电路基础知识

维修手册（二）基础知识-1-第二章手机维修预备知识摘要：手机PCB板表面是由多个集成芯片和多个分离元器件组装而成的。分离元器件包括电子元件（电阻、电容和电感）和电子器件（二极管、三极管），它们在电子线路中的作用不可忽视，他们的性能好坏可以直接改变整个PCB板的工作状态。滤波电路、放大电路、开关电路、负反馈等电路的基本常识以及微机结构的常识也是手机维修的基础。打下良好的电子技术基础，才能对手机维修举一反三。关键词：PN结、单向导通、电压放大、开关选择、负反馈第一节电子元件和电子器件一、电阻（在电路中用“R”表示）任何物质对电流都有“阻力”，只不过不同物质由于其分子结构不同而对电流的“阻力”大小也不同。导体对电流的“阻力”小，如铜、铁；绝缘体对电流的“阻力”大，如木和橡胶。电阻是一个线性元件，在一定条件下，流过一个电阻的电流与该电阻两端的电压成正比——它符合欧姆定律：R=U/I（Ω）。由此可以定义，1Ω=1V/1A。电阻的常用单位是Ω（欧姆）、KΩ（千欧）、MΩ（兆欧）。其换算关系为：1MΩ=1000KΩ1KΩ=1000Ω电阻的主要物理特性是变电能为热能，因此它是一个消耗性元件。电阻在电路中通常起分压或分流的作用；对信号来说，直流信号和交流信号都能通过电阻。手机PCB板上一般使用碳膜电阻或金属膜电阻。实际维修中，很少出现电阻损坏或电阻值有大误差的情况，一般应注意电阻是否虚焊、脱焊。二、电容（在电路中用“C”表示）电容是储存电荷的元件，形式多种多样，包括固定电容、可变电容、电解电容、陶瓷电容等。所有的电容都具有通高频阻低频的特性，也就是平时我们说的“隔直流通交流”，实际上是指电容的输出端电平随输入端电平的变化而变化的特性。电容对信号也有‘阻力’，称为“容抗”，一般电容的容抗随信号频率的升高而减小；随信号频率的降低而增大。电容的单位为F（法拉），但F的单位太大，通常使用微法（μF）、皮法（pF）来表示。其换算关系为：1F=1，000，000μF1μF=1，000，000pF在手机PCB板上判断电容是否损坏，一般检查可疑电容是否被击穿短路（未被击穿的电容的阻值应该是无穷大）、虚焊、脱焊，通常可以用比较近似的电容去替换加以验证。维修手册（二）基础知识-2-三、电感（在电路中用“L”表示）电感是存储磁能的元件。在手机电路中，一条特殊的印刷铜线就能构成一个电感。与电容相反，电感具有通低频阻高频的特性，也就是我们说的“隔交流通直流”。电感对信号也有‘阻力’，称为“感抗”，一般电感的感抗随信号频率的升高而增大；随信号频率的降低而减小。电感的单位为H（亨利），常用的有毫亨（mH）、微亨（μH）。其换算关系为：1H=1000mH1mH=1000μH在手机PCB板上判断电感是否断路、虚焊，一般可检查该电感的阻值是否很大。若阻值很大，则电感一般已断路。表（2-1-1）是R、C、L一览表，有助于读者归纳思路。元件属性电阻R电容C电感L常用单位欧姆（Ω）、千欧（KΩ）微法（μF）、皮法（pF）毫亨（mH）、微亨（μH）物理特征消耗电能储存电能储存磁能电路特征分压分流隔低频通高频隔高频通低频串联R=R1+R21/C=1/C1+1/C2L=L1+L2并联1/R=1/R1+1/R2C=C1+C21/L=1/L1+1/L2常用图形符号普通电阻可调电阻普通电容+电解电容作用消耗电能上拉、下拉电压存储电能可与R、L组成滤波电路存储磁能可与R、C组成滤波电路表（2-1-1）R、C、L要点一览表以上我们讲到的R、L、C一般被称为电子元件，下面我们将讲到两种常用的电子器件：二极管和三极管。它们属于半导体器件，是各种电子线路重要的组成部分。其性能主要依托的是PN结的单向导电性。PN结是一个重要的概念。维修手册（二）基础知识-3-U0UU’I图（2-1-2）二极管伏安特性曲线所谓PN结，就是在一块本征半导体上，两边掺入不同杂质，使一边成为P型半导体，一边成为N型半导体，于是在P型和N型半导体的交界面附近形成一层很薄的特殊导电层，我们把这层特殊的导电层就称为“PN结”。PN结内存在电场，它的两边就有电位差，电场的方向是由N区指向P区，这个电场也称为内电场。N型、P型半导体，PN结的详细内容，本手册不再叙述，有兴趣的读者请自行参照参考书目选读。这里重点要掌握半导体二极管和三极管的特性和作用。四、二极管（在电路中用“D”表示）半导体二极管是用一个PN结做管芯，然后在PN节的两端分别引出电极并把它们封装起来。与PN结一样，二极管具有单向导电性，若给二极管加上外接电源（或称偏置电压），这时的外接电源有2种接法：正向偏置电压和反向偏置电压。正向偏置电压：二极管的正极接电源正极，负极接电源负极（或者给二极管正极加上的电压高于负极上的电压）。从微观角度说，P区接电源正极；N区接电源负极。反向偏置电压：二极管的正极接电源负极，负极接电源正极（或者给二极管正极加上的电压低于负极上的电压）。从微观角度说，N区接电源正极；P区接电源负极。二极管正负极加上偏置电压后，将有三种结果：（1）加正向偏置电压：当外加电压大于二极管的起始电压（内电场电压U。）时，二极管正向导通；（2）加反向偏置电压：当外加电压小于二极管的击穿电压时，二极管截止；（3）加反向偏置电压：当外加电压大于二极管的击穿电压时，二极管被击穿。下图是二极管的伏安特性图，可以从此图了解到以上所描述的内容，非常有用。图（2-1-1）二极管图示维修手册（二）基础知识-4-手机电路中常用到几种特殊的二极管：稳压二极管、变容二极管、发光二极管。1、稳压二极管：反向偏置，利用二极管的反向击穿特性来工作的。在手机电路中，它常常被用于喇叭、振动、振铃等电路中。由于喇叭、蜂鸣器、振动器都带有线圈，在这些电路工作时由于线圈的感生电压会导致一个很高的反峰电压，稳压二极管就是用来防止这个反峰电压引起电路损坏。2、变容二极管：反向偏置，利用PN结的电容效应进行工作的经特殊工艺处理的二极管。当它的反向偏置电压增大时，结电容变小，当它的反向偏置电压减小时，结电容变大。由于变容二极管的这种受电压控制的特性，它通常用于手机的振荡电路中，与其它元器件构成VCO（压控振荡器）。在VCO电路中，就是利用它的结电容与外加反向偏置电压成反比例的特性，通过改变变容二极管两端的电压来改变振荡电路，从而改变振荡频率。一般情况下在手机电路中只要看到变容二极管的符号，基本可以断定这个电路是一个VCO电路。变容二极管是一个比较重要的器件，通过它可以了解到手机的一些重要电路。有兴趣的读者可以自行参阅参考书目，本手册在这里不加以详述。3、发光二极管：正向偏置，利用二极管的正向导通性工作。它在手机中主要被用于做背景灯或信号指示灯。发光二极管的颜色日益多样化，除了传统的红、黄、绿外，还有蓝、青、紫、粉红等颜色。发光二极管的发光颜色取决于制造材料。发光二极管对工作电流有要求，在实际电路中，一般在发光二极管电路中串联一个限流电阻，以防止电流过大，烧毁发光二极管。发光二极管的发光强度基本上与发光二极管的正向电流成正比例关系。还有一些特殊的二极管，如红外二极管，它在手机中被用于红外线传输，是实现“蓝牙技术”必不可少的元器件。五、三极管（在电路中用“Q”表示）三极管分NPN和PNP两类。NPN型三极管由两层N型半导体中间夹了一层P型半导体构成的，且每层引出一条电极并封装起来的电子器件；反之则为PNP型。这三个电极分别叫基极、集电极和发射极。NPN和PNP这两种三极管的工作原理完全类似，只是在使用时电源极性和电流流向不同而已。关键掌握三极管的放大、开关作用。三极管决不仅仅是两个二极管或两个PN结的简单连接。这里以NPN型三极管为例作简要讲解。图2-1-6和图2-1-7分别为NPN型三极管的符号和电流方向。图（2-1-3）稳压二极管图形图（2-1-4）变容二极管图形图（2-1-5）发光二极管图形维修手册（二）基础知识-5-三极管是一种电流控制器件。由图（2-1-8）是三极管的伏安特性曲线图我们可以看到，三极管工作的三个区域：截止区、线性工作区和饱和区。在截止区，Ube≤0V,三极管无工作电流，失去放大作用，呈高阻状态（截止状态）；在饱和区，Ube的绝对值远大于起始电压（0.5~0.7V），Ubc很小，无放大作用，呈低阻状态（导通状态）；只有在线性放大区域，VcVbVe时，集电极电流受控于基极电流，三极管才有放大作用。现代科学充分利用了三极管的三个工作区域：线性放大区（信号功率放大，驱动负载等）、截止区和饱和区（数字电路中起开关选择作用），以及利用PN结的电容效应与变容二极管一起构成频率合成电路。详细资料请读者参阅参考书目，这里只以三极管的开关作用作介绍性说明。工作在开关状态下的三极管有两种状态——饱和导通和截止状态。以NPN三极管为例，当它的基极有一个高电平时（一个远大于起始电压的电压），则三极管饱和导通，这时集电极和发射极之间的电阻很小，发射极电压基本等于集电极电压，相当于开关闭合，电路导通；反之，当它的基极有一个低电平时（远低于起始电压的电压），三极管集电极和发射极之间的电阻很大，发射极电压接近于0，相当于开关断开，电路断路。C：集电极b：基极e：发射极ceb图（2-1-7）NPN型电流流向II线性放大区截止区饱和区0.5-0.7V（因材料而异）IbU0图（2-1-8）三极管伏安特性曲线维修手册（二）基础知识-6-第二节调制解调和反馈控制本节重点讲述两个概念：调制解调和负反馈。调制解调主要用在手机信号处理方面，而反馈控制则广泛用于手机的多个电路中，例如锁相环。一、调制解调的概念信号的调制和解调是通信系统的基本组成部分。调制，就是把信号（低频）经过一系列处理后，“加载”到高频载波上，以便于长距离传输和远地接收；解调，是调制的逆过程，就是把信号从高频载波上“搬”下来，经过一系列处理，再还原成原始的信号。调制有三种方法：调幅调制、调频调制和调相调制。由于手机电路中，信号的A/D、D/A转换、编码、交织和调制一般都在一个射频主芯片内或与CPU相配合完成，信号处理的算法已由芯片厂商固化在芯片中，不属于手机维修的部分，本手册不对调制解调的具体内容加以阐述。读者需要掌握的是手机中数字信号处理的流程。移动通信系统广泛采用数字调制技术，数字调制具有保密性强、抗干扰能力强的优点，还可以同时传输语音、图象、数据等综合信息。数字调制和解调更多依赖于软件，具有较大的灵活性和可升级性。数字调制中使用最多的是相移键控（PSK）和频移键控（FSK）。GSM手机中常用到GMSK（高斯滤波最小频移键控）。图2-1-9是一个共射极组态的三极管工作电路，除此以外还有共基极和共集极组态。R1和R2并联后，提供三极管一定的偏置电流Ib，Ib的不同可以使三极管工作在三个不同的区域，从而实现放大或开关作用。使用频率最高的放大电路是三极管的共射极电路，有时为了得到更大的放大效果和驱动负载的能力，我们还使用集成的复合三极管。R2R1Ib输入输出Vcc图2-1-9共射极三极管工作电路维修手册（二）基础知识-7-数字解调是数字调制的逆过程，只需把上图逆向画出就能得出解调的流程。二、反馈控制的概念在各种通信系统和电子设备中，为了在不同工作条件下实现规定的技术性能指标，或满足一种特定的要求，广泛采用各种反馈控制电路。这些反馈控制电路，都可以看作是自动调节系统。反馈控制电路按照需要比较和调节的参量不同而分成三类：调节电压或电流的反馈电路，称为自动电平控制电路（AGC）；调节频率的反馈电路，称为自动频率控制电路（AFC）；调节相位的反馈电路，称为自动相位控制电路（APC），又称为锁相环（PLL），是应用最广泛的反馈控制电路，目前已集成化。PLL是手机电路中的一个非常重要的组成部分。1、参考频率：给频率合成电路提供基准信号f。，使手机与系统保持同步。参考频率在整个手机中都是很重要的，特别是GSM手机。它作为基准频率时钟电路，不但在频率合成环路中提供参考信号，还在手机逻辑电路中提供基准时钟信号。手机中的参考频率都是由晶体振荡电路提供，大多数手机使用的是一个基准频