2024-7-8，星期一，20:23，天氣：晴，心情：晴。今天沒有什么特殊的事情發生，周末休息了兩天，周一回來繼續學習啦，加油加油！！！

今日完成模電自選教材第二章內容的學習，開始第三章（BJT）的學習，主要學習內容為：三極管BJT的結構（晶體管電壓/電流+β+晶體管特性曲線/截止與飽和+直流負載線（Q點））；單片機方面，開始學習單片機自選教材的第五章內容（數碼管基礎與真值表）

一、雙極結型三極管BJT（續）

1. BJT的結構（續）

（1）晶體管電流：對下圖使用基爾霍夫電流定律（KVL）有發射極電流IE是集電極電流IC和基極電流IB的和，即：IE?= IC?+ IB。因為與IE和IC相比，基極電流IB很小，所以可以忽略不計，故上式近似位IE?≈ IC，具體實際情況如下圖所示：

（2）直流β（βDC）

當BJT在一定的限制條件下工作室，集電極電流與基極電流成比例，晶體管的電流增益β為直流集電極電流與直流基極電流之比，即β = IC?/ IB。βDC稱為電流增益的比例常數（手冊上常表示為hFE），只要晶體管工作在線性區域它就有效，即此時IE?≈ IC?=? βDC?· IB。一般情況下，βDC的變化范圍很大，與晶體管的類型有關，但是有時兩個同類型的晶體管電流增益也會有很大差別，所以，好的放大器電路的設計并不依賴特定的βDC的值進行工作。

（3）晶體管電壓：下圖給出了晶體管的三個直流偏置電壓，即發射極電壓（VE），集電極電壓（VC）和基極電壓（VB），這些電壓都是以地為參考點的電壓，所以用單下標表示（三個極的直流偏置電壓用重復下標表示），對紅色箭頭指出的回路應用基爾霍夫電壓定律（KVL）可得集電極電壓等于直流電源電壓減去RC兩端電壓，即：VC?= VCC?- ICRC。（這里兩端的高低電位已在圖中標出，對于晶體管，多數載流子為自由電子的n端為負極，多數載流子為空穴的p端為正極）。此外，當一個晶體管處于正常工作狀態時，發射結二極管壓降VBE?≈ 0.7V，這表明，基極電壓比發射極電壓大一個二極管壓降，即：VB?= VE?+ VBE?= VE?+ 0.7V

（4）BJT的特性曲線

• 基極-發射極特性：下圖為發射結的I-V特性曲線，可以看到發射結特性曲線與普通二極管相同，所以可以用以前學習的任意一種模型對其進行等效（開關模型，開關-電源模型，開關-電源-電阻模型）。從上述分析我們可以認為，在BJT 的故障檢測中，我們可以通過查看發射結（正向偏置）兩端的電壓是否為0.7V來判斷BJT是否導通：如果電壓為0則BJT沒有導通；如果電壓遠大于0.7V，則很有可能該BJT發射結開路（此時測得的為基極直流偏置電源電壓VBB）。

• 集電極特性曲線：從上面的學習中可以知道，發射極電流與基極電流成比例（IC?= βDCIB），所以，如果想劃出一條集電極的特性曲線，則必須選定一個基極電流IB，如下圖，則為一條集電極I-V特性曲線（反應IC隨VCE變化的曲線）：

從上圖可以看出，當VCC為0時，VCE和IC均為0，隨著VCC的增大，VCE與IC也均隨之增大（圖中AB區域內的曲線），當VCE達到0.7V時，集電結反偏（VB?< VC），IC達到最大值βDCIB，理想情況下，隨VCE的繼續增大，IC將保持不變（集電結反偏BJT導通，相當于導線），如BC段曲線表示，但是實際上，隨著VCE的繼續增大，IC也會略有增大（主要因為集電結寬度變寬，導致基區復合的空穴數減少），在A—>B的過程中，IC上升的斜率由正向厄爾利電壓決定。

將IB設置為其他固定值，就可以生成IC與VCE之間的其他曲線，如下圖所示，這些曲線組成了特定晶體管的集電極曲線組。

（5）截止和飽和：

• 當IB?= 0時，晶體管處于截止狀態，此時集電極電流幾乎為0（除了一個可忽略的非常小的集電極泄露電流ICEO），在截止狀態下，發射極和集電極都處于反向偏置，此時，集電極和發射極兩端的電壓幾乎等于電源電壓。

• 當發射結正向偏置且基極電流增大時，隨著基極電流的增大，集電極電流也逐步增大，RC兩端的壓降增大，根據基爾霍夫電壓定律（KVL）可知，VCE減少，當基極電流足夠高時，集電極直流偏置電源電壓（VCC）全部加在RC兩端，集電極和發射極兩端沒有電壓（VCE=0），這種功能工作狀態稱為飽和狀態。這種狀態下的電流為飽和電流：IC(sat)? = VCC?/ RC，一旦基極電流足夠高，使電路達到飽和狀態，進一步增加基極電流也不會影響集電極電流，此時BJT不具有放大作用（IC?= βDCIB不成立）。在實際情況下，處于飽和狀態的BJT，其集電極和發射機之間會有一個非常小的壓降（0.1V），這可以作為故障檢測的一個重要參數。

（6）直流負載線：對一個簡單的三極管電路進行戴維南等效，等效電路如下圖所示：

從上面給出的戴維南等效電路可以看出，該戴維南等效電源（VCC?+ RC）能夠提供的最小和最大電流為0和VCC?/ RC（即BJT的截止和飽和電流），即飽和點和截止點僅取決于等效戴維南電源，與晶體管無關，故截止點與負載點之間的一條線段為該電路的直流負載線，該線段給出了該BJT電路的所有直流工作點：

因為，直流負載線與晶體管本身無關，故可以將一條支流負載線疊加到一族BJT特性曲線上，任何IC值以及VCE值都將位于這條直線上。

（7）Q點：對于下面晶體管電路，其BJT特性曲線族與直流負載線均已給出：

基極電流IB與負載線的交叉點為電路的靜態點（Q點），從第一張圖可以看出，基極電阻兩端電壓為：VRB?= VBB?- VBE?= 12 - 0.7 = 11.3V，則對應的基極電流IB?= VRB/RB?= 11.3μA，則通過在10μA~15μA晶體管特性曲線之間進行插值就可以得出Q點（IB?= 11.3μA）。

二、數碼管的學習

1. 數碼管的基本介紹

下圖為數碼管的原理圖，從圖中看出，一個數碼管共有a、b、c、d、e、f、g、dp這8個段，每一段都是一個LED小燈，所以一個數碼管就是由8個LED小燈組成的：

數碼管內部的結構示意圖如下：

從上圖可以看出，數碼管分為共陽和共陰兩種，共陽是8只LED小燈的陽極是連接在一起的（com端），由陰極控制小燈的亮滅；同理，共陰是8只LED小燈的陰極是連接在一起的（com端），由陽極控制LED小燈的亮滅。設計2種LED小燈的目的由兩個：一個是2種小燈可以起到對稱的效果；另一個更重要的是，公共端com流過的電流較大（并聯分流），用兩個com可以把公共電流平均到2個引腳上去，降低單條線路承受的電流。

從上圖可以看出，本次使用的單片機數碼管模塊共有8個數碼管，且是共陰極連接的（8個LED的陽極并聯一起引出），由74HC245（U4）和74HC138（U5）控制使能的：

以最左邊的數碼管為例，間接數碼管的工作工程，因為本單片機的IO口外部都增加了外部上拉電阻，因此74HC138譯碼器的P22、P23、P24引腳默認是高電平，根據38譯碼器的工作特點，此時Y7腳即LED輸出低電平有效（0b111 = 7），而數碼管的a~dp連接在74HC245驅動芯片輸出口，由P0端口控制，所以只要P0端口輸出高電平，此時數碼管兩端就有電位差，可以點亮小燈。

2. 數碼管的真值表

從上述分析來看，若要使數碼管中相應的小燈亮滅，則首先需要控制74HC138譯碼器，使其控制的對應數碼管可以點亮，然后對P0端口進行控制，用于點亮不同的LED小燈。例如，若想控制左邊第一個數碼管（數碼管8）顯示數字1，則需要先設置74HC138（U5），是P22=P23=P24=1，然后設置74HC245（U4）使P0端口的值，使b、c兩個LED小燈處于高電平，即0b000000110 = 0x06，程序如下：

顯示結果如下：

綜上，可以逐一寫出數碼管的真值表：

注意，以上為共陰極數碼管的真值表，共陽極可自行推導。