cpu是什么意思

cpu是什么意思,第1张

cpu是电脑的心脏,一台电脑所使用的cpu基本决定了这台电脑的性能和档次。cpu发展到了今天,频率已经到了2ghz。在我们决定购买哪款cpu或者阅读有关cpu的文章时,经常会见到例如外频、倍频、缓存等参数和术语。下面我就把这些常用的和cpu有关的术语简单的给大家介绍一下。
cpu(central pocessing unit)
中央处理器,是计算机的头脑,90%以上的数据信息都是由它来完成的。它的工作速度快慢直接影响到整部电脑的运行速度。cpu集成上万个晶体管,可分为控制单元(control unit;cu)、逻辑单元(arithmetic logic unit;alu)、存储单元(memory unit;mu)三大部分。以内部结构来分可分为:整数运算单元,浮点运算单元,mmx单元,l1 cache单元和寄存器等。
主频
cpu内部的时钟频率,是cpu进行运算时的工作频率。一般来说,主频越高,一个时钟周期里完成的指令数也越多,cpu的运算速度也就越快。但由于内部结构不同,并非所有时钟频率相同的cpu性能一样。
外频
即系统总线,cpu与周边设备传输数据的频率,具体是指cpu到芯片组之间的总线速度。
倍频
原先并没有倍频概念,cpu的主频和系统总线的速度是一样的,但cpu的速度越来越快,倍频技术也就应允而生。它可使系统总线工作在相对较低的频率上,而cpu速度可以通过倍频来无限提升。那么cpu主频的计算方式变为:主频 = 外频 x 倍频。也就是倍频是指cpu和系统总线之间相差的倍数,当外频不变时,提高倍频,cpu主频也就越高。
缓存(cache)
cpu进行处理的数据信息多是从内存中调取的,但cpu的运算速度要比内存快得多,为此在此传输过程中放置一存储器,存储cpu经常使用的数据和指令。这样可以提高数据传输速度。可分一级缓存和二级缓存。
一级缓存
即l1 cache。集成在cpu内部中,用于cpu在处理数据过程中数据的暂时保存。由于缓存指令和数据与cpu同频工作,l1级高速缓存缓存的容量越大,存储信息越多,可减少cpu与内存之间的数据交换次数,提高cpu的运算效率。但因高速缓冲存储器均由静态ram组成,结构较复杂,在有限的cpu芯片面积上,l1级高速缓存的容量不可能做得太大。
二级缓存
即l2 cache。由于l1级高速缓存容量的限制,为了再次提高cpu的运算速度,在cpu外部放置一高速存储器,即二级缓存。工作主频比较灵活,可与cpu同频,也可不同。cpu在读取数据时,先在l1中寻找,再从l2寻找,然后是内存,在后是外存储器。所以l2对系统的影响也不容忽视。
内存总线速度:(memory-bus speed)
是指cpu与二级(l2)高速缓存和内存之间数据交流的速度。
扩展总线速度:(expansion-bus speed)
是指cpu与扩展设备之间的数据传输速度。扩展总线就是cpu与外部设备的桥梁。
地址总线宽度
简单的说是cpu能使用多大容量的内存,可以进行读取数据的物理地址空间。
数据总线宽度
数据总线负责整个系统的数据流量的大小,而数据总线宽度则决定了cpu与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。
生产工艺
在生产cpu过程中,要进行加工各种电路和电子元件,制造导线连接各个元器件。其生产的精度以微米(um)来表示,精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件,连接线也越细,提高cpu的集成度,cpu的功耗也越小。这样cpu的主频也可提高,在025微米的生产工艺最高可以达到600mhz的频率。而018微米的生产工艺cpu可达到g赫兹的水平上。013微米生产工艺的cpu即将面市。
工作电压
是指cpu正常工作所需的电压,提高工作电压,可以加强cpu内部信号,增加cpu的稳定性能。但会导致cpu的发热问题,cpu发热将改变cpu的化学介质,降低cpu的寿命。早期cpu工作电压为5v,随着制造工艺与主频的提高,cpu的工作电压有着很大的变化,piiicpu的电压为17v,解决了cpu发热过高的问题。
mmx(multimedia extensions,多媒体扩展指令集)英特尔开发的最早期simd指令集,可以增强浮点和多媒体运算的速度。
sse(streaming simd extensions,单一指令多数据流扩展) 英特尔开发的第二代simd指令集,有70条指令,可以增强浮点和多媒体运算的速度。
3dnow!(3d no waiting) amd公司开发的simd指令集,可以增强浮点和多媒体运算的速度,它的指令数为21条

CPU插槽属于主板元器件,主板上所有自带的配件都属于主板元器件,CPU插槽属于元器件中的“连接器”。
主板元器件一般包括连接器(CPU、显卡、PCI-E、USB插槽等)、BIOS芯片、南北桥芯片组、集成声卡和网卡及CPU/内存供电芯片、电容电阻、二极管、IO芯片、传感器等。

两者区别如下:

1、mpu为CPU的分支,主要用于计算机

2、MPU一般代表功能较强大的CPU

MPU与CPU的定义如下:

1、MPU有两种意思,微处理器和内存保护单元。MPU是单一的一颗芯片,而芯片组则由一组芯片所构成,早期甚至多达7、8颗,但目前大多合并成2颗,一般称作北桥(North Bridge)芯片和南桥(South Bridge)芯片。MPU是计算机的计算、判断或控制中心,有人称它为”计算机的心脏”。

2、中央处理器(CPU,英语:Central Processing Unit),是电子计算机的主要设备之一,电脑中的核心配件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。电脑中所有 *** 作都由CPU负责读取指令,对指令译码并执行指令的核心部件

扩展资料

1、MPU简介

微机中的中央处理器(CPU)称为微处理器(MPU),是构成微机的核心部件,也可以说是微机的心脏。它起到控制整个微型计算机工作的作用,产生控制信号对相应的部件进行控制,并执行相应的 *** 作。

在微机中,CPU被集成在一片超大规模集成电路芯片上,称为微处理器(MPU),微处理器插在主板的cpu插槽中。

通常所说的16位机、32位机是指该计算机中微处理器内部数据总线的宽度,也就是CPU可同时 *** 作的二进制数的位数。目前常用的CPU都是64位的,即一次可传送64位二进制数。

2、mpu功能构成

微处理器的功能结构主要包括:运算器、控制器、寄存器三部分:

运算器的主要功能就是进行算术运算和逻辑运算。

控制器是整个微机系统的指挥中心,其主要作用是控制程序的执行。包括对指令进行译码、寄存,并按指令要求完成所规定的 *** 作,即指令控制、时序控制和 *** 作控制。

寄存器用来存放 *** 作数、中间数据及结果数据。

参考资料来源:百度百科:MPU

1、制作工艺

通常我们所说的CPU的“制作工艺”指的是在生产CPU过程中,要进行加工各种电路和电子元件,制造导线连接各个元器件。

通常其生产的精度以微米(长度单位,1微米等于千分之一毫米)来表示,未来有向纳米(1纳米等于千分之一微米)发展的趋势,精度越高,生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件,连接线也越细,提高CPU的集成度,CPU的功耗也越小。

2、接口类型

CPU需要通过某个接口与主板连接的才能进行工作。

CPU经过这么多年的发展,采用的接口方式有引脚式、卡式、触点式、针脚式等。而目前CPU的接口都是针脚式接口,对应到主板上就有相应的插槽类型。CPU接口类型不同,在插孔数、体积、形状都有变化,所以不能互相接插。

3、主频

主频即CPU的时钟频率,计算机的 *** 作在时钟信号的控制下分步执行,每个时钟信号周期完成一步 *** 作,时钟频率的高低在很大程度上反映了CPU速度的快慢。

主频和实际的运算速度存在一定的关系,但并不是一个简单的线性关系。主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度,CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等各方面的性能指标。也就是说,主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。

4、CPU线程

多线程,是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程,进而提升整体处理性能。

具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理或同时多线程处理器。

5、CPU缓存

 CPU缓存位于CPU与内存之间的临时存储器,它的容量比内存小但交换速度快。在缓存中的数据是内存中的一小部分,但这一小部分是短时间内CPU即将访问的,当CPU调用大量数据时,就可避开内存直接从缓存中调用,从而加快读取速度。

由此可见,在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案,这样整个内存储器(缓存+内存)就变成了既有缓存的高速度,又有内存的大容量的存储系统了。缓存对CPU的性能影响很大,主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存间的带宽引起的。 

6、CPU核心

核心又称为内核,是CPU最重要的组成部分。

CPU中心那块隆起的芯片就是核心,是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的,CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构,一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。

CPU出现于大规模集成电路时代
处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。从最初专用于数学计算到广泛应用于通用计算,从4位到8位、16位、32位、64位处理器,从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现,CPU自诞生以来一直在飞速发展。

SOC,或者SoC,是一个缩写,包括的意思有:

1、SoC:System on Chip的缩写,称为芯片级系统,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

2、SOC: Security Operations Center的缩写,属于信息安全领域的安全运行中心。

3、民航SOC:System Operations Center的缩写,指民航领域的指挥控制系统。

4、一个是Service-Oriented Computing,“面向服务的计算”

5、SOC(Signal Operation Control) 中文名为信号 *** 作控制器,它不是创造概念的发明,而是针对工业自动化现状提出的一种融合性产品。

它采用的技术是正在工业现场大量使用的成熟技术,但又不是对现有技术的简单堆砌,是对众多实用技术进行封装、接口、集成,形成全新的一体化的控制器,可由一个控制器就可以完成作业,称为SOC。

6、SOC(start-of-conversion ),启动转换。

7、short-open calibration 短开路校准。

扩展资料:

SoC的定义多种多样,由于其内涵丰富、应用范围广,很难给出准确定义。一般说来, SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。

System on Chip,简称Soc,也即片上系统。从狭义角度讲,它是信息系统核心的芯片集成,是将系统关键部件集成在一块芯片上;从广义角度讲, SoC是一个微小型系统,如果说中央处理器(CPU)是大脑,那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。

国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上,它通常是客户定制的,或是面向特定用途的标准产品。

SoC定义的基本内容主要在两方面:其一是它的构成,其二是它形成过程。

系统级芯片的构成可以是系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU 内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块、含有ADC /DAC 的模拟前端模块、电源提供和功耗管理模块。

对于一个无线SoC还有射频前端模块、用户定义逻辑(它可以由FPGA 或ASIC实现)以及微电子机械模块,更重要的是一个SoC 芯片内嵌有基本软件(RDOS或COS以及其他应用软件)模块或可载入的用户软件等。系统级芯片形成或产生过程包含以下三个方面:

1、基于单片集成系统的软硬件协同设计和验证;

2、再利用逻辑面积技术使用和产能占有比例有效提高即开发和研究IP核生成及复用技术,特别是大容量的存储模块嵌入的重复应用等;

3、超深亚微米(VDSM) 、纳米集成电路的设计理论和技术。

SoC设计的关键技术:

SoC关键技术主要包括总线架构技术、IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SoC验证技术、可测性设计技术、低功耗设计技术、超深亚微米电路实现技术,并且包含做嵌入式软件移植、开发研究,是一门跨学科的新兴研究领域。

参考资料:

百度百科-soc (系统级芯片)

第一章:基本元件
第一节 电阻器
电阻,英文名resistance,通常缩写为R,它是导体的一种基本性质,与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说,I=U/R,那么R=U/I,电阻的基本单位是欧姆,用希腊字母“Ω”表示,有这样的定义:导体上加上一伏特电压时,产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。事实上,“电阻”说的是一种性质,而通常在电子产品中所指的电阻,是指电阻器这样一种元件。师傅对徒弟说:“找一个100欧的电阻来!”,指的就是一个“电阻值”为100欧姆的电阻器,欧姆常简称为欧。表示电阻阻值的常用单位还有千欧(kΩ),兆欧(MΩ)。
一、电阻器的种类
电阻器的种类有很多,通常分为三大类:固定电阻,可变电阻,特种电阻。在电子产品中,以固定电阻应用最多。而固定电阻以其制造材料又可分为好多类,但常用、常见的有RT型碳膜电阻、RJ型金属膜电阻、RX型线绕电阻,还有近年来开始广泛应用的片状电阻。型号命名很有规律,R代表电阻,T-碳膜,J-金属,X-线绕,是拼音的第一个字母。在国产老式的电子产品中,常可以看到外表涂覆绿漆的电阻,那就是RT型的。而红颜色的电阻,是RJ型的。一般老式电子产品中,以绿色的电阻居多。为什么呢?这涉及到产品成本的问题,因为金属膜电阻虽然精度高、温度特性好,但制造成本也高,而碳膜电阻特别价廉,而且能满足民用产品要求。
电阻器当然也有功率之分。常见的是1/8瓦的“色环碳膜电阻”,它是电子产品和电子制作中用的最多的。当然在一些微型产品中,会用到1/16瓦的电阻,它的个头小多了。再者就是微型片状电阻,它是贴片元件家族的一员,以前多见于进口微型产品中,现在电子爱好者也可以买到了(做无线窃听器?)
二、电阻器的标识
这些直接标注的电阻,在新买来的时候,很容易识别规格。可是在装配电子产品的时候,必须考虑到为以后检修的方便,把标注面朝向易于看到的地方。所以在弯脚的时候,要特别注意。在手工装配时,多这一道工序,不是什么大问题,但是自动生产线上的机器没有那么聪明。而且,电阻器元件越做越小,直接标注的标记难以看清。因此,国际上惯用“色环标注法”。事实上,“色环电阻”占据着电阻器元件的主流地位。“色环电阻”顾名思义,就是在电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。有的是用4个色环表示,有的用 5个。有区别么?是的。4环电阻,一般是碳膜电阻,用3个色环来表示阻值,用 1个色环表示误差。5环电阻一般是金属膜电阻,为更好地表示精度,用4个色环表示阻值,另一个色环也是表示误差
色环电阻的规则是最后一圈代表误差,对于四环电阻,前二环代表有效值,第三环代表乘上的次方数。不要怕,记住颜色和数码就行啦,其他的不用记。有一个秘诀:面对一个色环电阻,找出金色或银色的一端,并将它朝下,从头开始读色环。例如第一环是棕色的,第二环是黑色的,第三环是红色的,第四环是金色的,那么它的电阻值是1、0,第三环是添零的个数,这个电阻添2个零,所以它的实际阻值是1000Ω,即1kΩ。
三、可变电阻
可变电阻又称为电位器,电子设备上的音量电位器就是个可变电阻。但是一般认为电位器都是可以被手动调节的,而可变电阻一般都较小,装在电路板上不经常调节。可变电阻有三个引脚,其中两个引脚之间的电阻值固定,并将该电阻值称为这个可变电阻的阻值。第三个引脚与任两个引脚间的电阻值可以随着轴臂的旋转而改变。这样,可以调节电路中的电压或电流,达到调节的效果。
四、特种电阻
光敏电阻 是一种电阻值随外界光照强弱(明暗)变化而变化的元件,光越强阻值越小,光越弱阻值越大。其外形和电路符号如图2所示。如果把光敏电阻的两个引脚接在万用表的表笔上,用万用表的R×1k挡测量在不同的光照下光敏电阻的阻值:将光敏电阻从较暗的抽屉里移到阳光下或灯光上,万用表读数将会发生变化。在完全黑暗处,光敏电阻的阻值可达几兆欧以上(万用表指示电阻为无穷大,即指针不动),而在较强光线下,阻值可降到几千欧甚至1千欧以下。
利用这一特性,可以制作各种光控的小电路来。事实上街边的路灯大多是用光控开关自动控制的,其中一个重要的元器件就是光敏电阻(或者是光敏三级管,一种功能相似的带放大作用的半导体元件)。光敏电阻是在陶瓷基座上沉积一层硫化镉(CdS)膜后制成的, 实际上也是一种半导体元件。新村里声控楼道灯在白天不会点亮,也是因为光敏电阻在起作用。我们可以用它制作电子报晓鸡,清晨天亮时喔喔叫。
热敏电阻是一个特殊的半导体器件,它的电阻值随着其表面温度的高低的变化而变化。它原本是为了使电子设备在不同的环境温度下正常工作而使用的,叫做温度补偿。新型的电脑主板都有CPU测温、超温报警功能,就是利用了的热敏电阻。
第二节 电容器
电子制作中需要用到各种各样的电容器,它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似,通常简称其为电容,用字母C表示。顾名思义,电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多,但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质(固体、气体或液体)所隔开,就构成了电容器。两片金属称为的极板,中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容,最多见的是电解电容和瓷片电容。
不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉(F)。但实际上,法拉是一个很不常用的单位,因为电容器的容量往往比1法拉小得多,常用微法(μF)、纳法(nF)、皮法(pF)(皮法又称微微法)等,它们的关系是:1法拉(F)= 1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)
在电子线路中,电容用来通过交流而阻隔直流,也用来存储和释放电荷以充当滤波器,平滑输出脉动信号。小容量的电容,通常在高频电路中使用,如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点,一般1μF以上的电容均为电解电容,而1μF以下的电容多为瓷片电容,当然也有其他的,比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳,里面充满了电解质,并引出两个电极,作为正(+)、负(-)极,与其它电容器不同,它们在电路中的极性不能接错,而其他电容则没有极性。
把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上,过一会儿即使把电源断开,两个引脚间仍然会有残留电压(学了以后的教程,可以用万用表观察),我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压,积蓄起电能,这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程,称为电容器的放电。
举一个现实生活中的例子,我们看到市售的整流电源在拔下插头后,上面的发光二极管还会继续亮一会儿,然后逐渐熄灭,就是因为里面的电容事先存储了电能,然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波,不知你有没有用整流电源听随身听的经历,一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容,造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容(1000μF,注意正极接正极),一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响,都要用至少1万微法以上的电容器来滤波,滤波电容越大,输出的电压波形越接近直流,而且大电容的储能作用,使得突发的大信号到来时,电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时,大电容的作用有点像水库,使得原来汹涌的水流平滑地输出,并可以保证下游大量用水时的供应。
电子电路中,只有在电容器充电过程中,才有电流流过,充电过程结束后,电容器是不能通过直流电的,在电路中起着“隔直流”的作用。电路中,电容器常被用作耦合、旁路、滤波等,都是利用它“通交流,隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢?我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变,它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上,电容器连续地充电、放电,电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。
电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压,电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为63V,10V,16V,25V,50V等。
第三节 电感器
电感器在电子制作中虽然使用得不是很多,但它们在电路中同样重要。我们认为电感器和电容器一样,也是一种储能元件,它能把电能转变为磁场能,并在磁场中储存能量。电感器用符号L表示,它的基本单位是亨利(H),常用毫亨(mH)为单位。它经常和电容器一起工作,构成LC滤波器、LC振荡器等。另外,人们还利用电感的特性,制造了阻流圈、变压器、继电器等。
电感器的特性恰恰与电容的特性相反,它具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。
小小的收音机上就有不少电感线圈,几乎都是用漆包线绕成的空心线圈或在骨架磁芯、铁芯上绕制而成的。有天线线圈(它是用漆包线在磁棒上绕制而成的)、中频变压器(俗称中周)、输入输出变压器等等。
实物图和电路符号见图
变压器 是由铁芯和绕在绝缘骨架上的铜线圈线构成的。绝缘铜线绕在塑料骨架上,每个骨架需绕制输入和输出两组线圈。线圈中间用绝缘纸隔离。绕好后将许多铁芯薄片插在塑料骨架的中间。这样就能够使线圈的电感量显著增大。变压器利用电磁感应原理从它的一个绕组向另儿个绕组传输电能量。变压器在电路中具有重要的功能:耦合交流信号而阻隔直流信号,并可以改变输入输出的电压比;利用变压器使电路两端的阻抗得到良好匹配,以获得最大限度的传送信号功率。
电力变压器就是把高压电变成民用市电,而我们的许多电器都是使用低压直流电源工作的,需要用电源变压器把220V交流市电变换成低压交流电,再通过二极管整流,电容器滤波,形成直流电供电器工作。电视机显象管需要上万伏的电压来工作,是由“行输出变压器”供给的。
当然,电源变压器也有其不少缺点,例如功率与体积成正比,笨重、效率低等,现在正在被新型的“电子变压器”所取代。电子变压器一般是“开关电源”,电脑工作需要的几组电压就是开关电源供给的,彩电、显示器中更是无一例外地使用了开关电源。
继电器 就是电子机械开关,它是用漆包铜线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈,当线圈中流过电流时,圆铁芯产生了磁场,把圆铁芯上边的带有接触片的铁板吸住,使之断开第一个触点而接通第二个开关触点。当线圈断电时,铁芯失去磁性,由于接触铜片的d性作用,使铁板离开铁芯,恢复与第一个触点的接通。因此,可以用很小的电流去控制其他电路的开关。整个继电器由塑料或有机玻璃防尘罩保护着,有的还是全密封的,以防触电氧化。
第一节 二极管
半导体是一种具有特殊性质的物质,它不像导体一样能够完全导电,又不像绝缘体那样不能导电,它介于两者之间,所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅(读“gui”)和锗(读“zhe”)。我们常听说的美国硅谷,就是因为起先那里有好多家半导体厂商。
二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。很久以前,人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播,这种矿石后来就被做成了晶体二极管。
二极管最明显的性质就是它的单向导电特性,就是说电流只能从一边过去,却不能从另一边过来(从正极流向负极)。我们用万用表来对常见的1N4001型硅整流二极管进行测量,红表笔接二极管的负极,黑表笔接二极管的正极时,表针会动,说明它能够导电;然后将黑表笔接二极管负极,红表笔接二极管正极,这时万用表的表针根本不动或者只偏转一点点,说明导电不良。(万用表里面,黑表笔接的是内部电池的正极)
常见的几种二极管如图所示。其中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。图2是二极管的电路符号,像它的名字,二极管有两个电极,并且分为正负极,一般把极性标示在二极管的外壳上。大多数用一个不同颜色的环来表示负极,有的直接标上“-”号。大功率二极管多采用金属封装,并且有个螺帽以便固定在散热器上。
利用二极管单向导电的特性,常用二极管作整流器,把交流电变为直流电,即只让交流电的正半周(或负半周)通过,再用电容器滤波形成平滑的直流。事实上好多电器的电源部分都是这样的。二极管也用来做检波器,把高频信号中的有用信号“检出来”,老式收音机中会有一个“检波二极管”,一般用2AP9型锗管。
二极管的类型也有好几种,对于电子制作来说,常常用到以下的二极管: 用于稳压的稳压二极管,用于数字电路的开关二极管,用于调谐的变容二极管,以及光电二极管等,最常看见的是发光二极管。
发光二极管在日常生活电器中无处不在,它能够发光,有红色、绿色和**等,有直径3mm、5mm和2×5mm长方型的的。与普通二极管一样,发光二极管也是由半导体材料制成的,也具有单向导电的性质,即只有接对极性才能发光。发光二极管符号比一般二极管多了两个箭头,示意能够发光。通常发光二极管用来作电路工作状态的指示,它比小灯泡的耗电低得多,而且寿命也长得多。用发光二极管,还可以构成电子显示屏,证券交易所里的显示屏就是由发光二极管点阵构成的,只是因为各种色彩都是由红绿蓝构成,而蓝色发光二极管在以前还未大量生产出来,所以一般的电子显示屏都不能显示出真彩色。
发光二极管的发光颜色一般和它本身的颜色相同,但是近年来出现了透明色的发光管,它也能发出红黄绿等颜色的光,只有通电了才能知道。 辨别发光二极管正负极的方法,有实验法和目测法。实验法就是通电看看能不能发光,若不能就是极性接错或是发光管损坏。
注意发光二极管是一种电流型器件,虽然在它的两端直接接上3V的电压后能够发光,但容易损坏,在实际使用中一定要串接限流电阻,工作电流根据型号不同一般为1mA到3OmA。另外,由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上,所以一节1.5V的电池不能点亮发光二极管。同样,一般万用表的R×1档到R×1K档均不能测试发光二极管,而R×10K档由于使用15V的电池,能把有的发光管点亮。
用眼睛来观察发光二极管,可以发现内部的两个电极一大一小。一般来说,电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极,电极较大的一个是它的负极。若是新买来的发光管,管脚较长的一个是正极。
第二节 三极管
半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观如图,大的很大,小的很小。三极管的电路符号有两种:有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。
电子制作中常用的三极管有90××系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等,它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则,电子爱好者最好还是了解一下:
第一部分的3表示为三极管。第二部分表示器件的材料和结构,A: PNP型锗材料 B: NPN型锗材料 C: PNP型硅材料 D: NPN型硅材料 第三部分表示功能,U:光电管 K:开关管 X:低频小功率管 G:高频小功率管 D:低频大功率管 A:高频大功率管。另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。
转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。
三极管还可以作电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器。
第三节 可控硅
可控硅也称作晶闸管,它是由PNPN四层半导体构成的元件,有三个电极,阳极A,阴极K和控制极G 。
可控硅在电路中能够实现交流电的无触点控制,以小电流控制大电流,并且不象继电器那样控制时有火花产生,而且动作快、寿命长、可靠性好。在调速、调光、调压、调温以及其他各种控制电路中都有它的身影。
可控硅分为单向的和双向的,符号也不同。单向可控硅有三个PN结,由最外层的P极和N极引出两个电极,分别称为阳极和阴极,由中间的P极引出一个控制极。
单向可控硅有其独特的特性:当阳极接反向电压,或者阳极接正向电压但控制极不加电压时,它都不导通,而阳极和控制极同时接正向电压时,它就会变成导通状态。一旦导通,控制电压便失去了对它的控制作用,不论有没有控制电压,也不论控制电压的极性如何,将一直处于导通状态。要想关断,只有把阳极电压降低到某一临界值或者反向。
双向可控硅的引脚多数是按T1、T2、G的顺序从左至右排列(电极引脚向下,面对有字符的一面时)。加在控制极G上的触发脉冲的大小或时间改变时,就能改变其导通电流的大小。
与单向可控硅的区别是,双向可控硅G极上触发脉冲的极性改变时,其导通方向就随着极性的变化而改变,从 而能够控制交流电负载。而单向可控硅经触发后只能从阳极向阴极单方向导通,所以可控硅有单双向之分。
电子制作中常用可控硅,单向的有MCR-100等,双向的有TLC336等。
第四节 集成电路
集成电路是一种采用特殊工艺,将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件,英文为缩写为IC,也俗称芯片。集成电路是六十年代出现的,当时只集成了十几个元器件。 后来集成度越来越高,也有了今天的P-III。
集成电路根据不同的功能用途分为模拟和数字两大派别,而具体功能更是数不胜数,其应用遍及人类生活的方方面面。集成电路根据内部的集成度分为大规模中规模小规模三类。其封装又有许多形式。“双列直插”和“单列直插”的最为常见。消费类电子产品中用软封装的IC,精密产品中用贴片封装的IC等。
对于CMOS型IC,特别要注意防止静电击穿IC,最好也不要用未接地的电烙铁焊接。使用IC也要注意其参数,如 工作电压,散热等。数字IC多用+5V的工作电压,模拟IC工作电压各异。集成电路有各种型号,其命名也有一定规律。一般是由前缀、数字编号、后缀组成。前缀表示集成电路的生产厂家及类别,后缀一般用来表示集成电路的封装形式、版本代号等。常用的集成电路如小功率音频放大器LM386就因为后缀不同而有许多种。LM386N是美国国家半导体公司的产品,LM代表线性电路,N代表塑料双列直插。这里有各大IC生产公司的商标及其器件型号前缀。
集成电路型号众多,随着技术的发展,又有更多的功能更强、集成度更高的集成电路涌现,为电子产品的生产制作带来了方便。在设计制作时,若没有专用的集成电路可以应用,就应该尽量选用应用广泛的通用集成电路,同时考虑集成电路的价格和制作的复杂度。在电子制作中,有许多常用的集成电路,如NE555(时基电路)、LM324(四个集成的运算放大器)、TDA2822(双声道小功率放大器)、KD9300(单曲音乐集成电路)、LM317(三端可调稳压器)等。
第一节 三端稳压IC
电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。故名思义,三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出,分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管,TO-220的标准封装,也有9013样子的TO-92封装。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压,如7806表示输出电压为正6V,7909表示输出电压为负9V。
78/79系列三端稳压IC有很多电子厂家生产,80年代就有了,通常前缀为生产厂家的代号,如TA7805是东芝的产品,AN7909是松下的产品。(点击这里,查看有关看前缀识别集成电路的知识)
有时在数字78或79后面还有一个M或L,如78M12或79L24,用来区别输出电流和封装形式等, 其中78L调系列的最大输出电流为100mA, 78M系列最大输出电流为1A,78系列最大输出电流为1.5A。它的封装也有多种,详见图。塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点,因此用得比较多。 79系列除了输出电压为负。引出脚排列不 同以外,命名方法、外形等均与78系列的相同。
因为三端固定集成稳压电路的使用方便,电子制作中经常采用,可以用来改装分立元件的稳压电源,也经常用作电子设备的工作电源。电路图如图所示。
注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错,不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V,否则不能输出稳定的电压,一般应使电压差保持在4-5V,即经变压器变压,二极管整流,电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。
在实际应用中,应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器(当然小功率的条件下不用)。当稳压管温度过高时,稳压性能将变差,甚至损坏。
当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源,通常采用几块三端稳压电路并联起来,使其最大输出电流为N个1.5A,但应用时需注意:并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品,以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量,以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。
第二节 语音集成电路
电子制作中经常用到音乐集成电路和语言集成电路,一般称为语言片和音乐片。它们一般都是软包封,即芯片直接用黑胶封装在一小块电路板上。语音IC一般还需要少量外围元件才能工作,它们可直接焊到这块电路板上。
别看语音IC应用电路很简单,但是它确确实实是一片含有成千上万个晶体管芯的集成电路。其内部含有振荡器、节拍器、音色发生器、ROM、地址计算器和控制输出电路等。 音乐片内可存储一首或多首世界名曲,价格很便宜,几角钱一片。音乐门铃都是用这种音乐片装的,其实成本很低。
不同的语言片内存储了各种动物的叫声,简短语言等,价格要比音乐片贵些。但因为有趣,其应用越来越多。 会说话的计算器、倒车告警器、报时钟表等。语音电路尽管品种不少,但不能根据用户随时的要求发出声音, 因为商品化的语音产品采用掩膜工艺,发声的语音是做死的,使成本得到了控制。
一般语音集成电路的生产厂家都可以特别定制语音的内容,但因为要掩模,要求数量千片以上。近年来出现的OTP语音电路解决了这一问题。OTP就是一次性可编程的意思,就是厂家生产出来的芯片,里面是空的,内容由用户写入(需开发设备),一旦固化好,再也不能擦除,信息也就不会丢失。它的出现为开发人员试制样机提供了方便,特别适合于小批量生产。
业余制作采用可录放的语言电路是十分方便的,UM5506、ISD1400、ISD2500等,外围元件极少。bitbaby第一次知道可录放语音集成电路,是在九几年的无线电杂志上,记得那时是UM5101和T6668,都是用41256等DRAM的。那时多想有那么一套,不用磁带就可以录音的怪物,还能在放音时随意变调呢。早期的数码留言机也用它们,由于使用DRAM,如果没有后备电池,一旦断电后,所有的信息都会丢失。


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