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图解平板电脑电路原理和维修1

2020-02-21  h0ping

2.4 二极管

二极管的特性:正向导通、反向截止,有正负极之分。对于正向导通的阻值,高频管在120~150Ω之间,低频管在360~700Ω之间。反向阻值为无穷大(用万用表测量)。

高频管一般指肖特基二极管、快恢复二极管等,可以工作在较高的工作频率,尤其是现在,很多电源都是开关电源,工作频率较高,普通二极管不能胜任,所以在选择、替换二极管时,应注意。

二极管的符号如图2-4所示,用字母D表示二极管。本书为了方便讲解维修知识,未按国标改动,依旧采用D表示。

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图2-4 二极管的符号

二极管的封装常见的有0805、1206,还有体积更大一些的。

二极管的作用有整流、隔离、稳压、限幅、检波、保护、开关等。

二极管的主要参数如下:

  • 最大工作电流,超过此值二极管易被烧坏。

  • 最大反向工作电压,超过此反向电压值,会将二极管击穿。

  • 工作频率,超过二极管的工作频率会失去二极管的单向导电性,从而变成直通。

二极管好坏的测量:用万用表的电阻挡测量二极管,正向阻值在100欧姆左右,反向阻值为无穷大,正、反向阻值相差越大越好,如果测量后发现正、反向阻值基本相等,则说明二极管已击穿损坏,如果测量后正、反向阻值都为无穷大,则表明二极管已断路损坏。

2.5 三极管

三极管的特性是小电流控制大电流(晶体三极管)和小电压控制大电流(场效应三极管)。

三极管的封装及外形:三极管常见的封装是SOT-23,还有一些是DPAK封装。三极管的符号如图2-5所示,通常用字母Q(或VT)表示三极管。但是为了维修方便,本书未按国标改动,依旧采用Q表示。

场效应三极管的符号如图2-6所示。

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图2-5 三极管的符号

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图2-6 场效应三极管的符号

有的场效应管,在DS间并有二极管,有的没有此二极管。常见引脚排列如图2-7和图2-8所示(并非全都如此,大部分是此排列)。

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图2-7 常见三极管引脚排列

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图2-8 常见场效应管引脚排列

其中,b是基极;c是集电极;e是发射极;G是栅极;D是漏极;S是源极。

三极管和场效应管的工作原理

基极b较小电流的变化会引起集电极c、发射极e之间电流的较大变化,所以b极较小的电流,可以控制ce间的大电流。同样,栅极G电压的较小变化,可以引起漏极D和源极S间电流的较大变化,即G极较小的电压,可控制DS间较大的电流。

三极管在电路中的作用主要是信号放大和通断开关,另外还能起到自激振荡、调制、解调、混频、差分等作用。

如何判断三极管是工作在放大、导通,还是截止状态?以NPN三极管为例(PNP管与此相反):

  • Vbe在0.6~0.7V之间,表明三极管处于放大状态。

  • Vbe在0.7V以上,则表明三极管处于导通饱和状态,此时Vce很小。

  • Vbe在0.3V以下,表明三极管处于截止状态,Vce很大。

  • Vbe在-0.4~0.1V之间,表明三极管处于振荡状态。

对于场效应三极管(以N沟道为例,P沟道与此相反):

  • 导通时,VG>VS,VGS=0.45~3V,此时VDS很小;

  • 截止时VG<VS,此时VDS大。

三极管的主要参数如下:

  • 工作电压,不能超过此电压,否则易烧坏。

  • 工作电流,不能超过此电流。

  • 耗散功率,不能超过此功率大小。

  • 工作频率,频率不对,三极管不能正常工作。

晶体三极管的测量原理如图2-9所示。

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图2-9 PNP型和NPN型三极管测量原理

一个三极管相当于两个二极管,所以测量BE之间(用数字万用表的二极管挡即“image”挡测量)一次为无穷大,反过来测量则应有阻值(约几百欧);同样BC之间一次为无穷大,反过表笔来测量为几百欧之间,说明这个管的BC和BE之间是好的,可进一步测量CE之间的阻值。

对于NPN三极管,如图2-10所示数字表的红表笔接C极,黑表笔接E极,用手捏住CB两个极。此时,手就相当于电阻R。此时CE之间由无穷大变小,说明此管是没问题的。

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图2-10 NPN三极管的测量

对于PNP管,表笔反接即可,原理一样,如图2-11所示。

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图2-11 PNP三极管的测量

场效应管的测量原理

场效应管的DS间大都装有一个二极管,用数字万用表的二极管挡测量,DS间总有一次导通和一次无穷大,而GD和GS之间无论怎么测量都是无穷大(即不导通)。据此可以判断出G极和DS极,但不能区分哪个是D极,哪个是S极。如果想区分D极和S极,就要按下面测量N沟道和P沟道场效应管的方法,测量一下GS或GD,再测量DS是否导通(有无阻值),即可区分管子的极性,同时也测量出了管子的好坏。如果导通,就是好的;如果不导通,就是坏的。更准确的方法(也是测量原理)是在GS或GD之间加上电压,测量DS是否导通,即可测出好坏。下面是对N沟道和P沟道场效应管的测量方法。

对于N沟道,其测量原理是先测GD,其中万用表红表笔接D极,黑表笔接G极,然后黑表笔离开,红表笔不动,黑表笔接S极,此时,DS应有阻值(几十欧姆的阻值),不是二极管的阻值(几百欧姆的阻值)。

同理,对于P沟道也一样,只不过表笔反接G、S极,红表笔接S极,黑表笔接G极,然后,黑表笔离开,再去接D极,此时DS之间能导通,阻值约为几十欧姆。

以上是DS之间带有二极管的场效应管测量原理。对于没有二极管的场效应管,则需随机测(反复对调表笔位置),当测出一次导通时,即可知是DS极,另一端为G极。也可以用手捏住一个极,测另外两个极是否阻值变小,如果阻值变小,便可区分G极和DS极,如果没有变小,则反复测,直到阻值变小。如果反复测,阻值始终没有变小,那就是管子损坏了。更准确的测量,则是加上电压,再测DS间阻值,即可知管子是否损坏。

2.6 集成电路

集成电路,就是把多个分立元器件组成的单元电路集成到一个芯片中去。有的集成电路集成一个功能,有的则将多个功能电路集成到一个芯片中,而对不便于集成到电路内部的元器件(多是一些电容),则采用外接的方式,接到集成电路的外部引脚上。

集成电路各种各样,大小不等,平板电脑中的集成电路根据功能不同,可以分为CPU、DDR、闪存、网卡芯片、GPS芯片、重力传感器芯片、时钟电路、功放电路等。

集成电路有多个引脚,首先给芯片供电的电源引脚必不可少;然后是输入引脚,给集成电路输入要处理的信号,集成电路把信号处理完以后,还要把信号送给下一个电路或设备,所以输出引脚也必不可少;最后,集成电路还需要外接一些电阻、电容的引脚。总之,集成电路一般是由这些引脚组成的:电源供电引脚、输入/输出引脚、外接阻容引脚。

对于集成电路的检测,也是检测以上三部分。集成电路好坏的判断,主要看其功能是否实现,即输入信号正常的情况下,输出信号正常,我们就说这个集成电路是好的。如果输入信号正常,而输出信号不正常,就说明集成电路出了问题或外围元器件出了问题。对于集成电路来说,故障率占50%,外围元器件的故障率也是50%。从实践看,集成电路和外围元器件都有坏的可能,但在检测的时候,首先应检测集成电路的供电引脚,看电压是否正常,也可以通过测集成电路的各引脚对地阻值来作为判断的参考。同时用手感觉加电后集成电路的温度是否正常,这也可以作为判断集成电路工作是否正常的依据。

另外,对于不同的集成电路,还可以用不同的方法来判断。如波形测试法直观方便;给集成电路加上动态信号,测输出信号的功能测试法;以及频率测试法和软件测试法等,在实际测试中可灵活运用。

第3章
平板电脑的电源电路

3.1 电源IC

在平板电脑中,电源的故障率是比较高的,而且电源电路结构繁多,设计各不相同,所采用的电源器件更是数不胜数,有的采用大规模集成电路,内含十几路电源电路,而有的则采用独立的电源电路。因此识别平板电脑中的电源器件,无论是对于电源设计,还是电源维修,都是比较重要的。

3.1.1 三引脚电源IC

三引脚电源的符号及接法如图3-1所示。

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图3-1 三引脚电源的符号及接法

三引脚电源的封装及外形如图3-2(封装多为SC70、SC70-3两种方式)、图3-3及图3-4所示。

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图3-2 三引脚电源的封装

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图3-3 DPAK-3封装

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图3-4 SOT-23封装

三引脚电源IC一般都有固定输出电压,如5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、0.9V等,其他的电压也有。这类三引脚电源IC体积小,输出电流也较小,多用于给某个功能IC供电,而带有小散热片的DPAK-3封装则电流要大一些,一般给大规模的集成电路供电。另外几种常见的封装有SOT-23、SOT-89等。

3.1.2 四引脚电源IC

四引脚电源的接法如图3-5、图3-6、图3-7所示。

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图3-5 四引脚电源的接法1

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图3-6 四引脚电源的接法2

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图3-7 四引脚电源的接法3

其中,EN引脚用于输出控制,即该引脚电平控制输出电压的有无。VIN是电源输入引脚;VOUT是电压输出引脚(受EN脚的控制)。

四引脚电源因为多了一个EN脚,所以又叫受控/可控电源。封装如图3-8所示,SC70-4、SC82-4、COT143-4芯片的长和宽在1.5毫米至2.8毫米之间。

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图3-8 SC70-4、SC82-4、COT143-4的封装外形

UDFN封装无引脚,只能焊盘在芯片的底部。

3.1.3 五引脚电源IC

五引脚电源IC的种类和六引脚电源IC的种类最多,五引脚电源的接法如图3-9所示(供测量分析时参考)。大部分五引脚电源都是这种情况,其他一些接法分别在其后列出。图中,1脚IN是电源输入端;2脚接地;3脚是受控端,可控制5引脚的输出电压的有无;4脚是反馈端,当5引脚电源固定输出时,此脚不用,当5引脚电压输出可调时,接反馈电阻;5脚是电压输出端,受3引脚的控制。常见封装如图3-10所示。

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图3-9 五引脚电源的接法

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图3-10 五引脚电源的封装

封装标识代码:SOT23-5、SC70-5、SOT23A-5、SOT223-5、DPAK-5、TSOT23-5、SOT89-5、TSOP-5、TSOT-5。

其他五引脚电源的接法如图3-11~图3-16所示(主要是引脚定义不同)。

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图3-11 五引脚电源的接法1

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图3-12 五引脚电源的接法2

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图3-13 五引脚电源的接法3

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图3-14 五引脚电源的接法4

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图3-15 五引脚电源的接法5

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图3-16 五引脚电源的接法6

引脚说明:“NC”或“X”表示不接;BP表示接一旁的电容;ISET接电阻;LX为电压输出端,需外接一个电感,有时该引脚叫“SW”;EN为控制信号,但该引脚有时叫“CE”、“RUN”或“SHDN”等。

3.1.4 六引脚电源IC

六脚电源IC因其内部结构不同,分为外接电感和没有外接电感两种,并且接法各不相同,如图3-17~图3-25所示。

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图3-17 六引脚电源IC的接法1

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图3-18 六引脚电源IC的接法2

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图3-19 六引脚电源IC的接法3

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图3-20 六引脚电源IC的接法4

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图3-21 六引脚电源IC的接法5

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图3-22 六引脚电源IC的接法6

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图3-23 六引脚电源IC的接法7

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图3-24 六引脚电源IC的接法8

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图3-25 六引脚电源IC的接法9

引脚说明:FB端又叫“ADJ”端,外接两个电阻分压,通过调整两个电阻的大小,可改变输出电压的大小;EN端又叫“SHDN”、“ON”、“CE”、“RUN”等;LED+、LED-外接LED发光二极管;EXT是扩展输出电流,增大输出电流用的。

常见的六引脚电源IC的封装如图3-26所示。

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图3-26 六引脚电源IC的封装

下面的SC70-6、SOT23-6等表示封装类型的标识代码,这些代码代表外形和体积大小等方面的不同:SC70-6、SOT23-6、SOT23A-6、SC74-6、TSOP-6、TSOT-6、UDFN-6。

3.1.5 八引脚电源IC

八引脚电源的IC种类不多(但八脚场效应管却很常见),但内部结构比较复杂,所以其接法及外部引脚定义并无规律可循,具体电路需查阅集成电路手册。下面列出几种接法,如图3-27和图3-28所示。

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图3-27 八引脚电源IC的接法1

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图3-28 八引脚电源IC的接法2

图中阴影部分表示底部带有焊盘,可以焊接在电路板上,以帮助散热。

3.2 其他功能IC

前面讲了三引脚电源IC和四、五、六、八引脚电源IC。但是有这些引脚的并非都是电源IC,还有很多功能IC,那么如何区分它们呢?一般从以下几个方面来区分。

① 体积大小。一般电源IC体积稍大,稍高稍厚。例如,同是三引脚的IC,功能IC(如三极管、场效应管、电压检测IC、双二极管、复位IC、霍尔传感器等这些器件都是三引脚器件)体积要小些。

② 位置不同。器件在电路中的安装位置不是任意摆放的,一般电源电路是一部分,其他功能电路是一部分,并且功能电路之间要传输数据和控制信号,为了降低干扰、连接方便,一般功能电路之间都比较近,功能IC和其他功能IC紧紧相连,而电源电路则单独放在一边。

③ 电路与信号走向不同。一般电源电路产生的输出电压给功能IC,而功能IC输出的都是信号,它的信号还是给下一级功能IC端,而非电源端。

④ 外部接法不同。电源IC输出的是电压,而功能IC输出的是信号,通过对比电源IC和功能IC,外围阻容元器件的接法和电路接法有很大不同。

下面列出一些非电源IC的接法。

3.2.1 三引脚非电源IC的接法

三引脚非电源IC的接法如图3-29至图3-32所示。

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图3-29 三种三引脚非电源IC的接法

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图3-30 低压检测器件的接法

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图3-31 霍尔传感器的接法

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图3-32 三引脚复位IC的接法

3.2.2 四引脚非电源IC的接法

四引脚非电源IC的接法如图3-33至图3-37所示。

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图3-33 四引脚复位IC的接法

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图3-34 时钟电路IC的接法

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图3-35 储存程序数据的I2C总线IC的接法

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图3-36 双线ESD保护器件IC的接法

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图3-37 带手动控制的复位IC的接法

3.2.3 五引脚非电源IC的接法

五引脚非电源IC的接法如图3-38至图3-44所示。

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图3-38 4线信号/总线保护器件的接法

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图3-39 五引脚滤波器(射频附近)的接法

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图3-40 信号分配器(射频附近)的接法

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图3-41 低电检测IC的接法

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图3-42 时钟电路IC的接法

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图3-43 音频功放IC的接法

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图3-44 门电路信号驱动缓冲IC的接法

3.2.4 六引脚非电源IC的接法

六引脚非电源IC的接法如图3-45至图3-49所示。

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图3-45 双路信号滤波器的接法

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图3-46 驱动缓冲IC的接法

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图3-47 4线信号保护器件的接法

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图3-48 2线信号保护器件ESD的接法

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图3-49 3线信号保护器件的接法

通过以上对其他电路的接法和电源IC的接法的对比和分析,就可以总结出电源IC和非电源IC的不同,从而在电路板上判断电源IC与非电源IC。

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