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浅析手机基本电子线路

来源:时间:2018-07-23 09:56:17

  手机常用的一些基本概念和基本电子线路,掌握这些知识,是分析手机各功能电路和整机电路的基础,因此,是一名合格手机维修人员必备的基础知识。今天手机维修培训小编为您了解到手机基本电子线路的分析。

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  第一节三极管放大和开关电路

  在手机中,较多地采用了三极管放大和开关电路,下面作一简要分析。

  一、三极管放大电路

  1.放大电路的基本形式

  放大器是一种三端电路,其中必有一个端是输入和输出的共同“地”端,如果这个共“地”端接于发射极的,称为共射电路,接于集电极的,称为共集电路,接于基极的,称为共基电路。

  2.三极管放大电路的偏置电路

  (1)分压式偏置电路

  电源通过电阻R丑、R2分压,给三极管V1的发射极提供合适的正向偏置,又给基极提供一个合适的基极电流。基极回路电阻既和电源配合,使电路有合适的基极电流,又保证在输入信号作用下,基极电流能作相应的变化。若基极分压电阻R1=0,则基极电压恒定等于电源电压,基极电流就不会发生变化,电路就没有放大作用。R丑与R2构成一个固定的分压电路,达到稳定放大器工作点的作用。在电路中,Rl被称为上偏置电阻,R2被称为下偏置电阻。

  电源通过集电极电阻R3给集电极加上反向偏压,使三极管工作在放大区(只有当三极管的集电极处于反向偏置,发射极处于正向偏置,三极管才能工作在放大区),同时电源也给输出信号提供能量。集电极电阻R3的作用是把放大了的集电极电流的变化转化为集电极电压的变化,然后输出(实际上就是把三极管的电流放大转化为电压放大,从而使三极管放大电路具有电压放大能力)。若集电极电阻R3=0,则输出电压恒定等于电源电压,电路失去电压放大作用。

  电容C1和C3分别为输入与输出隔直电容,又称耦合电容。C1、C3使放大器与前后级电路互不影响,同时又起交流耦合作用,让交流信号顺利通过。为避免交流信号电压在发射极电阻R4上产生压降,造成放大电路电压放大倍数下降,常在R4的两端并联一个电容(C2)。只要C2的容量足够大,对交流分量就可视作短路。C2称为发射极交流旁路电容。

  (2)固定式偏置电路

  3.三极管放大电路的分析

  当没有信号输入到放大电路时,放大电路中各处的电压、电流是不变的直流,这时称电路的状态为直流状态或静止工作状态,简称静态。静态时,三极管具有固定的基极电流、偏压、集电极电流和集电极电压,称为直流工作点或静态工作点。

  当输入交流信号后(注意:控制信号通常是直流控制电压),电路中各处的电压、电流是变动的,这时电路处于交流状态或动态工作状态,放大电路中各处的电压、电流是随输入信号的变化而变化的。

  对于共发射极放大电路,当放大电路无信号输入时,三极管电路各处的电压电流不变,当有输入信号进入,且在信号的正半周时,信号电压叠加在基极电压上,基极电压上升,基极电流上升,使三极管的集电极电流以一定的倍数增长。集电极电流的增大使集电极电阻上的电压降增大,导致集电极电压下降。当信号处于负半周时,信号电压使基极电压下降,基极电流下降,使三极管的集电极电流也急剧下降。集电极电流的减小使集电极电阻上的电压降减小,导致集电极电压增大。由于集电极电流的变化量比基极电流的变化量大,所以集电极电压的变化量也比基极电压的变化量大,从而使基极信号被放大输出。对于共集电极和共基极电路的分析,这里不再介绍。

  在进行三极管放大电路分析时,要注意三极管的偏压(硅材料的三极管的基极偏压在0.65V左右,锗材料的三极管的基极偏压在0.2V左右)。而集电极电压通常接近相应的电源电压。通过测量这些电压,就基本上可以判断三极管是否能比较正常地工作。

  二、三极管开关电路

  在手机电路中,除了使用三极管的放大电路,还经常用到三极管的开关电路。三极管开关电路在手机电路中通常用作某一个单元电路的电源电子开关。工作在开关状态下的三极管处于两种状态,即饱和状态和截止状态。以NPN型三极管来说,当三极管的基极有一个高电平时(一个远远大于三极管偏置电压的电压),则三极管饱和导通,这时的三极管集电极与发射极之间的电阻很小,发射极电压基本上等于集电极电压,就像开关闭合一样:当三极管的基极有一个低电平时(一个远远低于三极管偏置电压的电压),三极管截止,这时的三极管集电极与发射极之间的电阻很大,集电极电压近似等于电源电压,发射极电压近似等于0V。

  第二节振荡电路

  在手机电路中,用以产生一本振、二本振和基准频率的振荡电路有多种,应用较多的是LC电容三点式的振荡电路和石英振荡电路,下面简要分析。

  一、电容三点式振荡电路

  电容三点式的振荡电路由于高频性能好,在手机的频率合成器电路中得到了广泛的应用,振荡电路与变容二极管一起构成一个压控振荡电路(VCO电路),用以产生稳定的一本振或二本振信号。

  1.电容三点式基本电路

  该电路实质上是一个放大器,只不过它没有输入而产生输出,在满足振荡条件的情况下,即电路具备正反馈条件的情况下可以产生振荡。

  2.考毕兹振荡电路

  以上电路是一种性能优良的振荡屯路,但是,它有两个缺点:一是不能作为频率可调的振荡器;二是振荡器的频率稳定性较差。为了克服这两个缺点,提出了改进型的电容三点式振荡电路。

  3.压控振荡电路(VCO)

  这种电路是通过改变变容二极管的反偏压VD来使变容二极管的结电容发生变化,从而改变了振荡频率。由手是用电压来控制频率的变化,从这个意义上说,这样的电路称为压控振荡电路。压控振荡电路在手机一本振、二本振等振荡电路中得到了广泛的应用,如摩托罗拉V998手机的一本振和二本振电路就采用了这种形式的压控振荡电路,不过,对于大多数手机,本振电路则是将整个压控振荡电路全部给合在一起封装起来,组成一个VCO组件,只有几引脚(一般有供电脚、接地脚、输出脚和控制脚)和外电路相连,但不管如何组合,内部工作原理却是不变的,仍是一个压控振荡电路。

  二、石英晶体振荡电路

  1.石英晶体的特性

  石英晶体是一种天然结晶体,具有稳定的物理化学性能,石英晶体之所以能成为电的谐振器,是利用了它特有,的压电效应,当机械力作用于晶片时,晶片的两面将产生电荷,呈现出电压,这称为正压电效应,当晶片两面加上电压时,晶片又会发生形变,这称为反压电效应。因此,若在晶片两端加上交变电压时,晶片将随交流信号的变化而产生机械振动,晶片本身有一固有的振动频率,频率的高低取决于晶片的几何尺寸和结构。当外加交流信号的频率与晶片固有的机械振荡频率相等时,就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振,又表现为电谐振,这时有很大的电流流过晶片,产生电能和机械能的转换。

  2.石英晶体的等效电路

  石英晶片的谐振特性可以用一个串并联谐振回路来等效。

  当ffq时,等效回路又呈容性。

  石英晶体的谐振频率fq、fq非常稳定,因为Lq、Cq、C0由晶片尺寸决定,它们受外界因素影响极小,且石英晶体有很高的品质因素。

  石英晶体作回路元件时,应工作在感性区,等效为一个电感元件,从谐振曲线可以看出,石英晶体在一个很窄的范围内(fq-fq)才呈现感性,且在这个狭窄的频率范围内感性曲线非常陡峭,因此,对频率的补偿能力极强。

  需要说明的是:石英晶体不应工作在容性区,这是因为即使晶体的压电效应失效,晶体仍有静电容,它仍呈容性状态,因此,晶体如果作为电容元件接在回路中,一旦压电效应失效,晶体仍能工作,振荡器仍可维持振荡,但石英晶体已完全失去了稳频作用,这就违背了使用石英晶体的本意。

  3.石英晶体振荡电路

  石英晶体振荡电路形式有很多种,常用的有两类:一类是石英晶体接在振荡回路中,作为电感元件使用,这类振荡器称为并联晶体振荡器;另一类是把晶体作为串联短路元件使用,使其工作于串联谐振频率上,称为串联晶体振荡器。

  (1)并联晶体振荡器

  这类晶体振荡器的原理和一般LC振荡器相同,只是把晶体接在振荡回路中作为电感元件使用,并与其它回路元件一起,按照三点式电路的组成原则与晶体管相连。

  石英晶体的振荡频率由石英谐振器和负载电容CL共同决定。所谓“负载电容”是指从晶振的插脚两端向振荡电路的方向看进去的等效电容,晶振在振荡电路中起振时等效为感性,负载电容与晶振的等效电感形成谐振,决定振荡器的振荡频率。对于上图所示电路,负载电容cI由c、c2、c3共同组成,由于C3远远小于C1和C2,可见石英晶体确定后,Lq、C0、Cq也就确定了,振荡频率主要由C3决定,实际电路中,C3一般用一个变容二极管代替,通过改变变容二极管的反偏压Ⅷ来使变容二极管的结电容发生变化,从而改变了振荡频率。使振荡频率符合要求。

  (2)串联晶体振荡电路

  串联晶体振荡电路是把晶体接在正反馈支路中,当晶体工作在串联谐振频率上时,其总电抗为零,等效为短路元件,这时反馈作用最强,满足振幅起振条件。

  由于串联晶振电路中振荡频率等于晶体串联谐振频率,因此它不需要外加负载电容CL,通常这种晶体标明其负载电容为无穷大。在实际应用中,若有小的误差,则可以通过回路电容C3来微调频率。

  实际电路中,C3一般用一个变容二极管代替,通过改变变容二极管的反偏压Ⅷ来使变容二极管的结电容发生变化,使串联晶振电路中振荡频率等于晶体串联谐振频率。

  4.使用石英晶体时应注意的事项

  为了正确地使用石英谐振器,充分利用其优点,有必要指出使用石英谐振器时应注意的事项。

  (1)石英晶体谐振器成品上标有一个标称频率,当电路工作在这个标称频率时,频率稳定度最高。这个标称频率通常是在成品出厂前,在石英晶体上并接一定的负载电容条件下测定的。在实际组成石英晶体振荡器时必须在石英晶体两端并接负载电容,且负载电容必须符合石英晶体技术条件中所规定的数值,这个电容大都采用微调电容,以便调整。规定的负载电容值载于厂家的产品说明书中,通常为30pF(高频晶体),或为100pF (低频晶体),或标示为田(这是指无需外接负载电容,通常用在串联晶体振荡器中)。

  (2)石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。石英晶体谐振器在振荡器中被激励时,要通过激励电流,要消耗一定的激励功率。在实际应用时,应使输入石英晶体的激励功率不超过额定值。过高的激励功率会使石英谐振器内部温度升高,使石英晶片的老化效应和频率漂移增大;极强的激励功率会使石英晶片的机械振动过于剧烈而损坏。

  (3)在并联石英晶体振荡器中,石英晶体只能工作在感性区,而不能工作在容性区。因为若把晶体当作容性元件使用,一旦压电效应失效,它仍呈容性,此时振荡器仍可能维持振荡,但石英晶体已失去稳频作用。

  (4)由于石英谐振器在一定的温度范围内才具有很高的频率稳定度,当对频率稳定度要求很高时,可以考虑采用恒温设备或温度补偿措施。

  (5)晶振在振荡电路中起振时等效为感性,负载电容与晶振的等效电感形成谐振,决定振荡器的振荡频率。负载电容值不同,振荡器的振荡频率也不一样,改变负载电容的大小,就可以改变振荡频率。因此,通过适度调整负载电容,一般可以将振荡器的振荡频率精确地调整到标准值。在晶振资料主要参数中提供的负载电容是一个测试条件,也是一个不容忽视的使用条件,忽略这个负载电容参数,会使振荡频率偏离标准值,偏离过大时会使振荡器起振困难造成停振。

  (6)晶振的负载电容有高、低两类之别。低者一般仅为十几至几百PF,而高者则为无穷大,两者相差悬殊,决不能混用,否则会使振荡频率偏离。两类不同负载电容的晶振使用方式绝然不同。低负载电容晶振都串联几十pF容量的电容器;而高负载电容晶振不但不能串联电容器,还须并联数pF小容量电容器(外电路的分布电容有时也能取代这个并联小电容)。

  第三 RC和LC电路

  在手机电路中,由电阻、电容和电感网络构成的电路应用十分广泛,RC、LC电路可以构成许多用途的电路,理解和领会RC、LC电路对分析手机电路图十分重要。下面简要介绍o

  一、RC电路

  1.RC串联电路

  这一RC网络对各频率信号呈现不同的阻抗。当信号频率大于转折频率f01后,整个网络的阻抗Z=R1。这是因为当信号频率大到一定程度后, Rc串联网络的总阻抗便有R1大小来决定。

  当信号频率低于f01时,由于信号频率已较低了,C1的容抗已较大而不能忽视,此时RC串联网络的总阻抗为R1和c1容抗之和。又因为c1的容抗随频率降低而增大,所以特性曲线中频率f小于f01的一段是上升的,这样,频率愈低,阻抗愈大。当R重不变时,C1大,转折频率小;反之,C1小,转折频率大。同样,通过改变R1的大小也可以改变f01。

  2.RC并联电路

  这一网络的阻抗特性曲线也有一个转折频率f01,f01由下式决定:

  当信号频率低于转折频率f01时,频率愈低,C1容抗愈大于R10此时C1相当于开路,RC并联网络阻抗由R1决定,小于f01部分为平直线,大小为R1阻值。

  当信号频率大于转折频率f01时,c1的容抗可以与R1阻值比较,此时总的阻抗是R1和C1容抗的并联值由于频率升高后c1容抗下降,所以RC并联网络总的阻抗斜率下降,且频率愈高,网络的阻抗愈小。改变C1或R1大小时,转折频率也要作相应改变。

  3.RC串并联电路

  二、LC电路

  1.LC串联谐振网络

  只与11、C1大小有关,而与R1的大小无关。L1、C1大,谐振频率反而低。当送人LC串联谐振网络的信号频率等于该网络固有谐振频率扔时,网络便发生串联谐振现象。

  串联谐振具有如下特性:

  (1)谐振时网络的阻抗为最小,且为纯阻性,在仍处的阻抗达最小,为回路中的直流电阻R1。当信号频率大于或小于f0时,该网络的阻抗均大于f0时的阻抗。信号频率愈是偏离仍,网络的阻抗愈大。

  (2)谐振时L1上的电压等于C1上的电压,并且等于信号电压的Q倍(Q为品质因素),所以,串联谐振又称电压谐振。

  2.LC并联诣振网络

  LC并联谐振网络的谐振频率与R1无关,只与11、C1有关。当信号频率等于该网络的固有谐振频率时,该LC网络发生并联谐振现象。

  LC并联谐振具有如下特性:

  (1)并联谐振时网络的阻抗达到最大,并为纯阻性,阻抗大小为Q2R1。

  (2)回路电压达到最大值,即L1、Cl上的信号电压达到最大值。

  (3)回路总电流很小,而电容、电感支路的电流达到最大值,为回路总电流的Q倍。但电容、电感支路的电流方向相反、大小相差不多,其差值为回路的总电流。由于并联谐振时电容、电感支路中的电流达到最大值,所以并联谐振又称电流谐振。

  (4)不同的Q值有不同的曲线,Q值大的曲线尖锐。在谐振频率扔处,网络阻抗为最大。当信号频率f高于或低于扔时,网络的阻值均下降,且信号频率f偏差f0愈多,网络阻抗愈小。

  三、滤波器

  滤波器是一种让某一频带内信号通过,同时又阻止这一频带外信号通过的电路,滤波器分为无源滤波器和有源滤波器。

  无源滤波器又分为:RC滤波器和LC滤波器,RC滤波器又分为:低通RC滤波器、高通RC滤波器和带通RC滤波器。LC滤波器又分为低通LC滤波器、高通LC滤波器和带通LC滤波器。

  有源滤波器分为有源高通滤波器、有源低通滤波器和有源带通滤波器等。

  下面简要分析RC和LC无源滤波器。

  1. RC无源滤波器

  2. (1)低通滤波器

  这二低通滤波器的工作原理是,当输入信号Ⅵ中频率低于转折频率f0的信号加到电路中时,由于C1的容抗很大而无分流作用,所以这一低频信号经Rl输出。当Vi中频率高于转折频率f0时,因C1的容抗已很小,故通过R1的高频信号由C1分流到地而无输出,达到低通的目的。这一RC低通滤波器的转折频率仍由下式决定:

  (2)高通滤波器

  这一电路的工作原理是,当频率低于f0的信号输入这一滤波器时,由于C1的容抗很大而受到阻止,输出减小,且频率愈低输出愈小。当频率高于f0的信号输入这一滤波器时,由于C1的容抗很小,故对信号无衰减作用,这样该滤波器具有让高频信号通过,阻止低频信号的作用,这一电路的转折频率扔由下式决定:

  (3)带迪滤汲器

  带通滤波器可以让一定频带的信号通过,而阻止频带以外的信号。将高通滤波器和低通滤器组合在一起,适当设计电路参数,就可以构成所需要的带通滤波器。

  2.LC无源滤波器

  LC滤波器适用于高频信号的滤波,它由电感L和电容C所组成,由于感抗随频率增加而增加,而容抗随频率增加而减小,因此,LC低通滤波器的串臂接电感,并臂接电容,高通滤波器的L、C位置,则与它相反。带通滤波器则是二者的组合。

  需要说明的是,手机中的很多滤波器,如射频滤波器、一中频滤波器、二中频滤波器、发射滤波器等均已模块化。而不再是由简单的分立元件组成。

  RC、LC还可以组合成许多电路,如选频放大电路、低频补偿电路、高频补偿电路、积分电路、微分电路、移相电路、陷波器等,这里不再一一分析。

  第四节场效应管电路

  手机电路中较多地采用了场效应管,场效应管与晶体管不同,它是一种电压控制器件(晶体管是电流控制器件),其特性更象电子管,它具有很高的输入阻抗,较大的功率增益,由于是电压控制器件所以噪声小。

  一、场效应管的分类

  根据电场对导电沟道控制方式的不同,场效应管可分为结型和绝缘栅型两种。

  结型场效应管是利用加在PN结上的反向电压的大小控制PN结的厚度,从而改变导电沟道的宽窄,实现对漏极电流的控制作用。

  绝缘栅场效应管是利用绝缘栅在外电压的作用下,产生的感应电荷控制导电沟道的宽窄,绝缘栅场效应管又称为金金属氧化物场效应管简称MOS管。

  绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种,我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管,在正常情况下断开的称增强型效应管。增强型场效应管特点是:当Vgs=0时,Id(漏极电流)=0,只有当Vgs增加到某一个值时才开始导通,有漏极电流产生。并称开始出现漏极电流时的栅源电压Vgs为开启电压。耗尽型场效应管的特点是:漏、源极间一开始就有一个原始导通沟道,即使Vgs=0,在漏极电压的作用下也有较大的漏极电流。根据半导体材料的不同,每一种又可分为N沟道和P沟道两类。这样,总共有六种场效应管。即:N沟道结型

  场效应管、P沟道结型场效应管、N沟道增强型场效应管、N沟道耗尽型场效应管、P沟道增强型场效应管和P沟道耗尽型场效应管。

  场效应管分为三个极,分别是控制栅极G(相当于三极管的基极B)、源极S(相当于三极管的发射极E)和漏极D(相当于三极管的集电极C)。

  二、场效应管的偏置电路

  与三极管一样,场效应管必须加上适当的偏置,才能正常工作,这里介绍常用的几种偏置电路。

  1.N沟道结型场效应管的偏置电路

  (1)自偏置电路

  它是利用漏极电路①流过源极电阻RS,使得源极被提高了一个小的正电位。而栅极则保持零电位,栅极相对于源极呈现负电压,即:Vgs=-IsRs=-IDRDo,满足了它的反向偏置要求。RD是漏极电阻,起负载作用。

  (2)分压式偏置电路,

  分压器式偏置电路类似三极管的分压式偏置电路。栅极电压VG由电阻R1和R2构成的分压器提供。这偏置稳定性比自偏置电路好。

  由于N沟道结型场效应管的Vgs<0,因此,2.MOS场效应管的偏置电路

  (1)耗尽型MOS场效应管的偏置电路耗尽型MOS场效应管可采用自偏置和分压器式偏置。对于N沟道耗尽型MOS场效应管来说,栅源为负、零或。正偏置,漏源为正。对于P沟道耗尽型MOS场效应管来说,栅源为正、零或负偏置,漏源为负。

  (2)增强型MOS场效应管的偏置电路

  增强型MOS场效应管要求栅极保持为正向偏置,而不能采用自偏置电路。N沟道MOS场效应管栅源为正偏置,漏源为正偏置,P沟道MOS场效应管栅源为负偏置,漏源为负偏置。

  第五节手机常用电路图介绍

  电路图就是为了人们方便,使用约定的电路符号在纸上绘制的一种图形,是一种用来表示相应的实际电路的一种图纸。人们根据图纸来进行工程分析或进行其他技术作业,大大地提高了工作效率。

  手机电路图主要有方框图(包括集成电路内部方框图)、单元电路图、等效电路图、整机电路图、印刷线路图等多种。手机图纸的虽然种类很多,但对于维修人员来说,通常了解方框图、电路原理图、元件分布图就可以了。

  一、手机方框图

  手机方框图是一种用各种方框和连线来表示手机电路工作原理和构成概况的电路图。在这种图纸中,除了方框和连线,几乎就没有别的符号了。它与手机原理图的区别,就在于手机原理图详细地绘制了手机电路的全部元器件与它们的连接方式,而手机方框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分,将每一个部分描绘成一个方框,在方框中标注上简单的文字说明,在方框之间用连线来说明各方框之间的关系。

  1.手机方框图的特点

  手机方框图简明、清楚,可方便地看出电路的组成和信号的传输方向、途径以及信号在传输过程中经历了什么处理过程等(如是放大还是衰减)。由于手机方框图简洁、逻辑性强,所以便于记忆,同时它包含的信息量也较大。

  在手机方框图中往往会标出信号传输的方向(用箭头表示),它形象地表示了信号在电路中的传输过程,这一点对识图是非常有用的,尤其是集成电路内部电路方框图,可以帮助了解某引脚是输入引脚还是输出引脚。

  在分析一个具体电路工作原理之前,或者在阅读集成电路的应用电路之前,先阅读该电路的方框图是十分必要的,有助于了解具体电路的工作原理。

  2.手机方框图的种类

  方框图种类较多,具体说明如下:

  (1)整机电路方框图

  这是表达整机电路图的方框图,从这张方框图中可以了解到整机电路组成和各部分单元电路之间的相互关系,通过图中的箭头还可以了解到信号的传输途径等。

  (2)系统电路方框图

  一个整机电路是许多系统电路构成的,系统电路方框图用来表示该系统电路组成情况,它是整机电路方框图的下一级方框图,往往系统方框图比整机电路方框图更加详细。

  (3)集成电路内部电路方框图

  集成电路内部电路组成情况可以用内部电路或内部电路方框图来表示。由于集成电路内部电路十分复杂,所以在许多情况下采用方框图采表示更有益于读图。从集成电路的内部电路方框图中可以了解到集成电路的组成、有关引脚的作用等,这对阅读该集成电路的应用电路十分有用。集成电路一般引脚比较多,内部电路功能比较复杂,所以在进行电路分析时给出集成电路内部电路方框图是最为方便的。

  二、手机电路原理图

  手机电路原理图是用来体现电子电路工作原理的一种电路图。这种图直接体现了电子电路的结构与工作原理。在维修工作中,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号,以及它们之间的连接方式,就可以了解手机电路的实际工作情况,从而使我们在进行手机维修时对手机线路情况比较清楚。

  电路原理图能够完整表达某一级电路或整机的结构和工作原理,有时图中还全部标出了电路各元器件的参数,如阻值、容量和三极管型号等,这为维修和代换提供了方便。

  三、手机元件分布图

  手机元件分布图表明了手机各个元件在手机线路板中实际位置,同时,由于分布图中一般标注了各个元倒的标号,对照元件分布图、电路原理图和手机彩图,可以很方便地找到手机各个元件在手机线路板中的具体位置,因此,手机元件分布图在手机维修过程中起着非常重要的作用。

  通过手机维修培训小编的了解,希望对您有所帮助。