中,问题的关键已不在于尖锥密度的工艺水平,而在于FEA的系统模式。本文从几种结构简单的FEA的场致发射过程观察失稳
现象,从而对FEA 的稳定性作系统研究为,这个研究可以从理论上建立尖锥的场致发射模型,分析清楚影响发射稳定性的因素与过程,从而指导工艺的实验研究,使其更加有效;这个研究也可以从实验上模拟,测试FEA 的发射过程,观察分析出失稳的关键,从制造与使用的多个环节灵活地解决问题。
2 实验过程
考虑到便于不同结构的FEA 场致发射的比较和观察,实验中按行排列阴极尖锥和门极,并使它们两两相对排布在同一平面内如图1
所示。这种阴极和栅极的平面排列结
图1
尖锥阴极和平顶栅极的平面结构
图2 电极的悬空结构
构,可以按照半导体集成电路的光刻工艺方便地制备。先在绝缘的基板上淀积出一层金属薄膜,再将金属薄膜刻蚀成阴极和门极的按行相对排列结构,并刻蚀电极间和电极下的部分绝缘介质,形成介质槽而使电极悬空,如图2所示。
实验中制备出了按行相对排列的阴极和门极平面结构如图1所示。而不同的阴极和门极形状与它们的不同相对位置分别如图3和图4所示。其中图3为尖锥阴极伸入凸形门极的3#样品照片,图4为埃菲尔铁塔式阴极对平面形门极的1#和2#样品照片。其制备工艺流程如下:
(1)蒸Al :所有的Si 基板上有层厚200nm 的SiO 2,用DMP-450型真空镀膜机进行电子束蒸发,蒸发镀膜的工艺条件为:真空度1.9×103Pa ,电子束电子能量10keV ,偏转电流2m A,束流0.7A,衬底温度373K,蒸发时间2分30秒,Al 膜厚0.7um 。
(2)曝光制板:图版设计中,将阴极和栅极设计成互相平行的两列齿状电极(图1),电
极引线分别在两端,曝光用Karisuss.M JB.3UU 型曝机;涂正胶AE1350;前烘393K,30分钟;曝光80秒显影坚膜后出现版图。
(3)刻A l:磷酸(H 3PO 4):乙醇=3∶1,333K,40分钟。然后等离子灰化去胶。(4)刻蚀极间极下凹槽:用FH 加缓冲剂刻蚀3分钟,刻蚀深度约0.6um 。
(5)测试:测试线路如图5所示。
电源为
图3 3#样品具有的阴深入栅极的结构 图4 2#样品的埃费尔铁塔式阴极结构
图5 测试线路图
直流稳压电源,提供电压范围0～1500V,电流用JB2170～77表测量,过流保护电阻R=400k ,测试真空度为1.0×10-5乇,测试精度约为0.25%。
3 测试结果
三个测试样品都是由750个成行排列的尖锥阴极与栅极错位相对构成。1#和2#样品的阴极和门极间距约为2.0um,阴极锥尖的曲率半径约60nm,阴极的形状为埃菲尔铁塔形如图4所示。测试过程中,当电压上升时,电压并不很高就有电弧出现,电流的波动很大。稳定后,再从高电压向低电压降压测量时,基本上无电弧出现而电流稳定。测出的I-V数值关系见表1,观察到样品已被损伤与3#样品类似,如图6所示。1#和2#样品的I-V特性曲线如图7所示。
3#样品的阴极伸入门极之间,由于工艺的精度不够,有的突出小须间距只有0.2um 或更小,小须的直经为亚微米量级。测试前先用220V
脉冲电压将触须蒸发或熔掉。在电
图6 3#
样品的局部损伤图
图7 1#和2#样品的I-V
曲线
图8 3#样品的I-V曲线
压上升过程中测量,电流也很不稳定,测出的I-V结果如图8所示。测后样品的损伤情况如图6所示。
4 结果分析
样品发射电流不稳的主要原因在于阴极尖端和栅极边角的不一致性。在电压的增加过程中,敏感的尖端首先发射并起主导作用,形成局部电流过大而引起热发射。热发射的正反馈作用使该电极很快起弧烧毁而停止发射。这时增大的电压使次敏感的尖端发射而接替之。实验中也观测到了电弧的出现。10-5乇的环境气压对于场致发射测试来说是偏高的,这个气压延长了电弧搭维持时间。结果造成样品的烧毁是相当严重的。这一点从测后样品搭照片上显而易见。电极表面原子的迁徙和低气压气体的电离轰击都不足以产生如
此严重的电极烧毁和电流波动。在电压下降过程中测量,结果电流稳定且没起电弧也说明了这一点。
由于电极与Si基片之间的距离只有200nm,并形成平面相对的结构,因此SiO2中的杂质和缺陷易于形成“渝渗”结构而产生漏电电流。同时电极表面的凹凸也可产生内场致发射,通过Si基片电极之间的距离只有400nm,而电极之间的真空距离为该值的5倍(2um)。可见这个发射的开启电压较低,与前述渝渗结构交织在一起,使测出的I-V曲线与Fow ler-Nordheim方程计算出的结果相差甚远。
3#样品的电极间距较小,约500nm,电极之间的小须伸出使这个距离更小。测试前用220V交流脉冲电压烧去小须的同时,钝化了阴极尖端,并使电极具有一定程度的一致性。在I-V图形的ab段,发射电压小于220V,样品工作在某种漏电方式而电流基本恒定。当电压增大到220V以上时,发射电流逐渐增大,造成了阴极微尖的温升,而热电子发射增强,又导致微尖的进一步升温。这种正反馈一直持续到阴极的蒸发电离;这时,无需发射电场的增强,发射电流自发增大,而且伴随着阴极物质分子离开表面进入空间,然后被发射出的电子电离,产生了离子轰击和真空电弧。由于3#样品钝化后一致性较好,电流分布较为均匀,使样品免遭局部的严重损伤,所以我们能够观测到稳定的电流数值。
3#样品在同等发射电压下,发射电流比1#和2#样品大得多。到了电流随电压快速上升阶段,产生了电流的自动上升现象,而且上升速度较快。我们立即调低了电压,结果发现了负阻现象,这时只需要转折处电压的1/3,就可维持更高的发射电流。只要等到稳定后进行测量,这个I-V特性,包括转折点的数值,都可以重复测得。这个结果是阴极热发射的作用[4]。
5 结 论
(1)限流是防止场致发射阴极损坏的有效途径;
(2)阴极的场致发射具有明显的热发射效应;
(3)发射电极附近电场较强,介质中的漏电是器件设计应注意的问题;
(4)发射不均匀是电极损坏的主要因素,有必要从设计上采取均流均温措施。
参 考 文 献
1K lem ent G.T ech.A ppl.and mar ket analysis fo r field emitter display.6th IV M Co nf.,1993,3～6.
2Huang Z H et al.Calculatio n o f lo cal density of states at an at omically shasp sitip.J.V ac.Sci.
T chnol.1995,B13:522～525.
3陈学悫.阴极电子学.科学出版社,1980.
4Bozler C O et al.Ar r ays o f g ated field-emitt er cor es haring0.32 m tip-to-tip spacings.6th IV M C,1993,8～11.
国外原版新书通报
73?4588-E161
Summers,C.and Dunetz,B.
ISDN:Ho w to g et a high-speed co nnectio n to t he Inter net.-1996.384PP.
本指南可称为用户的良师益友,附插图,以简明的语言精确地阐述了何谓ISDN,有何作用,并可使读者选择最适宜于其需要的最佳类型的ISDN连接。73?4588-E154
Summer s,C.K.
ISDN im plementor's g uide:Standards,pr ot ocols, and serv ices.-1995.320PP.
这是一本关于综合服务数字网络(I SDN)的简明应用指南,它给远距离通信管理者介绍了如何实现窄带和宽带ISD N,它所包含的标准以及所遇到的问题。
精修版生物：第29讲-生态系统的功能与稳定性试题(含答案)
历史备考精品资料【精校版】 第29讲生态系统的功能与稳定性 时间:20分钟分值:40分 一、选择题(每题4分,共24分) 1.(2015河南中原名校一模,31)下图为生态系统中碳循环的部分示意图,下列说法不正确的是( ) A.物质循环伴随着能量的流动 B.能完成该循环的生物一定含有叶绿体和线粒体 C.AB所示的物质循环具有全球性 D.进行A过程的生物是自养型生物 2.(2015山东师大附中一摸,34)下列事例中,属于恢复力稳定性的是( ) A.由于滥砍乱伐,长江流域森林面积急剧减少,引发了百年不遇的洪涝灾害 B.当天气干旱时,草原生态系统中的动植物种类和数量一般不会有太大变化 C.乡村一个池塘,每天都有人到池塘边洗东西,可每天早晨池水依然清澈如故 D.一个相对封闭的生态系统中闯入某种大型肉食动物后,生态系统的各种成分相互作用直到恢复原来的状态 3.(2015河北邯郸摸底,47)有关生态系统能量流动的叙述中,错误的是( ) A.生态系统中所接收的全部太阳能是流经这个生态系统的总能量 B.生态系统中的能量是沿着食物链和食物网流动的 C.能量流动的特点是单向的、不循环的 D.能量流动是逐级递减的,传递效率是10%~20% 4.(2014吉林普通高中摸底,20)在由草、兔、狐组成的一条食物链中,兔经同化作用所获得的能量,其去向不包括( ) A.通过兔子细胞呼吸释放 B.通过兔子的粪便流入到分解者体内 C.通过狐狸的粪便流入到分解者体内 D.流入狐体内 5.(2014湖南师大附中二次月考,17)下列有关生态系统稳定性的叙述,不正确的是( ) A.生态系统稳定性的基础是生态系统具有自我调节能力 B.生态系统内部结构与功能的协调,可以提高生态系统稳定性 C.北极苔原生态系统的抵抗力稳定性弱,恢复力稳定性强 D.生物多样性对维持生态系统稳定性具有重要作用,体现了其间接价值
性能稳定性分析
性能稳定性分析 1功角的具体含义。 电源电势的相角差，发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。 电磁功率的大小与δ密切相关，故称δ为“功角”或“功率角”。电磁功率与功角的关系式被称为“功角特性”或“功率特性”。 功角δ除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对空间位置。 2功角稳定及其分类。 电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机均同步运行，即功角δ是稳定值。系统在受到干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角δ能达到一个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定。 根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定可分为如下三类： 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程） 3电力系统静态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到原始运行状态的能力。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能，则系统是静态失稳的。 特点：静态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到微小干扰时的稳定性问题。系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始运行状态有关，而与小干扰的大小、类型和地点无关。 4电力系统暂态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失稳的。 特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。 作业2 5发电机组惯性时间常数的物理意义及其与系统惯性时间常数的关系。 表示在发电机组转子上加额定转矩后，转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。TJ=TJG*SGN/SB 6例题6-1 (P152) （补充知识：当发电机出口断路器断开后，转子做匀加速旋转。汽轮发电机极对数p=1。额定频率为50Hz。要求列写每个公式的来源和意义。）题目:已知一汽轮发电机的惯性时间常数Tj=10S,若运行在输出额定功率状态，在t=0时其出口处突然断开。试计算（不计调速器作用） （1）经过多少时间其相对电角度（功角）δ=δ0+PAI.(δ0为断开钱的值）（2）在该时刻转子的转速。 解:（1）Tj=10S,三角M*=1,角加速度d2δ/dt2=三角M*W0/Tj=W0/10=31.4RAD/S2 δ=δ0+0.5dd2δ/dt2 所以PI=0.5*2PI*f/10t方 t=更号10/50=0.447 （2）t=0.447时，
稳定性分析答案
稳定性分析 2009-10-14 14:18 1功角的具体含义。 电源电势的相角差，发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。 电磁功率的大小与δ密切相关，故称δ为“功角”或“功率角”。电磁功率与功角的关系式被称为“功角特性”或“功率特性”。 功角δ除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对空间位置。 2功角稳定及其分类。 电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机均同步运行，即功角δ 是稳定值。系统在受到干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角δ 能达到一个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定。 根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定可分为如下三类： 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程） 3电力系统静态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到原始运行状态的能力。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能，则系统是静态失稳的。 特点：静态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到微小干扰时的稳定性问题。系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始运行状态有关，而与小干扰的大小、类型和地点无关。 4电力系统暂态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失稳的。 特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。 作业2 5发电机组惯性时间常数的物理意义及其与系统惯性时间常数的关系。 表示在发电机组转子上加额定转矩后，转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。TJ=TJG*SGN/SB 6例题6-1 (P152) （补充知识：当发电机出口断路器断开后，转子做匀加速旋转。汽轮发电机极对数p=1。额定频率为50Hz。要求列写每个公式的来源和意义。）题目:已知一汽轮发电机的惯性时间常数Tj=10S,若运行在输出额定功率状态，在t=0时其出口处突然断开。试计算（不计调速器作用） （1）经过多少时间其相对电角度（功角）δ=δ0+PAI.(δ0为断开钱的值）（2）在该时刻转子的转速。 解:（1）Tj=10S,三角M*=1,角加速度d2δ/dt2=三角M*W0/Tj=W0/10=S2 δ=δ0+δ/dt2 所以PI=*2PI*f/10t方 t=更号10/50=
场致发射显微镜(FEM)
场致发射显微镜（FEM） 一场致发射研究的历史回顾 场致发射发现于1897年。1992 年LIlienfeld用尖端阴极作x 射线管的电子源。1828年弥勒和诺德海姆用波动力学解释场致发射, 为场致发射理论奠定了基础。1940 年电子显微镜发明之后, 弥勒--诺德海姆场致发射公式才得到准确的实验。证1937年Muller 引进场致发射显微镜的概念, 用它观察尖端的场发射图像, 可以了解晶体排列,研究外来原子在金属表面的吸附和解吸, 以及吸附原子在金属表面的迁移等现象。1941年Muller 又发现吸附原子在强负电场作用下的解吸现象, 这导致1951年设计出场离子显微镜。1967 年场离子显微镜发展到原子探针的阶段, 用它可以检查场离子图上任意一点的质谱性质。 在四十年代末期, 为了给积极发展的微波管提供有效的电子发射源, 开始了对场发射阴极的系统研究, 包括对极限电流密度、场发射电流稳定性、“热”场致发射等的研究。五十年代由于超高真空技术的发展, 在Dyke及其同事的努力下, 稳定的场致发射已经基本上可以实现。他们采用多尖端阴极, 并将它首先应用于脉冲（闪光）x光管中，以后发展为商用的场发射x光管（Fexirton）和场发射电子注管（Febetron）。 在六十年代初期, 有人提出用大功率电子注来加热原子核使之达到产生热核聚变的温度, 因此开始建立了许多大功率脉冲电子注
加速器。这种加速器在几百千伏到10兆伏的脉冲加速电压下, 从尖端或刀口阴极发射104A—106A 的电流, 电子注的脉冲功率达1014—1013W。这种电子注称为相对论性强流电子注, 除了可以产生高强度闪光x射线外, 还可以产生大功率激光、大功率激波、毫米波、亚毫米波, 模拟辐射效应, 还可能用于等离子体加热、约束等离子体、电子注聚变等方面。这时阴极发射的机理和一般场发射不同, 称等离子体场发射, 苏联称之为爆发电子发射。 随着六十年代末期扫描电子显微镜和表面物理分析仪器的蓬勃发展, 要求有高亮度，细小直径的电子束。尖端场发射阴极接近一个点源, 电流密度大, 电子初速零散小, 容易聚焦成细束, 逐渐应用于上述仪器的电子枪中。 70年代末,Gomer利用探孔FE从创立了“涨落法”.使FEM在研究表面物理领域中成为重要的研究手段之一。 二场发射显微镜（FEM）原理 图1 是场发射显微镜的结构原理图，泡中尖端状的样品被固定在加热丝上，位于球形玻壳的中心，作为场电子发射阴极，表示为K。玻壳窗口的内壁先蒸涂上一层透明的导电层（通常为二氧化锡），然后涂敷上荧光粉，制成高发光效率的荧光屏S。导电层与电极A相连接，作为阳极。在电极A与K之间加正电压。若阴极尖端表面是球形，从阴极表面不同位置场致发射的电子将沿着同心球的半径方向运动，最后打在荧光屏上。这样，在荧光屏上就显示出来阴极（样品）
场致发射显示.
场致发射显示
定义：场发射显示器（FED），即场致发射阵列平板显示或称为真空微 尖平板显示器（MFD)，是一种新型的自发光平板显示器件。
场致发射显示
一、发展简史 ? 1961年，Shouledrs.K.R提出用场发射电子源的纵向和横向真空
微电子三极管的概念 ? 1968年，斯坦福研究所的Spindt.C.A，用薄膜技术和钼尖锥工
艺制作微型场发射阵列阴极。 ? 1985年，Meyer.R，微尖锥型阴极的矩阵选址阴极发光平板显
示器 ? 1988年，美国首届国际真空微电子学会议，标志真空微电子学
的正式诞生 ? 1989年，单色FED研制成功 ? 1997年，全色FED研制成功 ? 2001年，Sony公司13.2英寸全色FED
场致发射显示
First Delivery of 12.1” FED
On Nov. 23, 1999 PixTech, Inc. announced the delivery of the first 12.1-inch Field Emission Display (FED) to the U. S. Army
场致发射显示
FED的优点： ? 图像质量好、视角宽（1800） ? 功耗低（1－3w）、寿命长 ? 无偏转线圈，无X射线辐射 ? 响应速度快（ <2 us） ? 体积小，重量轻 ? 工作温度范围宽 ? 制作工艺比较简单（与LCD及其它PDP比）
总之，FED集中了CRT和LCD的优点，摒弃了它 们的缺点，性能优良，极具竞争力的新一代显 示器。
场致发射显示
控制系统的稳定性分析
精品 实验题目控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1．观察系统的不稳定现象。 2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、系统模拟电路图 系统模拟电路图如图3-1 图3-1 系统模拟电路图R3=0～500K； C=1μf或C=0.1μf两种情况。 四、实验报告 1．根据所示模拟电路图，求出系统的传递函数表达式。 G(S)= K=R3/100K,T=CuF/10 2．绘制EWB图和Simulink仿真图。
精品 3．根据表中数据绘制响应曲线。 4．计算系统的临界放大系数，确定此时R3的值，并记录响应曲线。 系统响应曲线 实验曲线Matlab （或EWB）仿真 R3=100K = C=1UF 临界 稳定 （理论值 R3= 200K） C=1UF
精品 临界 稳定 （实测值 R3= 220K） C=1UF R3 =100K C= 0.1UF
精品 临界 稳定 （理论 值R3= 1100 K） C=0.1UF 临界稳定 （实测值 R3= 1110K ） C= 0.1UF
精品 实验和仿真结果 1．根据表格中所给数据分别进行实验箱、EWB或Simulink实验，并进行实验曲线对比，分析实验箱的实验曲线与仿真曲线差异的原因。 对比： 实验曲线中R3取实验值时更接近等幅振荡，而MATLAB仿真时R3取理论值更接近等幅振荡。 原因： MATLAB仿真没有误差，而实验时存在误差。 2．通过实验箱测定系统临界稳定增益，并与理论值及其仿真结果进行比较（1）当C=1uf，R3=200K(理论值)时，临界稳态增益K=2， 当C=1uf，R3=220K(实验值)时，临界稳态增益K=2.2，与理论值相近（2）当C=0.1uf，R3=1100K(理论值)时，临界稳态增益K=11 当C=0.1uf，R3=1110K(实验值)时，临界稳态增益K=11.1，与理论值相近 四、实验总结与思考 1．实验中出现的问题及解决办法 问题：系统传递函数曲线出现截止失真。 解决方法：调节R3。 2．本次实验的不足与改进 遇到问题时，没有冷静分析。考虑问题不够全面，只想到是实验箱线路的问题，而只是分模块连接电路。 改进：在实验老师的指导下，我们发现是R3的取值出现了问题，并及时解决，后续问题能够做到举一反三。 3．本次实验的体会 遇到问题时应该冷静下来，全面地分析问题。遇到无法独立解决的问题，要及时请教老师，
核心稳定性的概述
核心稳定性的概述 1.核心稳定性内涵 核心稳定性通俗的说就是维持身体平衡的功能，通过腰部周围的组织和肌肉来维持腰椎的稳定和平衡，特别是在运动的过程中将腰部四周的肌肉组织进行协调进而保障脊柱的稳定性。换言之，核心稳定性就是在运动中保障身体处于一个稳定状态的能力，核心稳定性能够更好的促进躯干中心和肢体动作相互协调，有助于更好的完成运动和动作。核心稳定性训练主要是对人体腹部的肌肉进行锻炼，腹部深层的肌肉和盆骨、肩以及脊柱连接在一起，进而保障上下肢体动作和其他动作的协调性。其中值得我们关注的是，身体的主躯干区是核心力量的主要来源，所以为了控制这种力量就需要一个核心稳定，保障肢体动作能够有效、流畅的进行协调运动。除此之外，对核心肌肉进行有效控制对于降低因姿势不正确造成的危害有很好的促进作用。 2.核心稳定性的构成与功能 躯干深层的肌肉对维持腰部的稳定有非常重要的作用，这些肌肉主要包括了骨盆底肌、腹横肌、腹内斜肌以及腰多裂肌，这些肌肉能够达到稳定腰部的作用是通过共同收缩产生的力量和形成的腹内压力来完成的。椎旁肌与腰椎肌是稳定肌肉的主要动力，对腰椎有着直接对抗的作用，其作用的产生是身体在不运动或者是静止的情况下产生的，也就是静止和等距的肌肉收缩。躯干深层的肌肉是人们平时进行体育锻炼、活动的稳定系统，因此应当提高这些肌肉组织的力量耐力，提高肌肉组织功能。这些躯干深层肌肉虽然不用太强壮，但是必须要协调发展才能起到更好的作用。 国外相关专家在关于腰多裂肌的研究中指出，虽然在人体机能的协调发展中，腰衡肌和腰多裂肌并不是同步完成收缩的，但是根据力学效应的测试结果显示，二者之间具有一定程度上的同步现象，因此他们在研究中建议要重视二者中间的相互作用。虽然当前还没有相关临床研究能够证明，但是许多其他方面的研究从侧面证实，腹横肌以及腰多裂肌能够有效提供人体在做运动时的稳定性，肢体的稳定性是进行运动之前的前提条件，换句话说，腹横肌以及腰多裂肌在运动之前的启动顺序是有前有后的，因此这些肌肉的配合在时间方面有着严格的要求。 综上所述，核心稳定性对于人体的作用是很大的，特别是对于大学生来说，
实验七 前庭功能稳定性的测定
实验七前庭功能稳定性的测定 [目的] 掌握测定前庭器官功能稳定性的方法。 [原理] 当人的身体或头在空间作直线或旋转的变速运动时，由于直线加速和角加速度的变化，会使前庭器官受到刺激而兴奋，引起机体产生各种反射性反应。例如，姿势反射（肌紧张发生改变）、眼震颤、植物性功能反应（脉搏、血压、呼吸频率、汗腺活动，消化系统等功能变化）等。前庭感受器受到刺激强度愈大，这些反应也就表现得愈明显。经常地有系统的参加体育锻炼，可以有效地提高前庭器官功能的稳定性。也就是说，前庭器官受到较强的刺激时，其反应也较小。 [对象] 体育学院学生。 [器材] 旋转椅、血压计、听诊器、节拍器、秒表、皮尺、评分表。 [步骤] 1、观察植物性功能的反应。 （1）受试者坐在旋转椅上，平静3~5min，测其安静时的脉搏和动脉血压。 （2）受试者闭眼，头前倾30°以每2s1周的速度均匀地旋转10周（采用单方向的旋转）。旋转停止后，立即测出旋转后第一个10s的脉率和血压。 （3）根据旋转前后脉搏、血压的变化值按陆查诺夫（Лованов）和柏钦柯（N·П·Bайченко）所制定的前庭器官功能稳定性评分表来评定受试者的前庭器官功能的稳定性（表6-2） 注：1毫米汞柱＝0.133千帕 （4）评分表使用说明 ①根据受试者旋转前后10s脉搏和血压的差值来查评分表。例如，某受试者在安静时的脉搏是11次/10s，动脉血压是15.42/8.51kPa；旋转后的脉搏是13次/10s，动脉血压是16.22/8kPa也就是说，旋转后脉搏是增加2次，最高血压升0.8kPa，根据评分表上端的脉率变化以及表左边所表示的高血压的变化，可以查出脉搏在+2的一纵行数字
第二章、放电电极表面电子发射
第二章、放电电极的表面电子发射 第一章中主要介绍了放电气体中的电子产生、气体粒子的碰撞激发和碰撞电离过程。在气体放电中，阴极表面的电子发射，对气体放电过程起着重要作用。下面就电极表面的电子发射过程进行讨论。 我们先来看一下金属表面的电子所受电场力的作用。在原子体系中，核外电子受原子核场的库仑力的作用，其势能为： r Ze r U 02 16)(πε-= （2-1） 电子离原子核越近，势能越大（电子脱离原子核的引力需做的功越大），电子离原子核越远，势能越小（0)(→?∞→r U r ）。 在金属中也是如此，只是金属中的电子要受到多个按规则 排列的原子的场作用。金属表面的一个自由电子（能在金属中 自由移动的电子）受多个原子核场的同时作用，势能曲线如图 2.1。横轴x 轴垂直于金属表面，纵轴表示电子的势能； 0→?∞→U x 。金属中自由电子的最低能量为Wa -，能量 再低于Wa -的电子为束缚电子，束缚于金属原子内，不能在金 属中自由运动。在金属中自由电子的最高势能为φe -。虽然自 由电子可以在金属中自由运动，但不能脱离金属表面而成为空 间自由电子，这些电子只有从外界获得足够的能量（φe ）， 电子的动能才能超过金属表面势垒而脱离金属表面成为空间自 由电子。 金属内的自由电子从外部获得能量的主要途径有： 1、 加热金属-----热发射； 2、 用紫外或可见光照射金属表面---光致发射； 3、 外加电场---场致发射；离子、电子等轰击金属表面，将能量传递给金属中的电子-----二次电子发射。 一、热阴极发射 从前面金属表面的电子势能曲线可以看出：金属表面内自由电子的位能位于φe Wa --与范围内，所以φe Wa --至也称为导带。在导带中的电子具有的最大能量为φe -，若想让电子脱离金属表面成为空间自由电子，电子至少应从外部获得φe 的能量。φe -----功函数或逸出功。 导带中的自由电子的速度分布应满足玻尔兹曼分布： kT E e E n /)(?-∝? 其中 a W U E -=? （2-2）
实验二 典型系统动态性能和稳定性分析
实验二典型系统动态性能和稳定性分析一．实验目的 1．学习和掌握动态性能指标的测试方法。 2．研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。 二．实验内容 1．观测二阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 2．观测三阶系统的阶跃响应，测出其超调量和调节时间，并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。 三．实验步骤 1．熟悉实验装置，利用实验装置上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2，设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11和U8连成）。注意实验接线前必须对运放仔细调零（出厂已调好，无需调节）。信号输出采用U3单元的O1、信号检测采用U3单元的I1、运放的锁零接U3单元的G1。 2．利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。 3．改变该二阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统动态性能的影响。 4．利用实验装置上的模拟电路单元，参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2，设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路（如用U9、U15、U11、U10和U8连成）。 5．利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性，并测出其超调量和调节时间。 6．改变该三阶系统模拟电路的参数，观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。 7．分析实验结果，完成实验报告。 软件界面上的操作步骤如下： ①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1（“测试信号1”）作为被测对象的 信号发生端口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。 ②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验装置电源后，运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。
第五章 场致电子发射
第五章 场致电子发射 场致发射：依靠外加强电场压抑物体表面势垒，使势垒高度降低，势垒宽度变窄，这样物体内的电子通过隧道效应穿透过表面势垒而逸出。 优点：电流密度大，107A/cm 2，热发射，几百A/cm 2； 冷阴极（无须加热阴极） 问题：发射的稳定性，阴极寿命还未完全解决 产生强电场的方法： 1、 提高电压，发射体做成曲率半径很小的尖端形式。 2、 采用薄膜技术，缩短阴阳极间距离。 5.1 金属场致发射理论 一、与经典理论的矛盾 加速场：肖特基效应||'ε??ke e ?=，)||44.0exp( 0εT j j a = 1、 E 较强时，实验结果得出的电流大于上式 2、 E 较强时，低温时（T<1000K ），电流与温度无关 二、场致发射的定性解释 场致发射：)exp(2E B AE j E ?= A ，B 是与φ有关的常数 E x 大于Wa 的电子，仍有可能被势垒反射回金属内部 E x 小于Wa 的电子，也可能“穿透势垒”而逸出――隧道效应 势垒曲线a ：零场，理查生－德施曼方式（势垒无限宽，考虑偶电层力，镜像力） 曲线b ： 弱电场，肖特基效应（势垒高度降低，宽度变窄，只考虑了势垒高度的降低，是 弱电场的热发射。温度对发射的影响远大于电场对发射的影响） 微粒性 势垒很宽：热反射电子数目》遂穿电子数目 曲线c ：低温、强电场，隧道效应（势垒高度进一步降低，宽度变窄到电子波长数量级，隧道效应起主要作用，隧穿电子数目）热反射电子数目，j 可达108A/cm 2，T<1000K 场致发射， 温度对发射的影响则不大。） 波动性 曲线d ：极强电场，成本高，没有必要 隧道效应粒子能穿透比动能更高的势垒的现象，隧道效应是微观粒子具有波动性的表现，隧道效应对势垒宽度十分敏感 如一个α粒子穿过一个势垒：
酶的结构,功能,稳定性及其计算和应用
大题目:酶的结构，功能，稳定性及其计算和应用：从原子，分子到网络 1.纤维素酶的结构，功能，稳定性：实验（吕红） 2.纤维素酶的结构，功能，稳定性：计算（黄强，吕红） 3. b ａｍｏｇｕｉｓｈ的蛋白folding和高聚合：计算（韦广红吴？） 4.单分子酶动力学及其在细胞网络中的建模：（葛？钱纮） 5.小GTPase的酶动力学测量：实验（王志新） 6.纤维素酶的X-光结构与ｍｕｔａｔｉｏｎ（徐？吕红） 7.ｌａｃｏｐｅｒｏｎ的计算与实验比较（吕红葛？） 8.T4 lysozyme结构与稳定性的建模（吴？） 9.cAMP ｘｘｘ酶的结构与功能（余绍宁复旦化学系） 10.酶的动力学和核磁氢交换方法：实验（余绍宁王文宁） 11.酶的动力学和核磁氢交换方法的建模：计算（韦广红钱纮） 1.纤维素酶的结构，功能和稳定性实验和计算 九十年代，美国？大学的分子生物研究所开展了一个为期十年的“T4 lysozyme”项目，这个工作是由美国科学院院士Brian mottens带领，有几个组（例如科学院院士john schellman）参加的。这个为期十年之久，有多于十数篇nature和science论文结果的大项目的中心思想是要为酶的结构与其热稳定性，以及突变的关系进行一个系统的研究，从而为更为广泛的蛋白，酶的结构与稳定性以及功能提供一个“理想模型”。 但是，这个为期十年余的工作，有一个很大的问题。那就是它没有把酶的活性作为一个重要的研究对象，因此，整个T4 lysozyme项目虽然位蛋白的folding打了一个很好的实验基础，它的结果没有能够更为有效的在酶的工程和应用中起大作用。更为重要的是，整个T4 lysozyme项目没有能够把那“浩如烟海”的实验数据（主要是突变子的蛋白三维结构以及蛋白的热稳定性）用一个计算生物学的方法进行提高和总结。所以，T4 lysozyme的大量经验至今（查文献！！！）没有能为更多的蛋白工程服务。 在我国国内，从七十年代起，邹承鲁先生就一再提出酶的稳定性与功能的关系。邹先生的这一倡导是有很深刻的生物意义的：他指明光是研究蛋白（或酶）的结构与folding的关系是不够对真正的生物科学有重大贡献的，正像美国科学家John Hophield鲜明的指出的：若是只对生物系统中的过程的物理性质进行研究，但是不对过程的“生物功能”进行讨论，那么这样的研究只不过是在“海边玩沙子”——生物学家没有兴趣的。 我们对纤维素酶的研究证实在以上的大背景中进展的。由于我们的工程目的是纤维素酶在高温下的高活性，功能和热稳定性是我们最为关注的问题。通过突变和结构，我们希望能够建立一套计算的方法来预测突变引起的酶的高温下的活性，从酶的理论上来讲，我们的工作将是继承和发展T4 lysozyme项目和邹承鲁先生的工作，使之得以发扬和光大。 最简单的模型：最简单的数学模型假设只要酶是folded，它的活性是个常数，不跟着温度而改变，但是因为温度对酶的fold和unfold有影响，而unfold的酶是没有活性的（活性为零），因此我们能有 活性（Ｔ）＝ｆｏｌｄｅｄ酶活性＊ｆｒａｃｔｉｏｎｆｏｌｄｅｄ＋０＊ｆｒａｃｔｉｏｎｆｏｌｄｅｄ 而其中ｕｎｆｏｌｄｅｄ／ｆｏｌｄｅｄ＝Ｋ（Ｔ）是ｆｏｌｄｉｎｇ－ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ的平衡常数：ＲＴＬＮＫ（Ｔ）＝△Ｇ 在以上的模型中我们假设了ｆｏｌｄｅｄ酶的活性是与温度无关的。这个假设是不够准确的，为了更好的深化我们的模型，我们有兴趣研究ｆｏｌｄｅｄ酶的活性是怎么样跟着温度
场致发射材料的应用与发展解析
场致发射材料的应用与发展 纪石，021131028，化学系 场致发射材料简介 场致发射材料就是在外加真空电场的作用下会释放出电子的材料。电子逃离物体表面受到向内的作用力，即表面势垒。假定材料中的电子分布服从费米-狄拉克统计，能量高于费米能级的电子数量几乎为零。若费米能级低于表面势垒则没有电子能够逃离物体的表面，费米能级与表面势垒之差值称为功函。若使电子逃离表面，一方面可以提高温度以提高费米能级克服功函，这就是常见的热阴极技术；另一方面可以外加真空电场，降低表面势垒，就是场致发射技术。 图1是某种场发射材料的 发射电流-真空电压曲线[1]。由 图中曲线可看出，当电压在很低 时（<60V），发射电流几乎为零， 而且存在一个栅压阈值（～ 80V），当外加电压大于这个阈 值时，发射电流急剧升高。栅压 阈值随材料的不同而不同，是表图1某种场发射材料的i-v曲线征场致发射材料的最重要的物理参数。几十年来，人们不断的发现与合成新的场致发射材料，都在追求着更低的栅压阈值。除此之外，材料的物理化学稳定性，加工方法，成本价格都在考虑之列。最早最常用的是具有常温抗氧化能力、高熔点的过度元素金属。 场致发射材料的应用 场致发射材料的主要应用方面有平板显示器以及其他需要电子发射器件的仪器，如电子显微镜等。在平板显示器上的应用甚至是带动了几乎全部的场致发射材料的研究。在原理上，以场致发射材料代替传统的CTR技术的热阴极作为电子发射源，即为场致发射显示器（FED）。 最早进行场致发射显示器（FED）开发的是法国的Pixtech公司，现在技术已经比较成熟，并且已经投入市场，初步具有一定的市场规模。
生态系统的结构功能和稳定性含解析
专题强化练(十五) 生态系统的结构、功能和稳定性 时间:45分钟 一、选择题 1.(2019山东潍坊模拟)下列有关生态系统的成分的叙述,正确的是( ) A.绝大多数动物属于消费者,其中食草动物属于初级消费者 B.细菌都属于分解者 C.自养生物都能进行光合作用,是生态系统的主要成分 D.生产者都是植物 ,少数的动物属于分解者,食草动物属于初级消费者,A项正确;有些细菌是生产者,如硝化细菌,B项错误;自养生物不一定都能进行光合作用,如硝化细菌等进行化能合成作用,C项错误;硝化细菌是生产者,但不是植物,D项错误。 2.(2019河南商丘模拟)下列关于营养级的叙述,错误的是( ) A.处于同一营养级的动物不一定是一个种群 B.食物链的营养级一般超过5个 C.同一种动物可同时占几个营养级 D.食物链和食物网是生态系统内能量流动分析的基础 ,A项正确;由于能量在食物链中单向传递,且传递效率为10%~20%,故营养级一般不超过5个,B项错误;同一种动物在不同的食物链中,可能占有不同的营养级,C项正确;食物链和食物网是生态系统内能量流动分析的基础,D项正确。
3.(2019北京朝阳模拟)如图为黄州赤壁公园某一小树林中部分生物成分之间的关系,下列说法正确的是( ) A.虫的体色与栖息环境相近,这体现出生物影响环境 B.图中包含多条食物链,其中一条食物链是植物→虫→鸟→细菌 C.阳光、空气等非生物成分,加上该树林全部生物就构成了一个生态系统 D.图中的细菌、真菌都是原核生物,植物、虫、鸟都是真核生物 ,这体现出生物适应环境,而不是生物影响环境,A项错误;食物链不包括分解者,因此图中只有1条食物链,即植物→虫→鸟,B项错误;该树林中的全部生物加上阳光、空气等非生物成分,就构成了一个生态系统,C项正确;细菌是原核生物,真菌是真核生物,D项错误。 4.(2019吉林长春模拟)如图表示某陆地生态系统的食物网,下列有关叙述错误的是( ) A.图中所有生物不能构成一个生物群落 B.虫获得的能量约占草能量的10%~20% C.蛇和鹰之间的种间关系是捕食和竞争 D.鹰获取能量最多的食物链是草→鼠→鹰 ,缺少分解者,不能构成生物群落,A项正确;生态系统中能量在两个营养级之间的传递效率是10%~20%,图中草是第一营养级,虫、鼠、鹿一共从草中获得其能量的
“多重稳定性”的内涵及功能
“多重稳定性”的内涵及功能 “多重稳定性”（Multistability ）概念作为后现象学的奠基性概念，具有十分重要的理论地位和研究价值，然而这种关键作用在研究过程中时常被忽视。“多重稳定性”概念作为现象学的“堤坝”，不仅防止了后现象学滑向主客二分和基础主义，而且维系着人的知觉构建以及人与技术关系的构建。多重稳定性概念是理解知觉转化方式的有效工具，其内涵经历了一个发展过程。“多重稳定性”在不同研究中的差异性，使得“多重稳定性”概念的梳理工作变得尤为必要。 标签：多重稳定性；意向性调节；变项 “多重稳定性”一直是一个十分重要的现象学研究工具，但其研究价值始终未得到应有的重视。后现象学学者Kyle Whyte 在4S 年会上做了题为《何为多重稳定性》的演讲，重申了“多重稳定性”概念的重要意义，为后现象学研究开辟了新路径。“多重稳定性”概念因其研究分支的以及使用情境的不同，而容易产生理解上的偏差，这就需要将概念的梳理工作放置在相应的研究环境之中。 1“多重稳定性”概念的发展及扩展 伊德的“多重稳定性”（Multistability）概念受胡塞尔本质变项（variations）理论的启发，成为一种理解人知觉世界的新框架。依据Kyle Whyte在4S会议中作出的有关“多重稳定性”概念的讨论，可以总结出“多重稳定性”概念的发展脉络，即由知觉体验扩展为常规性问题（normative concern）的研究，其内涵也随着研究视角的转变而发生一定程度的变化。通过对“多重稳定性”概念的分析，不但能够凸显其理论优势，而且能够保有“多重稳定性”核心内蕴的清晰性，同时对概念的偏离做出及时调整。 知觉体验是对技术转译了的图像与声音的感知，常规性研究则围绕”多重稳定性与常规性问题间联系的构建”而展开。此研究方向主要聚焦在“多重稳定性”帮助理解科学与技术公共问题的能力上。在此种发展路径中，“多重稳定性”不但改变了通过伦理解释来关照常规性问题的处理方式；同时通过后现象学的跨学科对话拓宽了“多重稳定性”的应用范围。 知觉体验方面的研究主要集中在伊德关于感知的“多重稳定性”的研究中；而规范性问题的讨论多集中在实践“多重稳定性”上。伊德在其书中指出，表明应当寻找“生活世界的维度（life world dimension）”来完成“多重稳定性”的研究。 2知觉体验的“多重稳定性” 伊德在《技术与生活世界》一书中对“多重稳定性”的讨论主要集中在经验的知觉层面，与伊德早期对于此概念的描述相比，这一时期的“多重稳当定性”具有了更清晰的界定和功能。“多重稳定性”概念源于伊德的《经验现象学》，旨在描述对同一图像连贯的视觉错觉，认为图像可以依据观察视角而做出不同解读。他
生态系统的结构、功能与稳定性
2016年高考圈题（生物）新课标I卷 题组1 生态系统的结构、功能与稳定性 （一）考法解法 【命题特点分析】 本部分属于每年高考常考内容，选择题及非选择题形式均有，主要考察考生对生态系统相关知识的理解及贯通程度，难度系数在0.5-0.6之间；考查重点为种群特征与种群数量增长规律、群落结构与演替、生态系统/食物链/食物网及其物质循环和能量流动（特别是能量流动图解分析与相关计算问题）、生物多样性的内涵及其保护措施。试题多以图表、实验形式进行考查，考查的内容多种多样。既注重对主干知识的考查，又重点考查“双基”和实验能力。 【解题方法荟萃】 解决该部分试题，需要从以下几个方面着手考虑： 1、种群特征与种群数量增长规律 (1)种群的特征 种群的概念：种群是在一定的自然区域内同种生物的全部个体。 种群的数量特征： 项目定义特点或意义 种群密度单位空间内某种种群的个体数量（1）不同物种，种群密度不同 （2）同一物种，种群密度可变 出生率、死亡率单位时间内新出生或死亡的个体数占 该种群个体总数的比率 决定种群大小和种群密度 迁入率、迁出率单位时间内迁入或迁出的个体数占该种群个体总数的比率 年龄组成一个种群中各年龄期的个体数目的比 例 (1) 类型： （2）意义：可预测种群数量变化趋势性别比例种群中雌雄个体数目的比例在一定程度上影响种群密度 种群的空间特征： 含义：种群中的个体在其生活空间中的位置状态或布局 增长型稳定型衰退型
类型：均匀分布、随机分布和集群分布（2）种群的数量变化—种群数量增长的两种模型 （3）种群密度的估算方法
2、群落的概念与结构 群落概念：同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合 种间关系：捕食、竞争、寄生、互利共生 群落的空间结构： 垂直结构水平结构现象分层现象常呈镶嵌分布 决定因素植物：阳光 动物：栖息空间和食物环境因素：地形变化、土壤湿度、盐碱度的差异及光照强度不同 生物因素：生物自身生长特点不同以及人和动物的影响 群落演替：
系统稳定性意义以及稳定性的几种定义
系统稳定性意义以及稳定性的几种定义 一、引言： 研究系统的稳定性之前，我们首先要对系统的概念有初步的认识。 在数字信号处理的理论中，人们把能加工、变换数字信号的实体称作系统。由于处理数字信号的系统是在指定的时刻或时序对信号进行加工运算，所以这种系统被看作是离散时间的，也可以用基于时间的语言、表格、公式、波形等四种方法来描述。从抽象的意义来说，系统和信号都可以看作是序列。但是，系统是加工信号的机构，这点与信号是不同的。人们研究系统还要设计系统，利用系统加工信号、服务人类，系统还需要其它方法进一步描述。描述系统的方法还有符号、单位脉冲响应、差分方程和图形。 电路系统的稳定性是电路系统的一个重要问题，稳定是控制系统提出的基本要求，也保证电路工作的基本条件；不稳定系统不具备调节能力，也不能正常工作，稳定性是系统自身性之一，系统是否稳定与激励信号的情况无关。对于线性系统来说可以用几点分布来判断，也可以用劳斯稳定性判据分析。对于非线性系统的分析则比较复杂，劳斯稳定性判据和奈奎斯特稳定性判据受到一定的局限性。 二、稳定性定义： 1、是指系统受到扰动作用偏离平衡状态后，当扰动消失，系统经过自身调节能否以一定的准确度恢复到原平衡状态的性能。若当扰动消失后，系统能逐渐恢复到原来的平衡状态，则称系统是稳定的，否则称系统为不稳定。 稳定性又分为绝对稳定性和相对稳定性。 绝对稳定性。如果控制系统没有受到任何扰动，同时也没有输入信号的作用，系统的输出量保持在某一状态上，则控制系统处于平衡状态。 （1）如果线性系统在初始条件的作用下，其输出量最终返回它的平衡状态，那么这种系统是稳定的。 （2）如果线性系统的输出量呈现持续不断的等幅振荡过程，则称其为临界稳定。（临界稳定状态按李雅普洛夫的定义属于稳定的状态，但由于系统参数变化等原因，实际上等幅振荡不能维持，系统总会由于某些因素导致不稳定。因此从工程应用的角度来看，临界稳定属于不稳定系统，或称工程意义上的不稳定。） （3）如果系统在初始条件作用下，其输出量无限制地偏离其平衡状态，这称系统是不稳定的。 实际上，物理系统的输出量只能增大到一定范围，此后或者受到机械制动装置的限制，或者系统遭到破坏，也可以当输出量超过一定数值后，系统变成非线性的，从而使线性微分方程不再适用。因此，绝对稳定性是系统能够正常工作的前提。
第五章稳定性分析
第五章：控制系统的稳定性分析 3.3.5 控制系统的稳定性分析 ?稳定性的概念 ?线性系统稳定的充要条件 ?线性系统稳定的必要条件 ?代数判据（一般情况，特殊情况，劳斯，赫尔维茨） ?劳斯判据的应用（确定稳定域判断稳定性，求系统的极点，设计系统中的参数 3.3.5.1 稳定性的概念 分析小球平衡点的稳定性 定义：若线性控制系统在初始扰动的影响下，其过渡过程随着时间的推移逐渐衰减并趋向于零，则称该系统为渐近稳定，简称稳定。反之，若在初始扰动 的影响下，系统的过渡过程随时间的推移而发散，则称该系统不稳定。
3.3.5.2线性系统稳定性的充要条件 设系统的微分方程模型为： 分析系统的稳定性是分析在扰动的作用下，当扰动消失后系统是否能回到原来的平衡状态的性能，亦系统在作用下的性能，亦与系统的输入信号无关，只与 系统的内部结构有关。对上述微分方程描述的系统亦只与等式的左端有关，而与右端无关，亦：系统的稳定性是由下列齐次方程所决定： 其稳定性可转化为上述齐次方程的解c(t)若则系统稳定， 则 系统不稳定。分析齐次方程的解的特征。 由微分方程解的知识，上述方程对应的特征多项式为： 设该方程有k个实根（i＝1，2，…k） r对复根（i＝1，2，…r） k＋2r＝n 且各根互异（具有相同的根时分析方法相同，推导稍繁琐） 则上述齐次方程的一般解为： 其中为常数，由式中的决定，分析可见：只有当 时，否则。
注：只能是小于零，等于或大于均不行。等于零的情况为临界稳定，属不稳定。综: 线性系统稳定的充要条件（iff）是： 其特征方程式的所有根均为负实数或具有负的实部。 亦：特征方程的根均在根平面（复平面、s平面）的左半部。 亦：系统的极点位于根平面（复平面、s平面）的左半部。 从上面的充要条件可以看出：系统稳定性的判断只需计算上系统的极点，看其在s平面上的位置，勿需去计算齐次方程的解（当系统复杂时的计算可能很繁），勿需去计算系统的脉冲响应。 3.3.5.3 线性系统稳定的必要条件 设系统特征方程式中所有系数均为实数，并设（若，对特征方程两端乘（－1）），可以证明上述特征方程中所有系数均大于零（即）是该特征方程所有根在s平面的左半平面的必要条件。也就是说，（）特征根有可能在左半s平面，否则（）特征根中有在虚轴上或右半平面的。 证明： 设 有n个根 k个实根（i＝1，2，…k） r对复根（i＝1，2，…r） k＋2r＝n
(完整word版)前庭功能稳定性的测定
前庭功能稳定性的测定 [实验目的] 掌握前庭器官功能稳定性的测定方法。 [实验原理] 当人的身体或头在空间作直线或旋转的变速运动时，由于产生的直线加速度或角速度的变化，引起前庭感受器的兴奋，从而产生机体在空间的位置感觉与变速感觉，并产生许多反射性反应。如姿势反射、眼震颤、植物性功能反应等。前庭感受器受到刺激的强度愈大，这些反应愈明显。如果前庭功能的稳定性较好或经常参加体育运动，可提高前庭功能稳定性，其反应程度较小。 [实验步骤] 让受试者坐在产生角加速度变化的转椅上，头前倾30°，使水平半规管处于完全水平位置，转动转椅，使受试者被动接受加速度运动的刺激。根据前庭器官受到刺激所引起的反应程度来判断其功能稳定性水平。 1、观察躯体运动性反应 （1）在旋转椅前方正中的地面上划一条长6m的直线 （2）受试者坐在转椅上闭眼，头前倾30°，以每2s一周的旋转速度均匀地旋转10周。（3）旋转停止后，受试者立即抬头睁眼，并站立起来沿直线行走，尽力控制自己沿直线行走到6m处。 （4）检测者要注意受试者行走的足印，量出脚印偏离正中线的距离，并注意偏倒的方向。（5）结果评定 ①能沿正中直线正常行走或偏离不超过0.25m者，属于稳定性好，评5分。 ②偏离正中直线不超过0.5m走完6m者，评4分。 ③偏离正中直线不超过1m走完6m者，评3分。 ④旋转停止后，2s内站不起来，或行走时偏离正中直线1m以上者，属于稳定性不好，评为不及格。 2、观察眼震颤 （1）受试者坐在转椅上闭眼，头前倾30°，以每2s一周的旋转速度均匀地旋转10周。（2）旋转停止后，受试者立即抬头睁眼，注视树立在脸前方（15-20cm）的目标（手指或小棍）。检测者同时开动秒表观察和记录受试者眼震颤的持续时间。 （3）结果评定 ①正常人旋转停止后，眼震颤持续时间为15-40秒。 ②前庭器官功能减退者，旋转停止后眼震颤消失或减弱，或持续时间过短。 ③前庭器官功能亢进者，旋转停止后眼震颤持续时间延长，并伴有眩晕或恶心呕吐等症状。[注意事项] （1）严格控制转速。 （2）进行运动性反应观察时，受试者只能行走，不能跑进。检测者要做好保护，但不能扶其行走。 [实验结果与评定]