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手机和手机中的元器件及电子电路基础


手机和手机中的元器件及电子电路基础(一)
第一节手机概述 手机在移动通信中, 被称为移动台 (Mobile Phone), 由移动终端 (MS)和客户识别卡 (SIM) 组成,它是集无线电和电子计算机技术的综合产物,无线电技术的飞速发展,推动了手机从 第一代模拟制式 (1G) 第二代 GSM、 (2G) 、 CDMA 数字制式到第三代 WCDMA、 CDMA2000 和 TD-SCDMA 技术的多媒体数字制式(3G) 手机最基本的功能就是接、打电话,随着社会的发展,人们对手机的要求越来越高,从 早期的体积较大,功能较少,发展到今天的体积小、重量轻、功能全,如彩屏、彩信、上网、 游戏、收音、录音、和弦、MP3、照相、摄像、掌上电脑、卫星定位、收看电视、多频手机 等人性化智能功能。给人们的生活和工作带来极大的方便和乐趣 当前,我国的移动通信运营商有两家,即中国移动通信和中国联通,两家电信运营商都 开通了 GSM 频段,(如中国移动的 135、136、137、138、139,中国联通 130、131),中国 联通开通了 CDMA 通信业务(133),中国电信和中国网通还开通了小灵通业务;小灵通业务 只能说是固定电话业务的补充,还不能算真正意义的移动通信业务 手机的品牌型号比较多,尽管结构有所不同,除特有的功能需要专用电路外,总体的电 路原理和结构基本相同。熟悉并且了解手机的工作原理,就具备了举一反三的效果 手机的功能越来越多,价位却越来越低;普及率越来越高,损坏的几率也相应增多,这 就要求手机维修人员,一定要懂得手机的基本结构、电路原理;熟悉常见维修工具仪器以及 软件维修仪的使用;掌握必要的故障判断方法和检修技巧,才能做好手机维修服务工作,适 应市场和社会的需要 第二节 电的基本概念 世界上任何物质都是由分子或原子组成的, 原子又由原子核和核外电子组成 (见右图) , 在正常情况下,原子核所带的正电荷与原子核周围的负电荷数量相等,原子呈现中性,所以 物体对外不显示带电的性质,当受外力磨擦时,其中一个必然失去一种电荷、另一个将得到 一种电荷,若失去正电荷,负电荷的数量多于正电荷,这个物体就带负电荷;反之就带正电 荷 如两个玻璃棒分别与丝绸磨擦后,均带有同性电荷,用绳子吊起靠近时出现排斥力;若 玻璃棒与丝绸磨擦后,再与毛皮磨擦过的橡胶棒靠近时,因与两种不同物质磨擦后,带有不 同极性的电荷,出现吸引力 以上的现象说明:磨擦生电、电分正负,电的性质是:同性相斥、异性相吸 带电物体所带电荷的数量叫“电量”,电荷用 Q 表示,电量的单位是库仑,1 库仑约等 于 6.24×1018 个电子所带的电量 一、电的种类及特性 按照电的不同种类和特性,分为直流电和交流电两种: 1、电流:电荷在电场的作用下定向移动,就形成了电流 2、直流电:电流的大小和方向不随时间变化,即正负极性始终不会改变,用“DC”表 示,如电池、蓄电瓶等产生的电流。 3、交流电:电流的大小和方向(即正负极性)随时间而变化,用“AC”表示,交流电

又分为交流电源(作为能量如我们电灯用的电)和交流信号(空中的电磁波)。 4、周期:交流电变化一次(一正一负)用的时间,用 T 表示。 5、频率:一秒内交流电变化的次数(周期数),用 F 表示,我们照明电灯用的电源频 率为 50Hz。 单位:Hz(赫兹)、KHz(千赫)、MHz(兆赫) 1MHz=1000KHz 1KHz=1000Hz 直流电的大小和方向在单位时间内不会变化, 没有频率; 凡提到 “频率” 的均为交流电, 单位时间内交流电变化次数(周期)多的叫“高频”;反之为“低频” 通常把人耳可以听到的频率(每秒变化 20~20KHz)叫“低频”,也称“音频”,好的 音响设备可以发出悦耳的音乐, 就是它的音频范围较宽, 能把高、 中、 低频尽量的展现出来, 即频带宽、音质好。 二、电路的结构及状态 电路由若干元件组成,目的是把电能转换成其它能量,以实现特定功能,最基本的电路 是由电源、用电器(负载)、导线、开关组成。 以手电筒为例,它由电池、灯泡、导线、开关组成(见图①),按照电路和不同状态分 为通路、断路、短路三种: 1、 通路: 也叫回路, 即合上开关接通电源, 电荷从电池的正极出发, 经过灯泡 (发光) 、 导线、开关回到负极构成回路(图②) 电荷在通过负载时, 进行能量转换, 如通过灯泡时转换为光能, 通过烙铁时转换为热能, 通过电机时转换为机械能。 2、断路:也叫开路,断开开关,电源构不成回路,不能做功(图③)。 3、短路:也叫连线,电荷没有经过用电器,而是正、负极直接短接,短路时电流最大, 容易损坏用电器(图④)。 从上分析可知:电路正常工作用通路;不工作用断路;应避免短路。 常用电路符号: 三、电压和电流 1、电压:电路中任意两点之间的电位差。电压用“U”表示。 单位:V(伏)、mV(毫伏)、uV(微伏)1V=1000mV 1mV=1000uV 如图①所示,两个 1.5V 之间没有电位差,即 A、B 两点之间没有电压。 图②所示,3V 和 1.5V 之间电位相差 1.5V,即 A、B 两点有 1.5V 电压。 手机中的电池电压多为 3.6V,电路中多使用 V、mV,uV 较小一般不用。 2、电流:在一个闭合的电路中,有电压存在就会产生电流,电流的大小,取决于负载 阻值的大小,电流用“I”表示,如同水从高到低运动形成水流的道理一样,电流的方向是 从高电位到低电位。 单位:A(安)、mA(毫安)、uA(微安) 1A=1000mA 1mA=1000uA 手机维修中的电流多用 A、mA;uA 较小不使用。 3、电压与电流的关系:根据欧姆定律,I=U/R。

手机和手机中的元器件及电子电路基础(二)
王 赟 第三节手机中的元器件 各种电路均由多种电子元件组成, 每种元件各有不同的特性和不同的用途, 由于手机的 体积较小,大多使用没有引脚的贴片元件,只有认识和了解各种元器件,才能懂得电路的结 构原理,掌握分析、判断和检修技巧。 一、电阻 电流在电路中受到的阻力叫电阻。符号:用“R”表示。 单位:Ω(欧姆)、KΩ(千欧)、MΩ(兆欧) 1MΩ=1000KΩ 1KΩ=1000Ω 1、电阻的结构:在绝缘体上(通常为陶瓷)涂上一层导电材料(形成一层膜),根据 涂层的厚薄形成电阻值大小不同的电阻, 如涂的导电材料是碳就叫碳膜电阻; 若涂的是金属 就叫金属膜电阻,手机中的电阻采用体积较小的贴片元件。 2、 电阻的识别: 按照电阻外形体积大小可分为厚膜片状电阻 3.2×1.6 和薄膜贴片电阻 (0201,0402,0603,0805 等,如 0201 长宽比为 2 毫米×1 毫米),贴片电阻的阻值有的 会印制在电阻表面, 前两位是有效数字, 第三位是 0 的个数, 473, 如 即阻值为 47×103=47000 Ω;若阻值小于 10Ω,用“R”表示,如 2R1,即 2.1Ω,R 代表小数点。 3、电阻的作用:电阻主要作用是给电路各部位提供相应的工作电压;与电容一起组成 RC 滤波,在信号通路中对信号进行衰减等,按照电阻之间连接关系,电路中常见有电阻的 串联和并联两种。 ⑴、串联:两个或多个电阻首尾相接在电路中,使电流只有一条通路,叫串联。 电压在所串电阻上产生电压降, 电压降与电阻的阻值成正比, 即串联电阻的作用是降压, 电阻越大产生的电压降越大;电阻越小产生的电压降越小,并且电阻的阻值越串越大,总电 阻等于各电阻之和,即 R=R1+R2。 若两个电阻串联,作用是分压,两个电阻值相同,各分总电压的一半;电阻阻值大的, 分得较高电压,阻值小的分得低电压,电阻分压常用于三极管的基极偏置等电路。 ⑵并联:若干个电阻,首与首连接,尾与尾连接,接到一个电源上叫并联。 电阻并联的作用是分流, 有几个电阻就有几路电流, 电阻的阻值越小流过的电流就越大; 电阻的阻值越大流过的电流就越小,I=I1+I2,U=U1=U2。 即电流与电阻成反比,电阻并联后总的电阻值减小,若两个相同阻值的电阻并联,总电 阻减小一倍;两个不同阻值的电阻并联,总电阻比最小的那个阻值还要小,可用 R=R1+R2/R1R2 计算。 4、电阻的种类 ⑴、组合电阻:手机电路中的电阻,大部分为独立的,也有双排、四排等组合电阻,排 阻的阻值通常大小相同,有时也有三个组成π型滤波器。 ⑵、跨接电阻:一般为零欧阻值,串接在电路中,便于测量电路的电流等数值。

⑶、热敏电阻:具有温度上升阻值下降的特性,常用于充电电池温度检测电路。 ⑷、压敏电阻:起保护作用,当连接压敏电阻的电路电压超过额定值时,压敏电阻的阻 值会瞬间减小,起到降低电压分流的保护作用,常用于手机中键盘或尾插等接口电路,若压 敏电阻损坏,可取下不用。 4、电阻在手机中的外形及应用: 手机中的电阻多为中间黑色,两端白(焊盘,焊接点),外形尺寸大小有 0402(长 4 毫 米,宽 2 毫米),0805(长 8 毫米,宽 5 毫米),普通炭膜电阻允许阻值误差 10~20%。 二、电容器: 可以储存电荷的元件叫电容器(如同水杯叫水容器),用“C”表示。 单位:F(法)、uF(微法)、pF(皮法) 1F=1000000uF 1uF=1000000pF 1、电容器的结构:两个金属板靠近(形成极板)中间绝缘,引出两个导线,就形成一 个平板电容器(符号就是它的结构),极板之间充填什么绝缘材料叫什么电容,如充填陶瓷 叫瓷介电容、充填云母叫云母电容、充填涤纶叫涤纶电容等等。 2、电容器的基本特性: 可以容纳电荷(存电)和释放电荷(放电) 世界上物质都是由浓度大向浓度小的方向运动,一个不带电荷的电容器接到直流电路 上, 电池上的电荷将通过导线电容器的极板上运动, 使电容器的两个极板上分别带上不同极 性的电荷,由于电荷的性质是异性相吸引,在异性电荷吸引力的作用下,电容器储存了电荷 并且不会自动放掉,这就是电容器可以容纳电荷的原理。 如果把电容器的两个电极短路, 两个极板上所带的不同极性而数量相等的电荷相互抵消 而把电放掉。 即:使电容器带上电荷叫充电,使电容器去掉电荷叫放电。 3、影响电容大小的因素: 极板的面积越大,储存电荷的数量就多,容量就越大;极板的距离越近,异性电荷的吸 引力就大,容量也越大。即极板的面积与容量成正比,极板的距离与容量成反比。 4、电容器的作用: 隔直流、通交流、通高频、阻低频。 隔直流:电容器接到直流电路上,由于电源要给电容充电,并且瞬间即可充满电荷,电 路中串接的灯泡闪一下就熄灭。因为当极板上充满电荷时,电路中没有电荷运动,等效于断 路,取下或装上电容,灯泡均不会发光,所以电容器是隔直流。 通交流:由于交流电电压也是正负交替变化的,正半周时,两个极板充得上正下负的电 压;负半周时两个极板充的上负下正的电压,即两个极板上正半周时充电负半周时放电,周 而复始, 电路中电荷不断的运动,所串的灯泡一直发光,说明电容器可以通交流(见右图) 。 并且频率高的通过的多(通高频);频率低的通过的少(阻低频)。 5、电容器的串并联: ⑴、串联: 电容器串联后,根据加电的极性,各极板均充得左正右负的电压,相邻两个极板所带的 异性电荷相互抵消,只剩下边缘的两个极板带有电荷,等效于增大了极板的距离,总的容量 减小,但耐压值提高(手机的电压较低,一般不考虑耐压)。C=C1+C2/C1C2

⑵、并联: 电容器并联后, 相邻极板所加电压极性相同, 等效于增大了极板的面积, 总的容量增大, 但只能按其中最小耐压值加电压。C=C1+C2 6、电容器的外形: ⑴、无极性电容:焊接时不分方向。通常中间是咖啡色或灰白色,两端白色(焊盘); ⑵、电解电容:分正、负极,安装时注意极性。一般是黄色,有红线一端为正极;或黑色, 有白线一端为正极。 无极性电容容量较小,一般用于高频电路;电解电容容量较大有极性,一般用于低频电 路。和排电阻一样,手机电路中也有排电容,通常四排较多,排容的容量相同。 7、电容器的应用: 电容器在电路中常用于耦合、滤波、振荡等。 三、电感器: 电感器是用绝缘导线绕成的线圈。 有空心电感、 磁芯电感和铁芯电感等。 用“L” 表示。 单位:H(亨)、mH(毫亨)、uH(微亨) 1H=1000mH 1mH=1000uH 1、电感器与磁场: 导线通电后,周围就产生了磁场。如用绝缘导线绕在一个大铁钉上,通电后大铁钉可以 吸引较小的铁制品, 断电后小的铁制品脱落。 说明线圈通电后产生了磁场, 断电后磁场消失, 这种带磁特性叫软磁;如永久带有吸铁性质的物品叫硬磁(磁铁)。即线圈属于软磁,磁铁 属于硬磁。 任何一个磁场,均有磁力线构成回路。如同电荷分正、负一样,磁体有 N、S 极之分; 电荷运动的方向是从正到负,磁力线的方向是从 N 极到 S 极,并且磁与电的性质相同,均为 同性相排斥、异性相吸引。 一根导线通电后,产生了磁场,根据右手定则,大拇指和弯曲的四指握住导线,大拇指 指向电流的方向,弯曲四指所指就是磁力线的方向;用导线绕制成线圈后,集中了磁场,电 流与磁力线的方向用右手螺旋定则判断; 弯曲四指指向电流的方向, 大拇指所指就是磁力线 的方向。 从上分析说明,绕线圈的目的就是为了集中磁场(存磁),磁场的大小(也叫电感量) 与线圈的圈数成正比。若在线圈中加入导磁材料(如铁芯、磁芯),是为了减小磁阻,增强 磁场,增大电感量。铁芯用于低频电路,磁芯用于高频电路。 2、电感器的作用: 电感器的作用与电容器相反: 通直流: 电感器接到直流电路时, 由于直流电的大小和方向没有变化, 不会产生自感 (阻 力)现象,可以顺利通过。 阻交流:电感器接到交流电路时,由于交流电的大小和方向不断变化。电流的变化,引 起磁场变化,变化的磁场在线圈的两端产生与电流极性相同的感应电动势(电压),对电流 产生阻碍作用,这种现象叫“自感”。因自感现象形成对交流电的较大阻抗。交流电的频率 越高,通过电感器时产生的阻碍作用越大;频率越低,阻碍作用越小。即阻高频、通低频。 3、电磁感应:

两组线圈靠近, 中间绝缘, 第一组 (初级) 通过交流电, 产生的磁力线将切割第二组 (次 级)线圈,次级线圈只要形成闭合回路,便有电流流动。这种电生磁、磁生电的现象叫电磁 感应,也叫互感。 电磁感应常用于变压器、阻抗变换、手机中的互感微带线、定向耦合器等。 4、电感器的外形: a、一端黑一端白(焊盘) b、白色有绿或蓝线 c、深绿色两端白(焊盘) d、黑色圆形或椭圆形等 e、微带线(印刷电感) 手机中的印刷电感(微带线),它不是一个独立的元件,是在制作电路板时,利用高频 信号的特性,在弯曲的导线(铜箔)之间的距离形成一个电感或互感耦合器,起到滤波、耦 合的作用。 5、电感器在手机中的应用: 通常用于扼流、滤波、退耦、振荡、耦合、电磁感应、阻抗变换、变换相位等。 四、二极管 导体:电阻率特别小的材料(1 厘米长度只有 1/亿欧姆电阻值)。如银、铜、铁、铝等 绝缘体:电阻率特别大的材料(1 厘米长有数亿欧姆的电阻值)。如陶瓷、橡胶、塑料 等。 半导体:硅、锗等导电性能介于绝缘体和导体之间的材料。这些半导体材料在-180 度 时为绝缘体,常温下具有热敏、光敏、掺杂导通等特性。根据半导体材料导电性能随温度上 升显著增加的热敏特性, 做成自动控制用的热敏电阻等元件; 根据半导体受光照导电能力大 大增强的特性,制成光电管、光敏电阻等光电器件;根据半导体掺杂导通的特性制造成二极 管、三极管和集成电路等各种半导体器件。 1、PN 结的形成: 在一块半导体材料上,以不同的掺杂工艺,使其一边形成 P 型半导体,一边形成 N 型半 导体,(P 区,英语字母“正”字的第一个字头为 P),在两种半导体的中间交界处就形成 一个特殊的结层,即 PN 结。 由于 P 区多数载流子是空穴,N 区多数载流子是电子,这就使交界面两侧明显地存在着 两种载流子的浓度差。 因此 N 区的电子必然越过界面向 P 区扩散, P 区附近的空穴复合而 与 消失;同样,P 区的空穴也越过界面向 N 区扩散,与 N 区附近的电子复合而消失。扩散的结 果使交界面两侧出现了由不能移动的带电离子组成的空间电荷区, 因而形成一个由 N 区指向 P 区的内电场,我们把这个空间电荷区叫 PN 结。 2、PN 结的特性: 如果给 PN 结加正向电压,即在 P 区加上正电、N 区加上负电,内外电场的方向相反, 使 PN 结变薄,在外电场的作用下,P 区的正电荷向 N 区运动形成电流而导通。PN 结正向导 通时电阻很小,电路中串入的灯泡发光;若给 PN 结加反向电压,即 P 区加负电、N 区加正 电,内外电场的方向相同,PN 结变厚,电荷不能运动而截止。PN 结反向截止时电阻很大,

所串灯泡不会发光。即 PN 结具有单向导电特性。 3、二极管及特性: 一个 PN 结加上外壳,引出导线,就形成一只二极管。通常用“CR”表示 二极管的特性同样是单向导电。 4、二极管的导通电压: 根据二极管单向导电的原理, 当硅管正极比负极高 0.7V 时导通; 锗管正极比负极高 0.2V 时导通。 5、二极管的种类: 按材料分,有硅管和锗管,硅管的稳定性比锗管好,使用较多。 按结构分,有点接触型和面接触型,点接触型用于高频小电流;面接触型用于低频大电 流。 6、二极管的作用: ⑴、开关二极管:脉冲信号控制二极管的导通和截止,相当于开关合上和断开。 ⑵、稳压二极管 专用二极管。利用二极管的反向击穿特性(不是损坏性击穿。当反向击穿时反向电流突 然增大,电压变化很小基本稳定在一个值上进行稳压)。稳压二极管多用于保护电路,如电 路中的浪涌电压达到一定值时,利用稳压二极管的反向击穿特性(类似分流),把电压释放 到地,不致于损坏电路,起到保护的作用。 ⑶变容二极管 专用二极管,工作在反向电压状态,改变电压的大小,可改变 PN 结形成的电容的大小, 相当于一个可变电容器。反向电压越高,结电容越小;电压越低,结电容越大。变容二极管 用于手机中的压控振荡器(VCO)。 ⑷、发光二极管 专用二极管。材料不同发光的颜色不同,发光亮度与电流成正比,工作电压 1.5V 左右, 电流 10~20mA。用于手机的背景灯照明和工作状态指示。三星 N628 等手机的工作状态指示 灯, 把三个不同颜色的发光二极管封装在一起, 三个不同的触发信号会触发不同的发光二极 管。 ⑸、肖特基二极管具有高频高速整流特性(正向导通电压 0.4V 左右),常用于发射电 路的发射功率取样信号的高频整流, 把发射载频取样信号整流为脉冲直流信号 (整流就是把 交流变为直流),用于自动功率控制。 ⑹、红外线二极管:手机中的红外线组件,是把红外线发射和接收二极管封装在一起, 用于红外线数据传输。 红外线发光二极管:用半导体材料砷化镓制成,同普通二极管具有单向导电特性。加电 导通后即可发出红外光(看不见的光波),发光强度与电流成正比。 (7)光敏(光电)二极管:是一种光电转换器件,工作在反向电压状态,利用半导体 材料的光敏特性,把吸收的红外光能转换成电能,光照强度越大,反向电流越大。 手机中的二极管有单独的,也有复合的。一般的二极管为黑色,发光管一般是黄色,两 端均有短的引脚。

(8)、瞬态电压抑制二极管:瞬态电压抑制二极管是在稳压管的工艺基础上发展起来的 一种元件, 主要应用于对电压的快速过压保护电路中。 当瞬态抑制二极管两端电压高于额定 值时会瞬间导通,两端电阻以极高的速度,从高阻改变为低阻,从而吸收一个极大的电流, 将管子两端的电压钳位在一个预定的数值上。 手机中主要用在接口电路中, 防止外界串入的 高压脉冲损害手机。符号为() 五、三极管 二极管的作用比较局限, 三极管的作用远大于二极管。 三极管配合其它元件可以组成多 种电路。 1、三极管的结构: 一块半导体材料,掺杂成三个区域,中间的与两边的不同。如中间的是 N 区,两边则为 P 区,形成 PNP 形三个区;若中间为 P 区,则形成 NPN 三个区。 三个区各引出电极,形成发射极(e)、集电极(c)和基极(b)。三个区内有两个 PN 结,一个叫发射结(发射极与基极之间的 PN 结),作用是发射电荷;另一个叫集电结(集 电极与基极之间的 PN 结),作用是收集电荷。三个极的作用是:发射极发射电荷,集电极 收集电荷,基极控制电荷的数量。三极管发射极的箭头表示电流的方向。 2、三极管的导通条件: 三极管的导通条件是:发射结加正向电压、集电结加反向电压。 发射结加正向电压,就是基极和发射极之间所加电压 Ube,是按箭头的指向加 PN 结的 电压,即硅管加 0.7V;锗管加 0.2V。 集电结加反向电压,就是在集电结的 PN 结上加反压 Ubc 才能把基区的电荷吸引过来。 此电压较高,在手机中一般为 1~3.6V。 PNP 三极管的导通电压是 Ue>Ub>Uc;NPN 三极管为 Uc>Ub>Ue。 3、三极管的电流放大: 三极管加上了上述电压即可导通,导通后产生了三股电流,即 Ie、Ib、Ic,分别叫发 射极电流、基极电流、集电极电流,Ib 很小,有时可以忽略,则认为 Ic≈Ie。 从图可以看出:无论 PNP 还是 NPN 三极管,均为 Ib+Ic=Ie 或 Ie=Ib+Ic,即 PNP、NPN 工作原理相同,只是所加电压极性相反。 三极管是电流控制元件, 基极电流 Ib 的微小变化, 都会引起集电极电流 Ic 较大的变化。 即增大基极电流 Ib,集电极电流 Ic 成若干倍的增大;减小基极电流 Ib,集电极电流 Ic 随 之减小,这就是三极管的电流放大作用。 即 Ic/Ib=β 或 Ib·β=Ic (β为直流放大系数) 根据三极管的放大作用,人们把有用的小信号电流,加到三极管的基极,引起集电极大 的电流输出。 如手机中的高放管、 中放管、 低放管等, 就是三极管在放大电路中的具体应用。 4、三极管的三种状态: 三极管的三种状态也叫三个工作区域,即:截止区、放大区和饱和区。 ⑴、截止区:三极管工作在截止状态,当发射结电压 Ube 小于 0.6-0.7v 的导通电压, 发射结没有导通集电结处于反向偏置,没有放大作用。 ⑵、放大区:三极管的发射极加正向电压、集电极加反向电压导通后,Ib 控制 Ic,Ic

与 Ib 近似于线性关系,在基极加上一个小信号电流,引起集电极大的信号电流输出。 ⑶、 饱和区: 当三极管的集电结电流 Ic 增大到一定程度时, 再增大 Ib, 也不会增大, Ic 超出了放大区,进入了饱和区。饱和时,Ic 最大,集电极和发射极之间的内阻最小,电压 Uce 只有 0.1V~0.3V,Uce<Ube,发射结和集电结均处于正向电压。三极管没有放大作用, 集电极和发射极相当于短路,常与截止配合用于开关电路。 手机电路中的三极管常用于放大和开关电路,结构上有独立,也有组合的(在安装时注 意方向)。 六、场效应管(FET) 与三极管外形相同,但两者控制特性完全不同。三极管是电流控制元件,在一定的条件 下,集电极电流 Ic 受控于基极电流 Ib,需要信号源提供一定的电流才能工作;场效应管是 电压控制元件,输出电流 ID 大小受控于输入电压 UGS 的大小,即改变栅极电压 UGS,控制 漏极电流 ID 的大小,基本上不需要信号源提供电流。 由于场效应管的一些特性三极管不具备,如开关速度快、高频特性好、热稳定性好、功 率增益大、噪音小、输出阻抗很高等优点,手机中应用的比较多。 场效应管按结构和工作原理不同分为结型、绝缘栅型两大类。 1、结型场效应管(JFET): P 沟道 结型 N 沟道 三个极的名称及作用:栅极用 G 表示,相当于三极管的基极; 漏极 用 D 表示,相当于三极管的集电极; 源极 用 S 表示,相当于三极管的发射极; N 型沟道: 在一块 N 型半导体材料两侧分别制作一个高浓度的 P 区,形成两个 PN 结,两个 P 区各 引出一个电极接在一起叫栅极,用 G 表示;在 N 型半导体材料两端各引一个电极,分别叫漏 极(D)和源极(S),两个 PN 结中间叫 N 导电沟道。在漏源极加上电压后,N 沟道就是电 流的通道。 N 型沟道的 PN 结均处于反偏,栅极相对于源、漏极而言,总处于低电位,加到栅源极 之间的电压 UGS 的负偏压越大,导电沟道越窄,漏电流 ID 越小,负偏压大到一定程度时, 导电沟道消失,I 为零;反之,负压越小,ID 越大。 如在一块 P 型半导体两侧分别制作两个 N 区, 就叫 P 型沟道结型场效应管, N 型沟道 与 原理相同,只是所加电压极性相反。手机电路中使用 N 型沟道较多。

2、绝缘栅型场效应管(MOSFET): P 沟道

绝缘栅型 N 沟道 绝缘栅型场效应管的输入阻抗比结型更高,它的栅极与源极、漏极都是绝缘的,故称绝 缘栅型。是由金属绝缘体半导体三层衬料构成,称 MOS 场效应管,按导电沟道不同分为 N 沟道和 P 沟道;按沟道的不同又分增强型和耗尽型。 N 型沟道:漏源极加正向电压,栅源极接正向 UGS,增大 UGS 到一定程度时,产生漏极 电流 ID(没有 UGS 时,ID=0),继续增大 UGS,ID 增大;减小 UGS,ID 减小,即 UGS 达到 控制 ID 的目的。 这种增大 UGS,ID 才能随之增大结构叫“增强型”。 P 型沟道结构与 N 型沟道的工作原理相同,只是所加电压极性相反。 耗尽型与增强型不同的是,UGS 可以加正偏压、也可以加负偏压。如 N 型沟道,当 UGS=0 时,N 沟道内阻增大,电场变弱,ID 减小;若加上负压,电场更弱,内阻更大,ID 更小, 如再增大负压,N 型沟道消失,ID=0,所以叫“耗尽型”。 增强型常用作开关管;耗尽型常用做放大管。P 型沟道绝缘栅场效应管需要加负的栅源 电压 UGS;N 型沟道绝缘栅型场效应管需要加正的栅源电压 UGS。 场效应管在手机电路中的应用, 通常是在模拟电路中用于放大; 在电源电路和数字电路 中用于开关。 七、集成电路(IC) 集成电路是将电阻、 二极管、 三极管、 逻辑门电路等经特殊工艺加工在一个芯片上制成, 对于维修者而言,主要掌握各脚的作用、信号的处理、好坏的判断即可。 1、集成电路的分类: 通常有带引脚和不带引脚两种。 ⑴、有引脚: 引脚在 28 脚以下,并且引脚分布在两边的叫小封装(SOP); 四边都有引脚,数目较多的叫扁平封装(QFP); 小封装和扁平封装多属于小型 IC,引脚不多功能也有限。 管脚的辨认,看 IC 的一角有黑色标记或小坑点为第一脚,逆时针方向为第二脚??; 若没有标记,将商标文字对自己,左下脚为第一脚。 ⑵、无引脚: 引脚均在芯片的下面,用行、列交叉排列。叫球栅阵列封装(BGA)。BGA 芯片节约空 间,虽然引脚多,但引脚间干扰较小,适合内部结构复杂的大型芯片。 ⑶、使用注意事项: 拆卸前记清 IC 的位置,注意不要装错,不要虚焊,防止短路;风枪的温度要适当,焊接 时间尽量短。 2、逻辑集成电路: “门”是一种开关电路,在一定条件下导通,可以通过信号;条件不满足时截止不能通 过信号。常见的逻辑门电路有“与”门、“或”门和“非”门等。

⑴、与门电路: 两只开关串联,一只合上电路不导通,必须两只合上才导通。“与”即相乘“积”的意 思,有两个以上输入端和一个输出端,输出等于所有输入的乘积。 特点:只要一路输入为低电平,则输出为低电平;若输入同为高电平,输出为高电平。 表中的“1”表示高电平,“0”为低电平;“A”、“B”为输入端,“Y”为输出端。 ⑵、或门电路: 两只开关并联于电路中,只要一只合上便可接通电路。“或”即两个相加的“和”,有 两个以上的输入端,一个输出端,输出端等于输入端的和。 ⑶、非门电路: 表示否定和相反,即输入与输出总相反,通常叫“反相器”或“倒相器”。 ⑷、与非 门电路: 有两个以上的输入端和一个输出端,输出端和输入端的乘积相反。 特点:只要有一路输入为低电平,输出就为高电平;若同为高电平,输出为低电平。 ⑸、或非门电路: 输出端和输入端相加的和相反。 特点:只要有一个高电平,输出就为低电平。即有“1”为“0”、同“1”为“0”、同 “0”为“1”。 八、滤波器: 主要由 R、L、C 元件组成,作用是分离信号、抑制干扰、变换阻抗和阻抗匹配。 1、滤波器的分类: 按材料分有:声表面、陶瓷、晶体滤波器三种; 按作用分有:双工、射频、中频、低频滤波器等几种; 按频率分有:高通、低通、带通三种; 高通滤波器只允许某个高频信号通过; 低通滤波器只让某一个低频信号通过。 高通滤波 器和低通滤波器均属窄带滤波器。带通滤波器是允许某个频率范围的信号通过。 2、双工滤波器: 只能用一种功能的叫单工,接收、发射共同使用叫双工,也叫收发合路器。有天线、接 收、发射三个端口。作用是分离接收和发射、转换频段。 3、射频滤波器: 属带通滤波器,用于收发通道的射频电路,如接收 GSM900MHz 频段时,允许通过 935~ 960MHz 的信号;发射时通过 890~915MHz 的信号。 4、中频滤波器: 属窄带滤波器, 只允许通过单一的中频频率, 它的性能对接收信号影响很大, 若有损坏, 不能短接。 九、听筒和话筒: 将电信号转换为声音的听筒或将声音转换为电信号的话筒均叫电声器件。 1、听筒(SPK、EAR): 又叫受话器、 耳机、 喇叭、 扬声器等, 作用是把模拟的音频电压信号转换成为声音信号。

它的工作原理是在磁场中的线圈内通过音频信号时, 音频信号产生的磁场与固定磁场相 互作用,使震动膜震动发出声音。 2、话筒(MIC): 结构原理与听筒相同,工作原理是听筒的反过程。声波的震动在线圈中产生音频电流, 是一声电转换器。又叫麦克、麦克风、拾音器等,现在手机中广泛采用的是驻极体话筒,驻 极体话筒实际上是利用一个驻极体永久电荷的薄膜 (驻极体) 和一个金属片构成的一个电容 器,当声音震动时,这个电容器的容量随着声音的震动而变化,但驻极体上面的电荷是不能 改变的。 所以在电容的两端就产生了没有声音变化的信号电压。 在话筒内部有一个场效应管, 来提高话筒的灵敏度,提高输出阻抗。所以,手机中都有用来给话筒提供工作电压的偏置电 路(MICBAIS)。 手机中的驻极体话筒,在接线时要注意区分正负接线,工作时需要 2V 左右的偏压。 十、振铃和振子: 将电信号转换为铃声称为振铃;将电信号转换为电机的转动称为振子。 1、振铃(BUZZ): 也叫蜂鸣器,是个小动圈喇叭,用 BUZZ 表示,作用是发出按键音和提醒人们来电接听 电话。 振铃发声用的是脉冲信号;和弦音乐用的振铃是连续的模拟信号。 2、振子(VIB): 就是个小电机,通电后带动半个轮旋转,在离心力的作用下使手机抖动,提醒来电。用 VIB 表示。 十一、石英晶体和 VCO 组件: 1、石英晶体: 石英晶体是一种天然材料,利用特有的压电效应,作成电谐振器。在晶体两端加上交变 电压时, 晶体随交流电压的变化产生机械振动, 晶体的固有振动频率决定于晶体的几何尺寸 和结构。当所加交流信号的频率与晶体固有的机械振荡频率相等时,就发生了电谐振现象。 石英晶体的振荡频率非常稳定,受外界因素影响极小。作为回路元件时,相当于一个电 感元件。 手机中常用石英晶体产生 13MHz 主时钟, 不但作为逻辑电路工作的必要条件, 又作为参 考时钟给射频系统,为收发本振电路的频率合成、锁相以及倍频提供基准负载波,用于 I/Q 调制解调。 石英晶体作为电谐振元件,在手机电路中一般有塑胶封装、金属封装和陶瓷封装三种。 2、VCO: VCO 也叫压控振荡器,受频率合成器控制,产生的振荡频率符合电路的要求。VCO 有分 立元件的、有组件的、有的则合成在中频 IC 内。 VCO 电路中有一个变容二极管, 受鉴相器输出锁相电平的控制, 变容二极管的容量改变, 振荡电路的振荡频率也会发生变化。 VCO 在手机中通常指一、二本振和 TXVCO 电路。作用是产生一个电路所需的稳定频率, 完成手机中相应的频率合成功能。

十二、开关元件: 手机中的侧键、录音键、诺基亚手机的电源按键、干簧管和霍尔元件都是控制电路接通 和断开的开关元件。按键是靠人手动操作;干簧管和霍尔元件是通过磁信号控制,使电路接 通和断开。 1、按键开关: 手机中的按键开关有两种: 一种是一个键就是个独立的开关, 如诺基亚手机的电源开关, 侧键开关录音键等,当按键按下时,开关闭合,产生一个相应的脉冲信号给 CPU。CPU 识别 脉冲信号后,产生一个相应的控制信号,来转换或调整电路工作状态。二是多个键组合在一 起的键盘开关。手机键盘常用薄膜开关,由触片和触点组成,触片粘贴在碗形薄膜内,与触 点断开。按下按键时,触片与触点接触而连接,松开时薄膜弹起而断开。键盘按键开关的作 用,是通过操作实现开、关机;拨号和信息输入等。 2、干簧管: 又叫磁控管,是用磁信号控制的一种开关器件,常用于翻盖上,外壳为玻璃管,内有两 个有一定距离的铁质弹性簧片作电极。当磁体靠近时,两簧片被吸引而接通电路;磁体离开 时两簧片分开而断路。 干簧管用于早期的翻盖和折叠手机中, 通过翻盖的动作, 使翻盖上的磁铁控制干簧管通、 断,实现接听或挂机。 干簧管外壳易受损,出现按键失灵、显示不正常等故障。 3、霍尔元件: 作用与干簧管一样,均为磁控制开关,用于近期的翻盖手机,是电子元件,外形象三极 管,体积小不易损坏。 它由霍尔元件、放大器、施密特电路以及三极管组成。当合上翻盖磁体靠近时产生一微 小的霍尔电压, 经放大器及施密特电路后使三极管导通, 输出低电平作为中断信号强制手机 退出正在运行的程序,回到待机状态并关闭背景灯。 打开翻盖磁体离开霍尔元件,三极管截止输出高电平,所有背景灯发光。

手机和手机中的元器件及电子电路基础(三)
第四节 电子电路基础 一、三极管放大电路 放大器就是把微弱的电信号, 转换成较大的信号, 以满足我们对信号电压、 功率的需要。 放大器的种类较多, 常见的有低频放大器、 中频放大器和高频放大器等。 对放大器的要求是: 耗电量小、失真小、频带宽、有足够的功率、工作稳定可靠。最常见的是三极管共发射极放 大器: 1、元件名称及作用: VCC 电池正极;Q 三极管,起放大作用;R1 上偏置电阻;R2 下偏置电阻;R3 集电极负 载电阻,产生集电极交流电压;R4 发射极电流负反馈电阻,稳定直流工作电压;C1 输入耦

合电容;C2 输出耦合电容;C3 发射极交流旁路电容;C1、C2、C3 的作用均为隔直流、通交 流。 2、直流偏置电路:三极管的集电极电压较高,基极电压较低,通常把基极电压叫偏压, 基极电流叫偏流。R1、R2 串联分压,提供基极电压 Ub。由于基极电压较低,R1 的阻值比 R2 要大。 调整直流工作电压(也叫调直流工作点):在电路原理图上,一般标有直流参数,如集 电极电流 IC 或发射极电压 Ue。若这些参数不正常,均可调整上偏置电阻 R1 的大小。若直 流参数比正常值较大,说明工作点偏高,可增大 R1 的阻值,使基极电压 Ub 减小,基极电流 Ib 减小,集电极电流 IC 减小(若电路提供的是发射极电压 Ue,同样会降低);反之,直流 工作点较低,可减小上偏置电阻 R1。 3、发射极直流负反馈:R4 具有稳定直流工作点的作用(直流负反馈)。如三极管工作 一段时间温度上升,由于半导体材料的热敏特性,引起导电性能增加,Ic、Ie 增大,流经 R4 时使发射极电压 Ue 增大,由于 Ub=Ube+Ue(即基极电压 Ub 等于基极和发射极之间电压 Ube 加发射极电压 Ue),因温度上升导致 Ue 增大,Ub 由 R1、R2 分压基本不变,Ue 的增大 使 Ube 减小,Ube 是发射结电压,Ube 的减小,使发射结发射能力减小,Ib 减小、Ic 随之减 小,实现直流工作点的自动稳定。 直流供电通路: VCC→R3→C→e→R4→地构成回路; VCC→R1→R2→地构成回路; VCC→R1→b→e→R4→地构成回路; 4、交流放大通路: 前级信号(天线、话筒或三极管输出端)→C1→b→e→C3→地和前级构成回路; 放大后从集电极输出→C2→后级输入端→地→C3→e 构成回路; 二、开关电路 三极管的截止和饱和导通状态,相当于开关的断开和闭合,使信号隔断和通过。加控制 信号后,便组成简单的开关电路。 电路中,Q1 为开关控制管,Q2 是开关管,R1 为 Q1 的偏置电阻,R2 是 Q1 的集电极负载 电阻,同时也是 Q2 的基极偏置电阻,R3 是 Q2 的基极偏置电阻。 R1 的阻值较大,使 Q1 处于临界导通状态,Q2 的基极电压较高而截止,发射极和集电极 之间的电阻无穷大,等效于开关断开,发射极 2.8V 电压不能经集电极输出。 当有脉冲控制信号加到 Q1 的基极时, 脉冲高电平使 NPN 三极管 Q1 导通, 集电极电流流 经 R2 时产生上正下负的电压,使 PNP 三极管 Q2 基极电压由高变低,由截止变为导通。随着 脉冲控制信号的电压升高,分别使 Q1、Q2 从放大进入饱和,Q2 发射极和集电极之间电阻最 小,相当于短路等效于开关合上,发射极的 2.8V 电压经集电极输出,使相应的电路得到供 电而工作。 开关电路常用于手机中接收和发射电路的供电转换,控制信号来自于逻辑电路的 CPU。 三、振荡电路 把直流电压转换成一种连续不断输出交流电的电路, 叫振荡电路。 振荡电路的种类较多,

按结构不同分 LC 振荡器、RC 振荡器和石英晶体振荡器等。无论哪种振荡器,维持振荡的条 件均为:反馈和幅度。即正反馈和负反馈的信号量要足够大。 从放大器的输出端取出一部分信号,送回到输入端叫“反馈”。若反馈的信号是减小输 入信号的为 “负反馈” (反馈的信号极性与输入端信号相反, 相互抵消后使输入信号减小); 反馈的信号使输入信号增大的为“正反馈”(反馈信号与输入信号极性相同)。 负反馈用于放大电路,它可以减小信号失真、展宽频带改善音质、使电路自动稳定工作 等;正反馈用于振荡电路,它可以补充振荡电路所消耗的能量。 最简单的振荡器是 LC 振荡器。LC 振荡器的基本原理,就是利用电容器可以储存电能、 电感器可以储存磁能的特性进行电磁转换,形成电磁振荡。 ①是电池给电容器充电,使电容器充上直流电压;图②是电容器与电感器构成回路后, 电容器放电,电感器把电能变成磁能予以储存,即电转换为磁;图③电容器放电结束,电能 全部转换成磁能存在电感器中。磁能维持电荷运动的方向,向电容器反充电,使电容器充的 下正上负的电压,形成磁电转换;图④为电容器放电把电能转换成磁能;图⑤是电感器把磁 能转换成电能给电容器充电,使电容器充得上正下负的电压,完成一个电磁转换的周期,电 容器又开始放电??,进入下一个周期,周而复始形成不停的振荡。 从上 LC 振荡可以看出,当 LC 的参数(线圈的圈数或电容器的容量)固定时,振荡周期 也就固定了。 即 振荡公式或原理分析可以看出,若改变 L 或 C 参数的大小,均可改变振荡频率 fo。即 L 或 C 与振荡频率成反比。 LC 在电磁转换过程中将消耗一定的能量,若不及时补充,振荡的幅度越来越小,形成 阻尼振荡最后停振。 为了保持不停的振荡, 就需要不断的补充能量, 即振荡电路需要正反馈, 才能形成不停的等幅振荡。收音机就是改变 LC 输入回路中电容器 C 的容量(可变电容), 改变振荡频率去实现选频(换台);黑白电视机的高频头是改变 LC 回路中的各电感量 L 实 现选频。 手机电路中的压控振荡器(VCO),多采用电容三点式振荡器(三极管的三个极均接有 电容,图 1)但电容三点式振荡器有缺点,一是振荡频率不可调整,二是频率稳定性较差, 所以人们设计出了在振荡回路中串入一个小电容的考毕兹振荡电路(图 2),电路中的总电 容是三个电容的倒数之和(即电容越串越小,并且总容量比其中最小容量的还要小),由于 C3 远小于 C1 和 C2,所以电路中的总电容 C 总≈C3 根据 可以看出 C3 的容量决定了振荡频率,调整 C3 即可达到改变振荡频率的目的。 在实际电路中,C3 就采用了变容二极管,从鉴相器输出误差电压的变化,改变了变容 二极管的反偏压,使它的结电容变化,达到振荡频率的改变,使 VCO 电路的振荡频率稳定。 在我们要求的频率点上。 四、混频电路 混频电路就是用手机本机振荡的频率与接收信号频率进行差频, 把接收的高频信号降低 成为一个固定的中频,提高手机的灵敏度(接收微弱信号的能力)、选择性(抑制邻近信号 的能力)和稳定性。

1、混频电路的特点: ⑴、混频器由非线性元件(晶体管)组成(电压和电流的变化不成线形变化)。 ⑵、 混频器必须有两种信号输入, 利用非线性元件将两个频率混合产生与这两种有关的 多种频率输出; ⑶、在混频器的输出端设有选频回路,选频回路的中心频率就是所需要的中频频率,未 被选中的其它频率被滤除掉。 五、滤波电路 滤波就是让有用的信号通过, 无用的滤除掉 (就象厨房用的灶滤一样, 有用的食品留住, 无用的水滤除掉)。滤波电路的种类较多,不同的结构用途也不尽相同。 常见滤波电路的种类: 按供电方式:分有源滤波和无源滤波; 按结构方式:分固定器件和分立元件; 按频率方式:分带通滤波和窄带滤波; 按作用方式:分信号滤波和电源退耦滤波; 1、有源滤波通常使用电容器和放大器,把电容器的滤波效果放大若干倍,滤波效果好; 无源滤波没有放大电路,效果不如有源滤波。 2、固定器件的滤波器,有声表面滤波器、压电陶瓷滤波器等。这种滤波器体积小,不 需调整电路,频率稳定,抗干扰能力强;分立元件滤波器常见 LC 滤波、RC 滤波、晶体管滤 波等。分立元件滤波器由于元件参数的变化,滤波效果不如固定器件滤波器。 3、 带通滤波是指允许一定频率宽度的信号通过的滤波电路, 如手机高放前后的滤波器, 所通过的频率带宽为 25MHZ;窄带滤波器只允许某一个频率的信号通过,如中频滤波器、高 通滤波器、低通滤波器等。 4、信号滤波器是指信号通路中的滤波电路;电源退耦滤波是在电源供电电路中所接的 RC 或 LC 电路,作用是避免电路中高频、中频和低频信号在共用电源上产生串扰。一般是在 高低频的交界供电电路中串入 RC 或 LC 滤波器, 使不同频率的交流信号通过各自的电容器构 成回路,避免了有害的耦合,所以又叫退耦电路。LC 的滤波效果比 RC 滤波效果好。 六、耦合电路 在放大电路中, 往往使用多级放大器才能完成对信号的放大, 放大器与放大器之间交流 信号的传递叫耦合。对放大器的要求是:既有效的把信号传送到下一级,又不影响两极的静 态工作点(直流电压)。常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合等。 1、阻容耦合:; 也叫 RC 耦合,是一种常见的耦合方式。前级放大的交流信号在集电 极负载电阻 R3 上产生电压,经耦合电容 C2 传递到第二级,这种耦合方式就叫作阻容耦合。 阻容耦合的特点是两级直流工作点各自独立互不影响,频率特性好,但传输效率低,常用于 小信号前置放大。 手机中的高放、中放等多采用阻容耦合方式。 2、变压器耦合: 用变压器来传递交流信号叫变压器耦合。 变压器耦合是利用电磁感应的原理, 把前级的 交流信号感应到下一级,变压器的初、次级的功率基本相等,传输效率达 60~80%。它不但

变换电压、变换电流,还具有阻抗变换的作用,使用较多。变压器耦合的特点是:传输效率 高,直流工作点互不影响,但体积较大,频率特性较差。 手机中的阻抗变换器、发射功率取样、互感耦合器均采用变压器电磁感应的方式。 3、直接耦合: 直接耦合就是两级放大器之间没有耦合元件, 前级集电极直接连接后级的基极。 直接耦 合的特点:传输效率高,低频特性好,但两级直流相互影响,若有一级不正常将引起两级都 不正常,所以电路中采用了自动稳定直流工作点的负反馈。手机电路中使用直接耦合较少


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