常用半導(dǎo)體器件及應(yīng)用

第8章常用半導(dǎo)體器件及應(yīng)用8.1半導(dǎo)體二極管8.2穩(wěn)壓二極管8.3發(fā)光二極管8.4二極管的應(yīng)用舉例(半波整流)8.5晶體三極管8.6三極管的應(yīng)用舉例8.1半導(dǎo)體二極管8.1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.本征半導(dǎo)體自然界的物質(zhì)按其導(dǎo)電性能分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。半導(dǎo)體的主要性質(zhì)有對光、電、熱的敏感性和摻雜性。純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱之為本征半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中有控制的摻人特定的雜質(zhì)可以改變它的導(dǎo)電性，這種半導(dǎo)體被稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中，摻人五價兀索(如磷元素)使晶體中某些原子被雜質(zhì)原子所代替，形成N型半導(dǎo)體。下一頁返回8.1半導(dǎo)體二極管3.PN結(jié)通過現(xiàn)代工藝，把一塊本征半導(dǎo)體的一邊形成P型半導(dǎo)體，另一邊形成N型半導(dǎo)體，這兩種半導(dǎo)體的交界處就形成了PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。?dāng)PN結(jié)外加正向電壓(外加正向電壓的正極接P區(qū)一側(cè)，負(fù)極接N區(qū)一側(cè))，形成較大的正向電流時，PN結(jié)呈現(xiàn)很小的正向電阻，PN結(jié)導(dǎo)通;當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓(外加反向電壓的正極接N區(qū)一側(cè)，負(fù)極接P區(qū)一側(cè))，反向電流很小時，PN結(jié)呈現(xiàn)很大的反向電阻，PN結(jié)截止。上一頁下一頁返回8.1半導(dǎo)體二極管8.1.2半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號將PN結(jié)的兩端加上相應(yīng)的電極引線和管殼，就制成了半導(dǎo)體二極管，它的電路符號如圖8-1(c)所示。其中三角形表示P區(qū)，為陽極;粗短線表示N區(qū)，為陰極。半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為點接觸型和面接觸型兩類，如圖8-1(a)和(b)所示。8.1.3半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦援?dāng)外加正向電壓時，二極管導(dǎo)通。導(dǎo)通時，二極管的正向壓降幾乎為零，二極管相當(dāng)于短路。當(dāng)外加反向電壓時，二極管截止。截止時，二極管的反向電流幾乎為零，二極管相當(dāng)于開路。上一頁下一頁返回8.1半導(dǎo)體二極管8.1.4半導(dǎo)體二極管的伏安特性二極管中通過的電流隨管子兩端施加的電壓變化的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線，如圖8-2所示。二極管的伏安特性由三部分組成。(1)正向特性。在正向特性的起始部分，當(dāng)外加正向電壓很低時，外電場不能克服PN結(jié)的內(nèi)電場，這個時候正向電流很小，幾乎為零當(dāng)正向電壓超過一定的數(shù)值后，內(nèi)電場被大大削弱，電流增長很快。上一頁下一頁返回8.1半導(dǎo)體二極管這個一定數(shù)值的正向電壓稱為門坎電壓Uth(又稱死區(qū)電壓).其大小與材料及環(huán)境溫度有關(guān)。通常硅管的門坎電壓約為0.5V.鍺管的約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓值時.正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大.二極管正向電阻變得很小。當(dāng)二極管完全導(dǎo)通后.正向壓降基本維持不變一般硅管的約為0.6-0.8V,鍺管的約為0.2-0.3V。

(2)反向特性。在二極管加上反向電壓時.由于少數(shù)載流子漂移運動.形成很小的反向電流。反向電流的大小與反向電壓的高低無關(guān).故通常稱它為反向飽和電流。如果溫度升高.由于少數(shù)載流子增加.反向電流將隨之急劇增加一般硅管的反向電流要比鍺管的小得多。上一頁下一頁返回8.1半導(dǎo)體二極管（3）反向擊穿特性。當(dāng)反向電壓增加到一定的數(shù)值時，強電場將PN結(jié)擊穿，反向電流突然急劇增加，二極管失去單向?qū)щ娦裕@種現(xiàn)象稱為二極管反向擊穿，這個數(shù)值的反向電壓稱為反向擊穿電壓UBR。普通二極管被擊穿后，往往因電流過大管子過熱而損壞，不能再恢復(fù)原來的工作性能。8.1.5半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的參數(shù)規(guī)定了二極管的性能指標(biāo)和適用范圍.是使用時的主要依據(jù)。下面介紹二極管的幾個主要參數(shù)。上一頁下一頁返回8.1半導(dǎo)體二極管①最大整流電流IFM。它是指二極管長期運行時，允許通過的最大正向電流，它由PN結(jié)的面積和散熱條件決定。②最高反向工作電壓URM。它是指保證二極管不被擊穿的反向電壓，為了安全運行一般手冊中規(guī)定為反向擊穿電壓的一半。③最大反向電流IRM。它是指在二極管上加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流越小，說明管子的單向?qū)щ娦阅茉胶谩Ｉ弦豁摲祷?.2穩(wěn)壓二極管8.2.1穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管是用特殊工藝制造的面接觸型硅二極管，因為它具有穩(wěn)定電壓的功能，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管的電路符號及伏安特性曲線如圖8-4所示。由圖可見，穩(wěn)壓管的正向特性曲線與普通二極管的相似，而反向擊穿特性曲線比較陡，穩(wěn)壓管正是工作于特性曲線的反向擊穿區(qū)域。當(dāng)反向電壓大到某一個數(shù)值時反向電流急劇增大，穩(wěn)壓管被反向擊穿，但這種擊穿不是破壞性的，只要在電路中串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?，就能保證穩(wěn)壓管不因過熱而燒壞。在擊穿狀態(tài)下，流過管子的電流在很大范圍內(nèi)變化時，管子兩端的電壓幾乎不變，利用這一特點可以達到穩(wěn)壓的目的。下一頁返回8.2穩(wěn)壓二極管8.2.2穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電流是穩(wěn)壓管正常工作時的額定電流。工作電流小于IZ時，穩(wěn)壓效果較差;工作電流大于IZ時.在不超過穩(wěn)壓管額定功耗的條件下，工作電流越大，穩(wěn)壓效果越好，只是管子的功耗增加。2.穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)定電壓是穩(wěn)壓管工作電流為規(guī)定值時穩(wěn)壓管兩端的電壓，也就是反向擊穿電壓。因制造工藝不易控制，同型號管子的穩(wěn)定電壓也有少許差別。上一頁下一頁返回8.2穩(wěn)壓二極管3.動態(tài)電阻rZ動態(tài)電阻是穩(wěn)壓管上電壓變化量與電流變化量之比，即。動態(tài)電阻越小，反向擊穿特性曲線越陡.穩(wěn)壓效果越好。rZ的數(shù)值通常在幾歐至幾十歐之間，隨工作電流不同而變化.電流越大，rZ越小。4.額定功耗Pz在管子不致于過熱損壞前提下的最大功率損耗值5.穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)αT描述穩(wěn)定電壓對于溫度的敏感程度。αT越小.穩(wěn)定電壓受溫度影響越小.管子的性能也越好上一頁返回8.3發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊二極管，它在二極管的正向特性區(qū)工作。當(dāng)發(fā)光二極管通過一定的正向電流時，由于電子與空穴直接復(fù)合放出能量，發(fā)出一定波長的可見光。根據(jù)制作材料不同.如砷化鎵、磷砷化鎵、磷化鎵等.能分別發(fā)出紅、黃、綠等顏色的光。發(fā)光二極管的正向工作電壓約為2V工作電流一般為幾個毫安到幾十毫安之間。發(fā)光二極管的工作電壓低，功耗小，體積小，響應(yīng)速度快。它主要用作指不燈，除單個使用外，也常做成七段式和矩陣式，作為數(shù)字、文字和圖形顯不器件。它的電氣符號如圖8-5所示，外形除圓形外，還有矩形、三角形等。返回第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)的概念1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.3操作系統(tǒng)的功能1.4操作系統(tǒng)的特征1.5操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)1.6常用操作系統(tǒng)介紹1.7操作系統(tǒng)的幾種觀點1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.1計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)就是按照人的要求接收和存儲信息，自動進行數(shù)據(jù)處理和計算，并輸出結(jié)果信息的機器系統(tǒng)。它是一個相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，即使是目前非常普及的個人計算機也是如此。計算機系統(tǒng)擁有豐富的硬件、軟件資源，操作系統(tǒng)要對這些資源進行管理。一個計算機系統(tǒng)由硬件（子）系統(tǒng)和軟件（子）系統(tǒng)組成。其中，硬件系統(tǒng)是借助電、磁、光、機械等原理構(gòu)成的各種物理部件的有機結(jié)合，它構(gòu)成了系統(tǒng)本身和用戶作業(yè)賴以活動的物質(zhì)基礎(chǔ)和工作環(huán)境；計算機硬件通常是由中央處理機（運算器和控制器）、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等部件組成。軟件系統(tǒng)是各種程序和文件，用于指揮整個系統(tǒng)按照指定的要求進行工作。下一頁

返回1.1操作系統(tǒng)的概念現(xiàn)代計算機不再簡單地被認(rèn)為是一種普通的電子設(shè)備，它是一種進行計算或者控制那些可以表示為數(shù)字或者邏輯形式的操作的設(shè)備。近年來，大型計算機系統(tǒng)的模型呈現(xiàn)為層次式結(jié)構(gòu)，即將一個操作系統(tǒng)分為若干層次。圖1-1所示是一般的計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。從層次結(jié)構(gòu)中可以看出，最外層是各種用戶，最底層是硬件系統(tǒng)。人與硬件系統(tǒng)的接口是軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)大致可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件如操作系統(tǒng)、編輯軟件、多種語言處理程序（匯編和編譯程序等）、連接裝配程序、系統(tǒng)實用程序、多種工具軟件等；應(yīng)用軟件是為應(yīng)用編制的程序，諸如財務(wù)系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、航空訂票系統(tǒng)等。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念一臺沒有任何軟件支持的計算機稱為裸機(baremachine)，它只是構(gòu)成了計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而實際呈現(xiàn)在用戶面前的計算機系統(tǒng)是經(jīng)過若干層軟件改造的計算機。計算機的硬件和軟件以及應(yīng)用之間是一種層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。裸機在最里層，覆蓋在裸機上的第一層軟件是操作系統(tǒng)，經(jīng)過操作系統(tǒng)提供的資源管理功能和方便用戶的各種服務(wù)功能把裸機改造成為功能更強、使用更為方便的機器，通常稱之為虛擬機(virtualmachine)或擴展機(extendedmachine)，而各種應(yīng)用程序運行在操作系統(tǒng)之上，它們以操作系統(tǒng)作為支撐環(huán)境，同時又向用戶提供完成其作業(yè)所需的各種服務(wù)。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念1．計算機硬件簡介操作系統(tǒng)管理和控制計算機系統(tǒng)中的所有軟硬件資源。由計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)可以看出，操作系統(tǒng)是一個運行在硬件之上的系統(tǒng)軟件，因此有必要對運行操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境有所了解。計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求構(gòu)成一個有機整體，為計算機軟件運行提供物質(zhì)基礎(chǔ)。簡而言之，計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行程序把數(shù)據(jù)加工成可以利用的形式。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念構(gòu)成計算機的基本硬件元素有4種：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。從外觀上來看，微機由主機箱和外部設(shè)備組成。主機箱內(nèi)主要包括CPU、內(nèi)存、主板、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、各種擴展卡、連接線、電源等；外部設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器、音箱等，這些設(shè)備通過接口和連接線與主機相連。運算器能進行加、減、乘、除等基本運算。存儲器不僅能存放數(shù)據(jù)，而且能存放指令，計算機能區(qū)分是數(shù)據(jù)還是指令?？刂破髂茏詣訄?zhí)行指令。操作人員能通過輸入、輸出設(shè)備和主機進行通信。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念(1)運算器：是計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器，處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。運算器的處理對象是數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)長度和計算機數(shù)據(jù)表示方法對運算器的性能影響極大。運算器由算術(shù)邏輯單元(ALU)、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器組成，它是數(shù)據(jù)加工處理部件。相對控制器而言，運算器接受控制器的命令而進行操作，即運算器所進行的全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的，所以它是執(zhí)行部件。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念(2)控制器：是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。根據(jù)事先給定的命令發(fā)出控制信息，使整個計算機指令執(zhí)行過程一步一步地進行，是計算機的神經(jīng)中樞?？刂破鞯闹饕δ苁牵簭膬?nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置；對指令進行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作；指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入／輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。(3)存儲器：是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。按用途存儲器可分為主存儲器（內(nèi)存）和輔助存儲器（外存）。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)就會丟失。主存儲器與運算器、控制器等部件直接交換信息。(4)輸入設(shè)備：是向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備，是計算機與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。輸入設(shè)備是用戶和計算機系統(tǒng)之間進行信息交換的主要裝置之一。鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸入板、游戲桿、語音輸入裝置等都屬于輸入設(shè)備。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念輸入設(shè)備(inputdevice)是人或外部與計算機進行交互的一種裝置，用于把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序輸入計算機中?，F(xiàn)在的計算機能夠接收各種各樣的數(shù)據(jù)，既可以是數(shù)值型的數(shù)據(jù)，也可以是各種非數(shù)值型的數(shù)據(jù)，如圖形、圖像、聲音等都可以通過不同類型的輸入設(shè)備輸入計算機中，進行存儲、處理和輸出。(5)輸出設(shè)備：用于將計算機中的數(shù)據(jù)或信息輸出給用戶，是人與計算機交互的一種部件。它把各種計算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念自從計算機誕生以來，硬件在計算機系統(tǒng)成本中一直占主要比重，直到進入20世紀(jì)80年代才開始發(fā)生明顯的變化。由于軟件在計算機系統(tǒng)中的地位日趨重要，其開發(fā)成本也越來越高，從而使得它在計算機系統(tǒng)成本中的比重迅速提高，進入20世紀(jì)90年代已逐漸與硬件平分秋色。從計算機硬件角度看，主機部分無論從重要性還是從成本來看，其主導(dǎo)地位一直保持到20世紀(jì)70年代中期。后來，作為計算機的“手足”“感官”和“數(shù)據(jù)倉庫”的外圍設(shè)備的重要性日益增長，新型高性能品種不斷涌現(xiàn)，加上數(shù)據(jù)庫技術(shù)的成熟要求輔助存儲器的容量越來越大，從而使得外圍設(shè)備在硬件成本中的比重越來越大。特別是由于輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，人同計算機的界面越來越友好。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念2．計算機軟件計算機軟件是指計算機系統(tǒng)中的程序及其文檔。程序是計算任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述；文檔是為了便于了解程序所需的闡明性資料。程序必須裝入機器內(nèi)部才能工作，文檔一般是給人看的，不一定裝入機器。軟件是用戶與硬件之間的接口界面。用戶主要通過軟件與計算機進行交流。軟件是計算機系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù)。為了方便用戶，為了使計算機系統(tǒng)具有較高的總體效用，在設(shè)計計算機系統(tǒng)時，必須從整體上考慮軟件與硬件的結(jié)合，以及用戶的要求和軟件的要求。計算機軟件總體分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.2操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)(operatingsystem，OS)是由一系列程序模塊組成的，它的基本功能是資源管理和方便用戶管理中央處理器、內(nèi)存、I/O設(shè)備和文件，提供用戶接口。操作系統(tǒng)就是告訴用戶操作系統(tǒng)內(nèi)外部的工作原理，包括操作系統(tǒng)內(nèi)外部的工作過程、結(jié)構(gòu)、界面，以及相應(yīng)的技術(shù)、理論、概念、算法等。操作系統(tǒng)是裸機之上的第一層軟件。操作系統(tǒng)是控制其他程序運行，管理系統(tǒng)資源并為用戶提供操作界面的系統(tǒng)軟件的集合。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念它管理系統(tǒng)資源的使用和各種應(yīng)用程序的活動。其主要功能有兩個：第一，為程序開發(fā)和執(zhí)行提供一個方便的環(huán)境；第二，為保證計算機系統(tǒng)順利執(zhí)行，操作系統(tǒng)對各個計算機活動進行調(diào)度。操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展是與計算機硬件的發(fā)展密切相關(guān)的。隨著CPU的速度越來越快，它與機械設(shè)備在速度上越來越不匹配，由此推動了批處理系統(tǒng)的產(chǎn)生。以后出現(xiàn)的通道和中斷機構(gòu)，又推動了多道程序系統(tǒng)的產(chǎn)生。以后又相繼出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、個人機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)這類系統(tǒng)軟件有自己的基本特征，即并發(fā)、共享和異步性。在操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度、管理下，各種實體充分并行，而且安全地共享資源，約束和協(xié)調(diào)彼此間的關(guān)系。操作系統(tǒng)提供了大量的服務(wù)，在最底層是系統(tǒng)調(diào)用，它允許正在運行的程序直接得到操作系統(tǒng)的服務(wù)；在較高層，命令解釋程序為用戶提供請求服務(wù)的機制，而不必編寫程序。這些命令可來自卡片（批處理）或直接來自終端（交互式或分時系統(tǒng)）。系統(tǒng)程序提供了滿足用戶請求的另一種機制。在高層是圖形界面，用戶利用鼠標(biāo)、窗口、菜單、圖標(biāo)等圖形工具可方便有效地進行軟件開發(fā)和系統(tǒng)管理等工作。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念綜上所述，操作系統(tǒng)可以定義為：操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的系統(tǒng)軟件，能有效地組織和管理計算機系統(tǒng)中的各種軟硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制協(xié)調(diào)多個任務(wù)的活動，實現(xiàn)信息的存取保護，并向用戶提供各種服務(wù)功能，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。上一頁

返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的形成迄今已有50余年的時間，在20世紀(jì)50年代中期出現(xiàn)了第一個簡單的批處理操作系統(tǒng)，到20世紀(jì)60年代中期產(chǎn)生了多道批處理操作系統(tǒng)，不久又出現(xiàn)了基于多道程序的分時系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代是微機操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)形成和大發(fā)展的時代。此后，分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。1.2.1操作系統(tǒng)的形成階段1．手工操作階段第一代計算機時期，構(gòu)成計算機的主要元器件是電子管，計算機運算速度慢，沒有操作系統(tǒng)，甚至沒有任何軟件。這時的計算機操作是由用戶（即程序員）采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng)，由手工控制作業(yè)的輸入輸出，通過控制臺開關(guān)啟動程序運行。下一頁

返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展到20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了穿孔卡片和紙帶，程序員將事先已穿孔（對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù)）的紙帶（或卡片）裝入紙帶輸入機（或卡片輸入機），再啟動它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機，然后啟動計算機運行。當(dāng)程序運行完畢并取走計算結(jié)果后，才允許下一個用戶上機操作。手工操作階段，計算機的工作過程如圖1-2所示。手工操作階段計算機的特點如下：

(1)用戶獨占CPU和系統(tǒng)所有資源。一臺計算機的全部資源只能由一個用戶獨占。

(2)輸入輸出主要是紙帶和卡片。

(3)CPU和系統(tǒng)資源等待人工操作，資源利用率很低。

(4)程序的啟動和退出都以手工方式來操作。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展可見，手工操作方式嚴(yán)重降低了計算機資源的利用率，即形成了所謂的高速的計算機設(shè)備與低速的手工操作之間的矛盾。對早期的計算機而言，由于計算機本身擁有的資源并不是很多，雖然計算速度慢，但人機矛盾尚不突出。隨著處理機速度的提高，系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，人機矛盾也就變得日趨嚴(yán)重。2．早期批處理階段在早期計算機發(fā)展階段，用戶上機時需要自己建立和運行作業(yè)，并做結(jié)束處理。在程序員操作的過程中，由于沒有任何用于管理的軟件，很容易出現(xiàn)問題，這些都由用戶自己承擔(dān)。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展早期的批處理系統(tǒng)屬于單道批處理系統(tǒng)，其目的是減少作業(yè)間轉(zhuǎn)換時的人工操作，從而減少CPU的等待時間。它的特征是內(nèi)存中只允許存放一個作業(yè)，即只有當(dāng)前正在運行的作業(yè)才能駐留內(nèi)存，作業(yè)的執(zhí)行順序是先進先出，即按順序執(zhí)行。批處理系統(tǒng)的工作方式是：用戶將作業(yè)交給系統(tǒng)操作員，系統(tǒng)操作員將許多用戶的作業(yè)組成一批作業(yè)，之后輸入計算機中，在系統(tǒng)中形成一個自動轉(zhuǎn)接的連續(xù)的作業(yè)流，然后啟動操作系統(tǒng)，系統(tǒng)自動、依次執(zhí)行每個作業(yè)，最后由操作員將作業(yè)結(jié)果交給用戶。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展早期的批處理方式分為聯(lián)機批處理和脫機批處理方式。首先出現(xiàn)的是聯(lián)機批處理系統(tǒng)。1)聯(lián)機批處理聯(lián)機批處理由CPU直接控制作業(yè)的輸入與輸出，這是操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)控程序(monitor)，負(fù)責(zé)作業(yè)的處理。在聯(lián)機批處理系統(tǒng)中，主機與輸入機之間增加一個存儲設(shè)備——磁帶，在存于主機的操作系統(tǒng)的自動控制下，計算機可以自動把成批的用戶作業(yè)通過輸入機讀入磁帶中，再自動把磁帶上的用戶作業(yè)讀入主機內(nèi)存并執(zhí)行，最終把計算結(jié)果向輸出機輸出。完成了前一批作業(yè)后，監(jiān)控程序又從輸入機上輸入另一批作業(yè)，保存在磁帶上，并按前述步驟重復(fù)操作。整個過程如圖1-3所示。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展這樣，監(jiān)控程序不停地處理各個作業(yè)，從而實現(xiàn)了作業(yè)到作業(yè)的自動轉(zhuǎn)接，減少了作業(yè)的建立時間和手工操作時間，實現(xiàn)了用戶作業(yè)的自動成批執(zhí)行，從而有效地克服了人機之間的矛盾，提高了計算機的利用率。但是，在作業(yè)輸入和結(jié)果輸出時，主機與外設(shè)在處理速度上是不匹配的，主機高速的CPU的計算速度與低速的輸入／輸出設(shè)備的速度不相適應(yīng)，在聯(lián)機批處理方式下，外設(shè)都處于主機的控制之下。在外設(shè)處理數(shù)據(jù)時，主機處于“忙”的狀態(tài)，主機高速的CPU與低速的外設(shè)之間的矛盾就顯現(xiàn)出來了。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展2)脫機批處理系統(tǒng)為了克服與緩解高速主機與低速外設(shè)的矛盾，提高CPU的利用率，在批處理系統(tǒng)當(dāng)中引入了脫機批處理系統(tǒng)，即脫離主機控制的輸入／輸出批處理系統(tǒng)，如圖1-4所示。在脫機批處理系統(tǒng)中，除了主機外，另設(shè)一臺衛(wèi)星機，從圖1-4中可以看出，該計算機僅與輸入／輸出設(shè)備相連，不與主機相連。輸入設(shè)備上的作業(yè)通過衛(wèi)星機輸入高速磁帶上，主機從高速磁帶上把作業(yè)讀入內(nèi)存并執(zhí)行。作業(yè)執(zhí)行完成后，主機負(fù)責(zé)將結(jié)果輸出到高速磁盤，然后，衛(wèi)星機從磁盤將結(jié)果讀出并交給打印機進行打印輸出。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展這樣，輸入／輸出設(shè)備脫離了主機，衛(wèi)星機和主機可以并行工作，大大加快了程序的處理和數(shù)據(jù)的輸入和輸出。衛(wèi)星機在這里起的主要作用，一是從輸入設(shè)備上讀取用戶作業(yè)并存放到輸入磁帶上；二是從輸出磁帶上讀取執(zhí)行結(jié)果并傳給輸出設(shè)備。脫機批處理系統(tǒng)在20世紀(jì)60年代應(yīng)用十分廣泛，它極大地緩解了人機矛盾及主機與外設(shè)的矛盾。IBM-7090／7094配備的監(jiān)督程序就是脫機批處理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的原型。脫機批處理系統(tǒng)雖然優(yōu)于手工操作及批處理系統(tǒng)，但仍存在不足：每次主機內(nèi)存中僅存一道作業(yè)，每當(dāng)在它運行期間發(fā)出輸入／輸出請求后，高速的CPU便處于等待低速的輸入／輸出設(shè)備完成的狀態(tài)，致使CPU空閑。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展3．多道程序系統(tǒng)1)多道程序設(shè)計技術(shù)在單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有一道任務(wù)，無法充分利用系統(tǒng)中的所有資源，導(dǎo)致系統(tǒng)中仍有許多資源空閑，設(shè)備利用率低，系統(tǒng)性能差。在20世紀(jì)60年代中期，計算機的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，由以CPU為中心的結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐灾鞔鏋橹行模乖趦?nèi)存中同時裝入多個作業(yè)（或任務(wù)）成為可能，使多道程序的概念成為現(xiàn)實。所謂多道程序設(shè)計，指的是允許多個程序同時進入一個計算機系統(tǒng)的主存儲器并啟動進行計算的方法。也就是說，計算機內(nèi)存中可以同時存放多道（兩個以上相互獨立的）程序，使它們在系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各種資源。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展多道程序設(shè)計的基本思想是：在內(nèi)存中同時存放多道程序，在管理程序的控制下交替執(zhí)行。這些程序共享CPU和系統(tǒng)中的其他資源。20世紀(jì)60年代中期引入了多道程序設(shè)計技術(shù)，由此形成了多道批處理系統(tǒng)。單道程序與多道程序的運行過程分別如圖1-5和圖1-6所示。從圖1-5可以看出，在A程序計算時，I/O空閑，當(dāng)A程序進行I/O操作時，CPU空閑，B程序也是如此，只有在A程序完成操作后，B程序才能進入內(nèi)存中開始工作，兩者是串行的。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展從圖1-6可以看出，A、B兩道程序同時存放在內(nèi)存中，它們在系統(tǒng)的控制下，可以相互穿插、交替地在CPU上運行。當(dāng)某道程序因某種原因不能繼續(xù)運行下去時，比如進行I/O操作，操作系統(tǒng)便將另一道程序投入運行，這樣可以使CPU和外部設(shè)備始終處于“忙”的狀態(tài)，大大提高了資源的利用率，也提高了系統(tǒng)的效率。顯然，采用多道程序設(shè)計后，不僅使CPU得到了充分利用，同時還可改善I/O設(shè)備和內(nèi)存的利用率，從而提高了整個系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，最終提高了整個系統(tǒng)的效率。多道程序設(shè)計技術(shù)對操作系統(tǒng)的發(fā)展起到的作用如下：(1)操作系統(tǒng)在引入多道程序設(shè)計技術(shù)后，使得系統(tǒng)具有了多道，宏觀上并行，微觀上串行的特點。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(2)多道程序設(shè)計主要是使OS能更好地對計算機進行管理。(3)使計算機的硬件資源得到更充分的利用。在OS中引入多道程序設(shè)計技術(shù)帶來的好處如下：(1)提高了CPU的利用率。(2)提高了內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率。(3)增加系統(tǒng)吞吐量。多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系統(tǒng)進入漸趨成熟的階段，先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理機管理、存儲器管理、外部設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等功能。上一頁

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返回8.4二極管的應(yīng)用舉例(半波整流)單向半波整流電路如圖8-6所示。其中u1、u2分別表不變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)交流電壓，RL為負(fù)載電阻。設(shè)變壓器二次繞組的交流電壓。，其中u2為變壓器二次側(cè)電壓有效值。在0~π時間內(nèi)，即在u2的正半周內(nèi).變壓器二次側(cè)電壓是上端為正，下端為負(fù)，二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等.即iL=iD。忽略二極管上的壓降，負(fù)載上輸出電壓uo=u2輸出波形與u2相同。在π

~2π時間內(nèi)，即在u2負(fù)半周內(nèi)，變壓器二次繞組的上端為負(fù)，下端為正，二極管VD承受反向電壓，此時二極管截止，負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，此時u2電壓全部加在二極管VD上，電路波形如圖8-7所示。返回8.5晶體三極管8.5.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，半導(dǎo)體三極管分為PNP型管和NPN型管，其結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號如圖8-8(a)和(b)所示。管子有三個電極:發(fā)射極e、基極b和集電極c。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，兩種類型的晶體管都有三個導(dǎo)電區(qū)域.分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。形成了兩個PN結(jié)，在發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié);而集電區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。下一頁返回8.5晶體三極管在PNP型晶體管中，發(fā)射區(qū)是P型半導(dǎo)體。它的多數(shù)載流子是空穴，從發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散的是空穴流，所以電流方向由發(fā)射極流向基極。在NPN型晶體管中，發(fā)射區(qū)是N型半導(dǎo)體，它的多數(shù)載流子是自由電子，從發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散的是電子流.所以電流的方向由基極指向發(fā)射極。不同類型的晶體管在電路中用不同的圖形符號表不。如圖8-8(c)所示，三極管在制造工藝有如下特點:發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)的，且面積大，基區(qū)很薄一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管8.5.2晶體管的電流放大作用用較小的電流去控制較大的電流，稱為電流放大?，F(xiàn)以NPN型晶體管為例說明晶體管的電流放大作用，工作原理如圖8-9所示。電源EB和EC的極性應(yīng)按圖連接，且使EB<EC，這時晶體管的發(fā)射結(jié)上加的是正向電壓，集電結(jié)上加的是反向電壓。產(chǎn)生放大作用的外部條件是:發(fā)射結(jié)為正向電壓偏置，集電結(jié)為反向電壓偏置。由晶體管的發(fā)射極、基極和電源EB、電阻RB構(gòu)成基一射極回路;由晶體管的發(fā)射極、集電極和電源EC、電阻RC構(gòu)成集一射極回路。發(fā)射極為兩個回路的公共端，故把此種形式的電路稱為共射極放大電路。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管1.晶體管中的電流晶體管中的電流是由內(nèi)部載流子的運動形成的。①電子從發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散。由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子—電子就要不斷地擴散到基區(qū)，并且不斷地從電源向發(fā)射區(qū)補充電子,形成發(fā)射極電流IE。②電子在基區(qū)的擴散和復(fù)合過程。從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的自由電子，由于濃度分布上的差別，還要向集電區(qū)繼續(xù)擴散。在擴散過程中一小部分自由電子與基區(qū)的空穴相遇而復(fù)合，形成基極電流IB。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管③集電區(qū)收集擴散過來的電子。由于集電結(jié)處于反向偏置，使集電結(jié)內(nèi)電場增強，阻擋從集電區(qū)的自由電子向基區(qū)擴散，但使發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)集電結(jié)邊緣的自由電子很快地越過集電結(jié)到達集電區(qū)，形成集電極電流IC。2.晶體管的電流分配關(guān)系及電流放大作用根據(jù)上面的分析，晶體管各極的電流分配關(guān)系可以表示為稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，通常，故有IE≈IC利用小電流IB實現(xiàn)了對大電流IC的控制，這就是晶體管的電流放大作用。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管8.5.3晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線用于表不晶體管各極電壓和電流之間的相互關(guān)系，它反映晶體管的外部特性，是分析放大電路的重要依據(jù)。其中最常用的是輸人特性曲線和輸出特性曲線。1.輸入特性曲線輸人特性曲線是指當(dāng)集一射極電壓uCE為常數(shù)時，輸人電路中基極電流iB與基一射極電壓uBE之間的關(guān)系曲線其函數(shù)表達式為上一頁下一頁返回8.5晶體三極管某NPN型硅管的輸人特性曲線如圖8-10所示。它的形狀與二極管的伏安特性相似.晶體管輸人特性也有一段死區(qū)。只有發(fā)射結(jié)電壓大于死區(qū)電壓時.晶體管才會導(dǎo)通。硅管的死區(qū)電壓約為0.5V.在正常工作時NPN型硅管的發(fā)射結(jié)電壓uBE約為0.6-0.7V.通常取0.7V.稱之為導(dǎo)通電壓uBE（on）。對于PNP型鍺管的輸人特性曲線，uBE和uCE二都是負(fù)值。鍺管的死區(qū)電壓約為0.2V.在正常工作時，PNP型鍺管的uBE約為-0.2~-0.3V.通常取-0.2V。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管2.輸出特性曲線輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流iB為常數(shù)時.輸出回路中集電極電流iC與集一射極電壓uCE之間的關(guān)系曲線。其函數(shù)表達式為在不同的iB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性是一組曲線。某NPN型硅管的輸出特性曲線如圖8-11所示。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管當(dāng)iB一定時，從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子數(shù)大致是一定的。當(dāng)uCE超過一定的數(shù)值(約1V)以后，這些電子的絕大部分被集電區(qū)收集，即使uCE繼續(xù)增高，iC也不再明顯地增加，曲線變得平坦，具有恒流特性。當(dāng)iB增大時，iC也隨之增大，曲線上移，而且iC比iB增加要大，這就是晶體管的電流放大作用。通常將輸出特性曲線分為三個工作區(qū)(1)放大區(qū)特性曲線近似水平的部分是放大區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)晶體工作在放大狀態(tài)，發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)處于反偏，iC與iB基本上成正比關(guān)系。(2)截止區(qū)通常將iB=0曲線的以下區(qū)域稱為截止區(qū)。iB=0時iC=(=ICEO)很小。晶體管工作在截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于反向偏置，晶體管相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管(3)飽和區(qū)直線上升和彎曲的部分(虛線左部)稱為飽和區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)，集電極電位低于基極電位.集電結(jié)和發(fā)射結(jié)都處于正向偏置。晶體管工作在飽和狀態(tài)下，iB的變化對iC的影響較小，晶體管相當(dāng)于一個閉合的開關(guān)。由上面分析可知，晶體管可以工作在三種狀態(tài)。在模擬電子線路中通常使其工作在放大區(qū);而在脈沖數(shù)字電路中恰好相反，要使晶體管工作在截止區(qū)或飽和區(qū)，成為一個可控制的無觸點開關(guān)。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管8.5.4晶體管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成共發(fā)射電路時.在靜態(tài)(無輸人信號時)集電極電流IC(輸出電流)與基極電流IB(輸人電流)的比值稱為共發(fā)射極靜態(tài)電流(直流)放大系數(shù).即在動態(tài)(有輸人信號)工作時.晶體管集電極電流的變化量△IC與基極電流的變化量△IB的比值稱為動態(tài)電流(交流)放大系數(shù).即上一頁下一頁返回8.5晶體三極管2.集一基極反向飽和電流ICBO它是指發(fā)射極開路時.集電極和基極之間的反向飽和電流.其值受溫度影響，所以ICBO越小，管子的溫度穩(wěn)定性越好。在常溫下，小功率鍺管的ICBO約為10μA，所以硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管的好。3.穿透電流ICEO它是指基極開路(IB=0)時.從集電極流向發(fā)射極的電流。由于這個電流從集電區(qū)穿過基區(qū)流至發(fā)射極.所以又稱穿透電流。常溫下，小功率鍺管的ICEO約為幾十微安至幾百微安，硅管在幾微安以下，ICEO是隨溫度的增加而增加，而且ICEO比ICBO變化大。所以，常將ICEO作為判斷管子質(zhì)量的重要依據(jù)。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管4.集電極最大允許電流ICM它是指晶體管參數(shù)變化不超過允許值時.集電極允許的最大電流。當(dāng)電流超過ICM時.晶體管的β值顯著下降·甚至可能損壞。5.集電極最大允許耗散功率PCM它是指集電結(jié)上允許功率損耗的最大值。集電極電流流經(jīng)集電結(jié)時將產(chǎn)生熱量.使結(jié)溫升高.引起晶體管參數(shù)變化。晶體管PC的函數(shù)式為工作時的PC必須小于PCM。上一頁下一頁返回8.5晶體三極管晶體管的PCM主要受集電結(jié)的限制.鍺管允許的結(jié)溫約為70℃.硅管允許的結(jié)溫約為150℃。對于大功率管.為了提高PCM.常采用加散熱裝置的方法。6.集一射極反向擊穿電壓UBR(CEO)集一射極反向擊穿電壓是指基極開路時.加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。使用時.如果uCE>UBR(CEO)

，將導(dǎo)致iC劇增.可能使管子因擊穿而損壞。以上所介紹的參數(shù)中和ICEO為晶體管的性能參數(shù);ICM、PCM