手机中使用的二极管类型较多,作用不同,在电路图中的符号和名称也不一样,相互之间也不能互换使用,即使相同型号的二极管,因制造工艺等方面不同,其实际的性能也略有差别。现在着重介绍一下手机电路中使用的二极管器件,主要包括普通二极管、稳压二极管、发光二极管和变容二极管。
1.普通二极管
(1)用途
普通二极管利用了二极管PN结的单向导电性,工作于脉冲状态(电流、电压急剧变化),主要用于手机的开关电路,由脉冲信号控制二极管的导通和截止。其外形与电阻等不同,尺寸也很小。
(2)辨别和测量
普通二极管在电路图中用字母VD表示,如VD2表示编号为2的二极管。外形为扁平矩形,两端有引脚,引脚一端较粗,另一端较细。两个引脚多为黑色,在其一端有一白色的竖条,表示该端为负极。有的贴片二极管采用双二极管封装,有三个引脚,内部有两个二极管。这种封装形式类似于普通贴片晶体管,所以必须通过元器件布局图和电路原理图来辨别。
普通二极管的电路符号和实物如图3-4所示。
图3-4 普通二极管电路符号和实物图
在手机电路中,二极管装反或损坏会造成局部单元电路的故障发生,主要表现为二极管失去了单向导电性或性能变差,说明其内部的PN结已经被击穿或PN结性能差。可以利用二极管的单向导电性,通过万用表测量其正反向电阻来判断性能和极性,其正向导通电阻一般为几百欧至几千欧,而反向偏置电阻一般在几百千欧以上。利用万用表的“R×100”档和“R×1k”档测量,若两个数值比值在100以上,认为二极管正常,否则认为二极管的单向导电性已损坏。
2.稳压二极管
(1)用途
稳压二极管又称齐纳二极管,是一种工作在反向击穿状态的特殊二极管,它的制作材料是硅半导体。与普通二极管不同的是,它工作在PN结反向击穿区,PN结不会损坏,正常工作。当稳压二极管PN结反向击穿后,通过管子的电流在很大范围内变化,而管子两端的电压基本不变,这就是稳压二极管的稳压特性。稳压二极管在正常使用时,为避免反向击穿电流过大,必须在电路中串联限流元件,否则管子将因过热而损坏。在手机电路中,稳压二极管常用于音频电路,如扬声器(语音输出)电路、振动电路和铃声电路。这是因为手机电路使用的扬声器、蜂鸣器和振动电动机都带有线圈,当这些电路工作时,线圈两端会因为自感电动势的产生出现峰值非常高的反向电压,该电压如果不被限制将会使负载电路造成损坏。如果在负载电路上放置一只稳压二极管,当稳压二极管PN结被高压反向击穿后,负载两端的电压将基本保持不变。稳压二极管选择的原则当然是根据其稳压值的大小。
不仅是在音频电路中,在充电电路以及电源电路的升压和降压单元电路中都会使用不同稳压值的稳压二极管,为电路稳压或提供基准电压。
(2)辨别和测量
稳压二极管在电路图中用字母VS表示,如VS2表示编号为2的稳压二极管。稳压二极管电路符号如图3-5所示。外形上有的与普通二极管很相似,只是尺寸上更小一些。还有的稳压二极管做成组合封装,即一个元器件上集成了几只管子,元器件引脚不在两边,而是在元器件底部。如摩托罗拉V600系列主板上稳压二极管在其底部有八个锡球作为其引脚。
图3-5 稳压二极管电路符号
稳压二极管损坏会造成不能稳压或者基准电压输出不准,可以利用万用表进行测量,方法同普通二极管的测量,但应注意模拟和数字万用表的不同测量方法。
3.变容二极管
(1)用途(www.zuozong.com)
二极管PN结在反向电压作用下可看成一个电容(结电容),当改变外加反向电压时,PN结的宽度会改变。反向电压大时,PN结宽,结电容小;反向电压小时,PN结变薄,结电容变大。变容二极管就是利用这种特性制成的特殊PN结二极管,是一种电抗可变的非线性电路器件,又称“可变电抗二极管”。制作材料多为硅或砷化镓单晶。变容二极管结电容的大小与管子两端所加反向电压的大小成反比这一特点又称为变容二极管的压容特性。
在手机的重要电路——频率合成器中会使用变容二极管,频率合成器是指带锁相环(PhaseLockedLoop)的压控振荡器(VCO),压控振荡器大多用于锁相技术,产生多个稳定的频率信号。VCO的组成为LC振荡电路,利用石英晶体和锁相环来稳定振荡输出频率。在振荡电路中,变容二极管与LC振荡电路并联,当改变管子两端的反向电压时,管子的结电容发生变化,从而振荡输出频率变化。手机中接收一本振电路、二本振电路以及发射一本振、二本振电路都利用变容二极管在电路中充当可变电容,变容二极管电容值与加在两端的电压大小变化有关,以实现对频率的调整。一本振电路即是频率合成器结构,二本振电路产生固定的频率信号,结构相对简单。手机中的二本振电路主要用来产生接收和发射的中频信号,在当前较新的手机中都采用零中频技术,利用二极管进行直接调频,即省略中频变频环节,直接用反映语音信息的直流电压控制变容二极管的结电容,进而改变发射载波的频率。
(2)辨别和测量
变容二极管发生故障,主要表现为漏电或性能变差:
1)当发生漏电现象时,射频调制电路将不工作或调制性能变差;
2)当变容性能变差时,射频调制电路的工作会出现不稳定,造成调制后的射频信号发送到对方被对方接收后产生失真。
实际电路中一般见不到变容二极管,这是因为VCO都做成了模块,变容二极管已经封装在模块内。模块内部振荡管、电阻、电容和电感以及变容二极管都集成在一块基板上,这样做一方面减小了电路板占用的空间,另外降低了对元器件的干扰。在较新的手机硬件电路中看不到变容二极管,同时在电路原理图中也没有其符号。变容二极管的电路符号如图3-6所示。
图3-6 变容二极管的电路符号
4.发光二极管
(1)用途
手机中的发光二极管用来做信息、状态指示及键盘背景灯等插图。如果二极管半导体材料为砷化钾、磷砷化钾,当PN结加正向偏压时,会有电流流过二极管,电能会转换成光能,不同材料和不同杂质会发出不同波长即不同颜色的可见光,像这种二极管我们称其为发光二极管。发光二极管能发出红光、绿光、黄光等几种单色光,发光的颜色不仅与半导体材料有关,同时也与管子的封装结构形式和尺寸有关,有的管子也能发双色和三色组合光。
发光二极管对工作电流有要求,一般为几毫安至几十毫安,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线形关系。但如果流过发光二极管的电流太大,就有可能造成发光二极管的损坏。在实际运用中,一般在二极管电路中串接一个限流电阻,以防止大电流将发光二极管损坏。发光二极管只工作在正偏状态,正常情况下,发光二极管的正向电压在1.5~3V之间,工作电流在3~20mA之间。
另外,还有一些特殊的发光二极管,如红外二极管,应用在具有红外传输功能的手机上。
(2)辨别和测量
发光二极管在电路图中用字母VL表示。发光二极管封装为表面贴装,颜色一般为黄色,其形式和尺寸与手机的型号和尺寸有密切联系。组合发光二极管是由两个发光二极管共同构成的一个二极管模块电路。发光二极管电路符号如图3-7所示,其主要应用于键盘背景灯电路。
发光二极管的测量也是根据其PN结的单向导电性表现出的正向电阻小、反向电阻大的特点判断PN结好坏的。使用时,除要注意上述所说避免正向电流过大以外,还要注意反向电压不能超出5V,否则造成反向击穿。
图3-7 发光二极管电路符号
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