常用半导体器件及应用

第8章常用半导体器件及应用8.1半导体二极管8.2稳压二极管8.3发光二极管8.4二极管的应用举例(半波整流)8.5晶体三极管8.6三极管的应用举例8.1半导体二极管8.1.1半导体基础知识1.本征半导体自然界的物质按其导电性能分为导体、绝缘体和半导体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体的主要性质有对光、电、热的敏感性和掺杂性。纯净晶体结构的半导体称之为本征半导体。常用的半导体材料有硅和锗。2.杂质半导体在本征半导体中有控制的掺人特定的杂质可以改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。在本征半导体中，掺人五价兀索(如磷元素)使晶体中某些原子被杂质原子所代替，形成N型半导体。下一页返回8.1半导体二极管3.PN结通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，这两种半导体的交界处就形成了PN结。PN结具有单向导电特性。当PN结外加正向电压(外加正向电压的正极接P区一侧，负极接N区一侧)，形成较大的正向电流时，PN结呈现很小的正向电阻，PN结导通;当PN结外加反向电压(外加反向电压的正极接N区一侧，负极接P区一侧)，反向电流很小时，PN结呈现很大的反向电阻，PN结截止。上一页下一页返回8.1半导体二极管8.1.2半导体二极管的结构与符号将PN结的两端加上相应的电极引线和管壳，就制成了半导体二极管，它的电路符号如图8-1(c)所示。其中三角形表示P区，为阳极;粗短线表示N区，为阴极。半导体二极管按其结构的不同，可以分为点接触型和面接触型两类，如图8-1(a)和(b)所示。8.1.3半导体二极管的单向导电性当外加正向电压时，二极管导通。导通时，二极管的正向压降几乎为零，二极管相当于短路。当外加反向电压时，二极管截止。截止时，二极管的反向电流几乎为零，二极管相当于开路。上一页下一页返回8.1半导体二极管8.1.4半导体二极管的伏安特性二极管中通过的电流随管子两端施加的电压变化的关系曲线称为伏安特性曲线，如图8-2所示。二极管的伏安特性由三部分组成。(1)正向特性。在正向特性的起始部分，当外加正向电压很低时，外电场不能克服PN结的内电场，这个时候正向电流很小，几乎为零当正向电压超过一定的数值后，内电场被大大削弱，电流增长很快。上一页下一页返回8.1半导体二极管这个一定数值的正向电压称为门坎电压Uth(又称死区电压).其大小与材料及环境温度有关。通常硅管的门坎电压约为0.5V.锗管的约为0.2V。当正向电压超过死区电压值时.正向电流随外加电压的增加而明显增大.二极管正向电阻变得很小。当二极管完全导通后.正向压降基本维持不变一般硅管的约为0.6-0.8V,锗管的约为0.2-0.3V。

(2)反向特性。在二极管加上反向电压时.由于少数载流子漂移运动.形成很小的反向电流。反向电流的大小与反向电压的高低无关.故通常称它为反向饱和电流。如果温度升高.由于少数载流子增加.反向电流将随之急剧增加一般硅管的反向电流要比锗管的小得多。上一页下一页返回8.1半导体二极管（3）反向击穿特性。当反向电压增加到一定的数值时，强电场将PN结击穿，反向电流突然急剧增加，二极管失去单向导电性，这种现象称为二极管反向击穿，这个数值的反向电压称为反向击穿电压UBR。普通二极管被击穿后，往往因电流过大管子过热而损坏，不能再恢复原来的工作性能。8.1.5半导体二极管的主要参数半导体二极管的参数规定了二极管的性能指标和适用范围.是使用时的主要依据。下面介绍二极管的几个主要参数。上一页下一页返回8.1半导体二极管①最大整流电流IFM。它是指二极管长期运行时，允许通过的最大正向电流，它由PN结的面积和散热条件决定。②最高反向工作电压URM。它是指保证二极管不被击穿的反向电压，为了安全运行一般手册中规定为反向击穿电压的一半。③最大反向电流IRM。它是指在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流越小，说明管子的单向导电性能越好。上一页返回8.2稳压二极管8.2.1稳压二极管的伏安特性稳压二极管是用特殊工艺制造的面接触型硅二极管，因为它具有稳定电压的功能，故称为稳压管。稳压管的电路符号及伏安特性曲线如图8-4所示。由图可见，稳压管的正向特性曲线与普通二极管的相似，而反向击穿特性曲线比较陡，稳压管正是工作于特性曲线的反向击穿区域。当反向电压大到某一个数值时反向电流急剧增大，稳压管被反向击穿，但这种击穿不是破坏性的，只要在电路中串联一个适当的限流电阻，就能保证稳压管不因过热而烧坏。在击穿状态下，流过管子的电流在很大范围内变化时，管子两端的电压几乎不变，利用这一特点可以达到稳压的目的。下一页返回8.2稳压二极管8.2.2稳压二极管的主要参数1.稳定电流IZ稳定电流是稳压管正常工作时的额定电流。工作电流小于IZ时，稳压效果较差;工作电流大于IZ时.在不超过稳压管额定功耗的条件下，工作电流越大，稳压效果越好，只是管子的功耗增加。2.稳定电压UZ稳定电压是稳压管工作电流为规定值时稳压管两端的电压，也就是反向击穿电压。因制造工艺不易控制，同型号管子的稳定电压也有少许差别。上一页下一页返回8.2稳压二极管3.动态电阻rZ动态电阻是稳压管上电压变化量与电流变化量之比，即。动态电阻越小，反向击穿特性曲线越陡.稳压效果越好。rZ的数值通常在几欧至几十欧之间，随工作电流不同而变化.电流越大，rZ越小。4.额定功耗Pz在管子不致于过热损坏前提下的最大功率损耗值5.稳定电压温度系数αT描述稳定电压对于温度的敏感程度。αT越小.稳定电压受温度影响越小.管子的性能也越好上一页返回8.3发光二极管发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它在二极管的正向特性区工作。当发光二极管通过一定的正向电流时，由于电子与空穴直接复合放出能量，发出一定波长的可见光。根据制作材料不同.如砷化镓、磷砷化镓、磷化镓等.能分别发出红、黄、绿等颜色的光。发光二极管的正向工作电压约为2V工作电流一般为几个毫安到几十毫安之间。发光二极管的工作电压低，功耗小，体积小，响应速度快。它主要用作指不灯，除单个使用外，也常做成七段式和矩阵式，作为数字、文字和图形显不器件。它的电气符号如图8-5所示，外形除圆形外，还有矩形、三角形等。返回第1章操作系统概述1.1操作系统的概念1.2操作系统的发展1.3操作系统的功能1.4操作系统的特征1.5操作系统的逻辑结构1.6常用操作系统介绍1.7操作系统的几种观点1.1操作系统的概念1.1.1计算机系统计算机系统就是按照人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。它是一个相当复杂的系统，即使是目前非常普及的个人计算机也是如此。计算机系统拥有丰富的硬件、软件资源，操作系统要对这些资源进行管理。一个计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。其中，硬件系统是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机结合，它构成了系统本身和用户作业赖以活动的物质基础和工作环境；计算机硬件通常是由中央处理机（运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。软件系统是各种程序和文件，用于指挥整个系统按照指定的要求进行工作。下一页

返回1.1操作系统的概念现代计算机不再简单地被认为是一种普通的电子设备，它是一种进行计算或者控制那些可以表示为数字或者逻辑形式的操作的设备。近年来，大型计算机系统的模型呈现为层次式结构，即将一个操作系统分为若干层次。图1-1所示是一般的计算机系统的层次结构。从层次结构中可以看出，最外层是各种用户，最底层是硬件系统。人与硬件系统的接口是软件系统，软件系统大致可以分为系统软件和应用软件。系统软件如操作系统、编辑软件、多种语言处理程序（汇编和编译程序等）、连接装配程序、系统实用程序、多种工具软件等；应用软件是为应用编制的程序，诸如财务系统、银行系统、航空订票系统等。上一页

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返回1.1操作系统的概念一台没有任何软件支持的计算机称为裸机(baremachine)，它只是构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。计算机的硬件和软件以及应用之间是一种层次结构关系。裸机在最里层，覆盖在裸机上的第一层软件是操作系统，经过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能把裸机改造成为功能更强、使用更为方便的机器，通常称之为虚拟机(virtualmachine)或扩展机(extendedmachine)，而各种应用程序运行在操作系统之上，它们以操作系统作为支撑环境，同时又向用户提供完成其作业所需的各种服务。上一页

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返回1.1操作系统的概念1．计算机硬件简介操作系统管理和控制计算机系统中的所有软硬件资源。由计算机系统的层次结构可以看出，操作系统是一个运行在硬件之上的系统软件，因此有必要对运行操作系统的硬件环境有所了解。计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体，为计算机软件运行提供物质基础。简而言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。上一页

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返回1.1操作系统的概念构成计算机的基本硬件元素有4种：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。从外观上来看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘、显示器、音箱等，这些设备通过接口和连接线与主机相连。运算器能进行加、减、乘、除等基本运算。存储器不仅能存放数据，而且能存放指令，计算机能区分是数据还是指令。控制器能自动执行指令。操作人员能通过输入、输出设备和主机进行通信。上一页

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返回1.1操作系统的概念(1)运算器：是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器，处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法对运算器的性能影响极大。运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件。相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行操作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。上一页

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返回1.1操作系统的概念(2)控制器：是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。根据事先给定的命令发出控制信息，使整个计算机指令执行过程一步一步地进行，是计算机的神经中枢。控制器的主要功能是：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置；对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；指挥并控制CPU、内存和输入／输出设备之间数据流动的方向。(3)存储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。计算机中的全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。上一页

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返回1.1操作系统的概念它根据控制器指定的位置存入和取出信息。按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据就会丢失。主存储器与运算器、控制器等部件直接交换信息。(4)输入设备：是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备。上一页

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返回1.1操作系统的概念输入设备(inputdevice)是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入计算机中。现在的计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入计算机中，进行存储、处理和输出。(5)输出设备：用于将计算机中的数据或信息输出给用户，是人与计算机交互的一种部件。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。上一页

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返回1.1操作系统的概念自从计算机诞生以来，硬件在计算机系统成本中一直占主要比重，直到进入20世纪80年代才开始发生明显的变化。由于软件在计算机系统中的地位日趋重要，其开发成本也越来越高，从而使得它在计算机系统成本中的比重迅速提高，进入20世纪90年代已逐渐与硬件平分秋色。从计算机硬件角度看，主机部分无论从重要性还是从成本来看，其主导地位一直保持到20世纪70年代中期。后来，作为计算机的“手足”“感官”和“数据仓库”的外围设备的重要性日益增长，新型高性能品种不断涌现，加上数据库技术的成熟要求辅助存储器的容量越来越大，从而使得外围设备在硬件成本中的比重越来越大。特别是由于输入输出设备的发展，人同计算机的界面越来越友好。上一页

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返回1.1操作系统的概念2．计算机软件计算机软件是指计算机系统中的程序及其文档。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。程序必须装入机器内部才能工作，文档一般是给人看的，不一定装入机器。软件是用户与硬件之间的接口界面。用户主要通过软件与计算机进行交流。软件是计算机系统设计的重要依据。为了方便用户，为了使计算机系统具有较高的总体效用，在设计计算机系统时，必须从整体上考虑软件与硬件的结合，以及用户的要求和软件的要求。计算机软件总体分为系统软件和应用软件两大类。上一页

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返回1.1操作系统的概念1.1.2操作系统的定义操作系统(operatingsystem，OS)是由一系列程序模块组成的，它的基本功能是资源管理和方便用户管理中央处理器、内存、I/O设备和文件，提供用户接口。操作系统就是告诉用户操作系统内外部的工作原理，包括操作系统内外部的工作过程、结构、界面，以及相应的技术、理论、概念、算法等。操作系统是裸机之上的第一层软件。操作系统是控制其他程序运行，管理系统资源并为用户提供操作界面的系统软件的集合。上一页

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返回1.1操作系统的概念它管理系统资源的使用和各种应用程序的活动。其主要功能有两个：第一，为程序开发和执行提供一个方便的环境；第二，为保证计算机系统顺利执行，操作系统对各个计算机活动进行调度。操作系统的形成和发展是与计算机硬件的发展密切相关的。随着CPU的速度越来越快，它与机械设备在速度上越来越不匹配，由此推动了批处理系统的产生。以后出现的通道和中断机构，又推动了多道程序系统的产生。以后又相继出现了多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统。上一页

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返回1.1操作系统的概念操作系统这类系统软件有自己的基本特征，即并发、共享和异步性。在操作系统的统一调度、管理下，各种实体充分并行，而且安全地共享资源，约束和协调彼此间的关系。操作系统提供了大量的服务，在最底层是系统调用，它允许正在运行的程序直接得到操作系统的服务；在较高层，命令解释程序为用户提供请求服务的机制，而不必编写程序。这些命令可来自卡片（批处理）或直接来自终端（交互式或分时系统）。系统程序提供了满足用户请求的另一种机制。在高层是图形界面，用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形工具可方便有效地进行软件开发和系统管理等工作。上一页

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返回1.1操作系统的概念综上所述，操作系统可以定义为：操作系统是计算机系统中的系统软件，能有效地组织和管理计算机系统中的各种软硬件资源的分配、调度工作，控制协调多个任务的活动，实现信息的存取保护，并向用户提供各种服务功能，使用户获得良好的工作环境。上一页

返回1.2操作系统的发展操作系统的形成迄今已有50余年的时间，在20世纪50年代中期出现了第一个简单的批处理操作系统，到20世纪60年代中期产生了多道批处理操作系统，不久又出现了基于多道程序的分时系统。20世纪80年代是微机操作系统和网络操作系统形成和大发展的时代。此后，分布式操作系统和网络操作系统得到了迅速发展。1.2.1操作系统的形成阶段1．手工操作阶段第一代计算机时期，构成计算机的主要元器件是电子管，计算机运算速度慢，没有操作系统，甚至没有任何软件。这时的计算机操作是由用户（即程序员）采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，由手工控制作业的输入输出，通过控制台开关启动程序运行。下一页

返回1.2操作系统的发展到20世纪50年代，出现了穿孔卡片和纸带，程序员将事先已穿孔（对应于程序和数据）的纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片输入机），再启动它们将程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一个用户上机操作。手工操作阶段，计算机的工作过程如图1-2所示。手工操作阶段计算机的特点如下：

(1)用户独占CPU和系统所有资源。一台计算机的全部资源只能由一个用户独占。

(2)输入输出主要是纸带和卡片。

(3)CPU和系统资源等待人工操作，资源利用率很低。

(4)程序的启动和退出都以手工方式来操作。上一页

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返回1.2操作系统的发展可见，手工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，即形成了所谓的高速的计算机设备与低速的手工操作之间的矛盾。对早期的计算机而言，由于计算机本身拥有的资源并不是很多，虽然计算速度慢，但人机矛盾尚不突出。随着处理机速度的提高，系统规模的不断扩大，人机矛盾也就变得日趋严重。2．早期批处理阶段在早期计算机发展阶段，用户上机时需要自己建立和运行作业，并做结束处理。在程序员操作的过程中，由于没有任何用于管理的软件，很容易出现问题，这些都由用户自己承担。上一页

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返回1.2操作系统的发展早期的批处理系统属于单道批处理系统，其目的是减少作业间转换时的人工操作，从而减少CPU的等待时间。它的特征是内存中只允许存放一个作业，即只有当前正在运行的作业才能驻留内存，作业的执行顺序是先进先出，即按顺序执行。批处理系统的工作方式是：用户将作业交给系统操作员，系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，之后输入计算机中，在系统中形成一个自动转接的连续的作业流，然后启动操作系统，系统自动、依次执行每个作业，最后由操作员将作业结果交给用户。上一页

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返回1.2操作系统的发展早期的批处理方式分为联机批处理和脱机批处理方式。首先出现的是联机批处理系统。1)联机批处理联机批处理由CPU直接控制作业的输入与输出，这是操作系统的雏形，称为监控程序(monitor)，负责作业的处理。在联机批处理系统中，主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带，在存于主机的操作系统的自动控制下，计算机可以自动把成批的用户作业通过输入机读入磁带中，再自动把磁带上的用户作业读入主机内存并执行，最终把计算结果向输出机输出。完成了前一批作业后，监控程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁带上，并按前述步骤重复操作。整个过程如图1-3所示。上一页

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返回1.2操作系统的发展这样，监控程序不停地处理各个作业，从而实现了作业到作业的自动转接，减少了作业的建立时间和手工操作时间，实现了用户作业的自动成批执行，从而有效地克服了人机之间的矛盾，提高了计算机的利用率。但是，在作业输入和结果输出时，主机与外设在处理速度上是不匹配的，主机高速的CPU的计算速度与低速的输入／输出设备的速度不相适应，在联机批处理方式下，外设都处于主机的控制之下。在外设处理数据时，主机处于“忙”的状态，主机高速的CPU与低速的外设之间的矛盾就显现出来了。上一页

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返回1.2操作系统的发展2)脱机批处理系统为了克服与缓解高速主机与低速外设的矛盾，提高CPU的利用率，在批处理系统当中引入了脱机批处理系统，即脱离主机控制的输入／输出批处理系统，如图1-4所示。在脱机批处理系统中，除了主机外，另设一台卫星机，从图1-4中可以看出，该计算机仅与输入／输出设备相连，不与主机相连。输入设备上的作业通过卫星机输入高速磁带上，主机从高速磁带上把作业读入内存并执行。作业执行完成后，主机负责将结果输出到高速磁盘，然后，卫星机从磁盘将结果读出并交给打印机进行打印输出。上一页

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返回1.2操作系统的发展这样，输入／输出设备脱离了主机，卫星机和主机可以并行工作，大大加快了程序的处理和数据的输入和输出。卫星机在这里起的主要作用，一是从输入设备上读取用户作业并存放到输入磁带上；二是从输出磁带上读取执行结果并传给输出设备。脱机批处理系统在20世纪60年代应用十分广泛，它极大地缓解了人机矛盾及主机与外设的矛盾。IBM-7090／7094配备的监督程序就是脱机批处理系统，它是现代操作系统的原型。脱机批处理系统虽然优于手工操作及批处理系统，但仍存在不足：每次主机内存中仅存一道作业，每当在它运行期间发出输入／输出请求后，高速的CPU便处于等待低速的输入／输出设备完成的状态，致使CPU空闲。上一页

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返回1.2操作系统的发展3．多道程序系统1)多道程序设计技术在单道批处理系统中，内存中仅有一道任务，无法充分利用系统中的所有资源，导致系统中仍有许多资源空闲，设备利用率低，系统性能差。在20世纪60年代中期，计算机的体系结构发生了很大的变化，由以CPU为中心的结构改变为以主存为中心，使在内存中同时装入多个作业（或任务）成为可能，使多道程序的概念成为现实。所谓多道程序设计，指的是允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。也就是说，计算机内存中可以同时存放多道（两个以上相互独立的）程序，使它们在系统中并发执行，共享系统中的各种资源。上一页

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返回1.2操作系统的发展多道程序设计的基本思想是：在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替执行。这些程序共享CPU和系统中的其他资源。20世纪60年代中期引入了多道程序设计技术，由此形成了多道批处理系统。单道程序与多道程序的运行过程分别如图1-5和图1-6所示。从图1-5可以看出，在A程序计算时，I/O空闲，当A程序进行I/O操作时，CPU空闲，B程序也是如此，只有在A程序完成操作后，B程序才能进入内存中开始工作，两者是串行的。上一页

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返回1.2操作系统的发展从图1-6可以看出，A、B两道程序同时存放在内存中，它们在系统的控制下，可以相互穿插、交替地在CPU上运行。当某道程序因某种原因不能继续运行下去时，比如进行I/O操作，操作系统便将另一道程序投入运行，这样可以使CPU和外部设备始终处于“忙”的状态，大大提高了资源的利用率，也提高了系统的效率。显然，采用多道程序设计后，不仅使CPU得到了充分利用，同时还可改善I/O设备和内存的利用率，从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量，最终提高了整个系统的效率。多道程序设计技术对操作系统的发展起到的作用如下：(1)操作系统在引入多道程序设计技术后，使得系统具有了多道，宏观上并行，微观上串行的特点。上一页

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返回1.2操作系统的发展(2)多道程序设计主要是使OS能更好地对计算机进行管理。(3)使计算机的硬件资源得到更充分的利用。在OS中引入多道程序设计技术带来的好处如下：(1)提高了CPU的利用率。(2)提高了内存和I/O设备的利用率。(3)增加系统吞吐量。多道程序系统的出现，标志着操作系统进入渐趋成熟的阶段，先后出现了作业调度管理、处理机管理、存储器管理、外部设备管理、文件系统管理等功能。上一页

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返回8.4二极管的应用举例(半波整流)单向半波整流电路如图8-6所示。其中u1、u2分别表不变压器的一次侧和二次侧交流电压，RL为负载电阻。设变压器二次绕组的交流电压。，其中u2为变压器二次侧电压有效值。在0~π时间内，即在u2的正半周内.变压器二次侧电压是上端为正，下端为负，二极管VD承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等.即iL=iD。忽略二极管上的压降，负载上输出电压uo=u2输出波形与u2相同。在π

~2π时间内，即在u2负半周内，变压器二次绕组的上端为负，下端为正，二极管VD承受反向电压，此时二极管截止，负载上无电流流过，输出电压uo=0，此时u2电压全部加在二极管VD上，电路波形如图8-7所示。返回8.5晶体三极管8.5.1晶体管的基本结构根据结构不同，半导体三极管分为PNP型管和NPN型管，其结构示意图和电路符号如图8-8(a)和(b)所示。管子有三个电极:发射极e、基极b和集电极c。从内部结构看，两种类型的晶体管都有三个导电区域.分别称为发射区、基区和集电区。形成了两个PN结，在发射区和基区之间形成的PN结称为发射结;而集电区与基区之间形成的PN结称为集电结。下一页返回8.5晶体三极管在PNP型晶体管中，发射区是P型半导体。它的多数载流子是空穴，从发射区向基区扩散的是空穴流，所以电流方向由发射极流向基极。在NPN型晶体管中，发射区是N型半导体，它的多数载流子是自由电子，从发射区向基区扩散的是电子流.所以电流的方向由基极指向发射极。不同类型的晶体管在电路中用不同的图形符号表不。如图8-8(c)所示，三极管在制造工艺有如下特点:发射区的掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度低于发射区的，且面积大，基区很薄一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。上一页下一页返回8.5晶体三极管8.5.2晶体管的电流放大作用用较小的电流去控制较大的电流，称为电流放大。现以NPN型晶体管为例说明晶体管的电流放大作用，工作原理如图8-9所示。电源EB和EC的极性应按图连接，且使EB<EC，这时晶体管的发射结上加的是正向电压，集电结上加的是反向电压。产生放大作用的外部条件是:发射结为正向电压偏置，集电结为反向电压偏置。由晶体管的发射极、基极和电源EB、电阻RB构成基一射极回路;由晶体管的发射极、集电极和电源EC、电阻RC构成集一射极回路。发射极为两个回路的公共端，故把此种形式的电路称为共射极放大电路。上一页下一页返回8.5晶体三极管1.晶体管中的电流晶体管中的电流是由内部载流子的运动形成的。①电子从发射区向基区扩散。由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子—电子就要不断地扩散到基区，并且不断地从电源向发射区补充电子,形成发射极电流IE。②电子在基区的扩散和复合过程。从发射区扩散到基区的自由电子，由于浓度分布上的差别，还要向集电区继续扩散。在扩散过程中一小部分自由电子与基区的空穴相遇而复合，形成基极电流IB。上一页下一页返回8.5晶体三极管③集电区收集扩散过来的电子。由于集电结处于反向偏置，使集电结内电场增强，阻挡从集电区的自由电子向基区扩散，但使发射区扩散到基区集电结边缘的自由电子很快地越过集电结到达集电区，形成集电极电流IC。2.晶体管的电流分配关系及电流放大作用根据上面的分析，晶体管各极的电流分配关系可以表示为称为共发射极直流电流放大系数，通常，故有IE≈IC利用小电流IB实现了对大电流IC的控制，这就是晶体管的电流放大作用。上一页下一页返回8.5晶体三极管8.5.3晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线用于表不晶体管各极电压和电流之间的相互关系，它反映晶体管的外部特性，是分析放大电路的重要依据。其中最常用的是输人特性曲线和输出特性曲线。1.输入特性曲线输人特性曲线是指当集一射极电压uCE为常数时，输人电路中基极电流iB与基一射极电压uBE之间的关系曲线其函数表达式为上一页下一页返回8.5晶体三极管某NPN型硅管的输人特性曲线如图8-10所示。它的形状与二极管的伏安特性相似.晶体管输人特性也有一段死区。只有发射结电压大于死区电压时.晶体管才会导通。硅管的死区电压约为0.5V.在正常工作时NPN型硅管的发射结电压uBE约为0.6-0.7V.通常取0.7V.称之为导通电压uBE（on）。对于PNP型锗管的输人特性曲线，uBE和uCE二都是负值。锗管的死区电压约为0.2V.在正常工作时，PNP型锗管的uBE约为-0.2~-0.3V.通常取-0.2V。上一页下一页返回8.5晶体三极管2.输出特性曲线输出特性曲线是指当基极电流iB为常数时.输出回路中集电极电流iC与集一射极电压uCE之间的关系曲线。其函数表达式为在不同的iB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性是一组曲线。某NPN型硅管的输出特性曲线如图8-11所示。上一页下一页返回8.5晶体三极管当iB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致是一定的。当uCE超过一定的数值(约1V)以后，这些电子的绝大部分被集电区收集，即使uCE继续增高，iC也不再明显地增加，曲线变得平坦，具有恒流特性。当iB增大时，iC也随之增大，曲线上移，而且iC比iB增加要大，这就是晶体管的电流放大作用。通常将输出特性曲线分为三个工作区(1)放大区特性曲线近似水平的部分是放大区。在这个区域内晶体工作在放大状态，发射结处于正偏，集电结处于反偏，iC与iB基本上成正比关系。(2)截止区通常将iB=0曲线的以下区域称为截止区。iB=0时iC=(=ICEO)很小。晶体管工作在截止状态，发射结和集电结都处于反向偏置，晶体管相当于一个断开的开关。上一页下一页返回8.5晶体三极管(3)饱和区直线上升和弯曲的部分(虚线左部)称为饱和区。在这个区域内，集电极电位低于基极电位.集电结和发射结都处于正向偏置。晶体管工作在饱和状态下，iB的变化对iC的影响较小，晶体管相当于一个闭合的开关。由上面分析可知，晶体管可以工作在三种状态。在模拟电子线路中通常使其工作在放大区;而在脉冲数字电路中恰好相反，要使晶体管工作在截止区或饱和区，成为一个可控制的无触点开关。上一页下一页返回8.5晶体三极管8.5.4晶体管的主要参数1.电流放大系数当晶体管接成共发射电路时.在静态(无输人信号时)集电极电流IC(输出电流)与基极电流IB(输人电流)的比值称为共发射极静态电流(直流)放大系数.即在动态(有输人信号)工作时.晶体管集电极电流的变化量△IC与基极电流的变化量△IB的比值称为动态电流(交流)放大系数.即上一页下一页返回8.5晶体三极管2.集一基极反向饱和电流ICBO它是指发射极开路时.集电极和基极之间的反向饱和电流.其值受温度影响，所以ICBO越小，管子的温度稳定性越好。在常温下，小功率锗管的ICBO约为10μA，所以硅管的温度稳定性比锗管的好。3.穿透电流ICEO它是指基极开路(IB=0)时.从集电极流向发射极的电流。由于这个电流从集电区穿过基区流至发射极.所以又称穿透电流。常温下，小功率锗管的ICEO约为几十微安至几百微安，硅管在几微安以下，ICEO是随温度的增加而增加，而且ICEO比ICBO变化大。所以，常将ICEO作为判断管子质量的重要依据。上一页下一页返回8.5晶体三极管4.集电极最大允许电流ICM它是指晶体管参数变化不超过允许值时.集电极允许的最大电流。当电流超过ICM时.晶体管的β值显著下降·甚至可能损坏。5.集电极最大允许耗散功率PCM它是指集电结上允许功率损耗的最大值。集电极电流流经集电结时将产生热量.使结温升高.引起晶体管参数变化。晶体管PC的函数式为工作时的PC必须小于PCM。上一页下一页返回8.5晶体三极管晶体管的PCM主要受集电结的限制.锗管允许的结温约为70℃.硅管允许的结温约为150℃。对于大功率管.为了提高PCM.常采用加散热装置的方法。6.集一射极反向击穿电压UBR(CEO)集一射极反向击穿电压是指基极开路时.加在集电极和发射极之间的最大允许电压。使用时.如果uCE>UBR(CEO)

，将导致iC剧增.可能使管子因击穿而损坏。以上所介绍的参数中和ICEO为晶体管的性能参数;ICM、PCM