手机中的传感器

第六章手机中的传感器第一节手机中的磁控传感器一、手机中的干簧管传感器二、手机中的霍尔传感器第二节手机中的光线传感器一、光敏三极管的外形及符号二、光敏三极管的工作原理三、光敏三极管在手机中的应用四、手机光线传感器电路详解第三节手机中的触摸传感器一、电阻式触摸屏二、电容式触摸屏第四节手机中的摄像头一、手机摄像头的工作原理二、手机摄像头的结构三、图像传感器四、手机摄像头电路详解第五节手机中的电子指南针一、电子指南针工作原理二、电子指南针电路第六节手机中的三轴陀螺仪一、三轴陀螺仪工作原理二、三轴陀螺仪的应用三、iphone手机中的三轴陀螺仪本章导读随着技术的进步，手机已经不再是一个简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式的电子设备。

你可以用手机听音乐，看电影，拍照等。

手机变得无所不能。

在这种情况下，各种传感器在手机中的应用应运而生。

本章主要介绍了几种典型的传感器及其在手机中的应用，如磁控传感器、光线传感器、触摸传感器（触摸屏的典型应用）、图像传感器（手机摄像头的应用）、磁阻传感器（电子指南针）、加速传感器（iphone4的三轴陀螺仪）等。

这些传感器的应用为智能手机增加感知能力，使手机能够知道自己做什么，甚至做什么的动作。

知识目标1、了解各种传感器的工作原理；2、掌握各种传感器功能的熟练使用；3、了解传感器电路的功能、特点；4、能够识别手机中使用的各种传感器电路。

技能目标1、能简单判断各传感器电路的故障；2、了解传感器的特性及性能；3、能够识别传感器实物并排除简单故障。

第一节 手机中的磁控传感器在手机中磁控传感器主要包括干簧管和霍尔元件，干簧管和霍尔元件都是通过磁信号来控制线路通断的传感器，主要用在翻盖、滑盖手机的控制电路中。

由于干簧管易碎等原因，现在手机中很少见到干簧管传感器了，使用最多的是霍尔传感器（也叫霍尔元件）。

一、手机中的干簧管传感器由于干簧管传感器主要应用于老式的手机中，在新型手机中已经很少采用了，所以只对干簧管传感器进行简单介绍。

1、干簧管传感器的外形特征干簧管传感器就是一个密闭的玻璃管内有两个簧片，干簧管传感器分为常开型和常闭型，下图是干簧管传感器的常见外形。

干簧管传感器的常见外形2、干簧管传感器的工作原理干簧管传感器是利用磁场信号来控制的一种线路开关器件。

干簧管传感器又被称为磁控管传感器。

干簧管传感器的外壳一般是一根密封的玻璃管，在玻璃管中装有两个铁质的弹性簧片电极，玻璃管中充有某种惰性气体。

平时玻璃管中的两个簧片是分开的，当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，使两个引脚所接的电路连通。

外磁场消失后，两个簧片由本身的弹性而分开，线路就断开。

干簧管传感器的工作原理如图所示。

干簧管传感器的工作原理在实际运用中，通常使用磁铁采控制这两根金属片的接通与否，所以，又称其为磁控管传感器。

磁控管传感器在手机中常常被用于翻盖手机、折叠式手机电路中，特别是早期的摩托罗拉、爱立信、三星手机使用最多。

通过翻盖的动作，使翻盖上磁铁控制磁控管传感器闭合或断开，从而挂断电话或接听电话等。

在采用干簧管传感器结构的手机中，除有一个干簧管传感器外，还有有一个辅助磁铁，手机在通话时，磁铁应远离干簧管传感器，故这类手机有个共同的特点，就是磁铁在翻盖上(翻盖式手机)或听筒旁(折叠式手机)。

如果手机既不是折叠式，又不是翻盖式，则不需采用干簧管传感器。

3、干簧管传感器的故障特征干簧管传感器本身是一种玻璃管，而玻璃易碎，所以干簧管传感器很容易损坏，特别是摔过的手机尤其如此，因此，目前一些新式的折叠式和翻盖式手机已不再采用干簧管传感器，而采用了原理与干簧管传感器类似的霍尔传感器。

当干簧管传感器损坏时，手机会出现一些很复杂的故障，如部分或全部按键失灵、开机困难、不显示等。

因此，在检修手机开机困难、按键失灵、不显示等故障时，不可忘记对干簧管传感器的检查。

二、手机中的霍尔传感器霍尔传感器一个使用非常广泛的电子器件，在录像机、电动车、汽车、电脑散热风扇中都有应用。

在手机中主要应用在翻盖或滑盖的控制电路中，通过翻盖或滑盖的动作来控制挂掉电话或接听电话、锁定键盘及解除键盘锁等。

1、霍尔传感器的外形特征霍尔传感器的作用与干簧管传感器一样，工作原理非常相似的，都是在磁场作用下直接产生通与断的动作。

霍尔传感器是一种电子元件，其外型封装很似三极管，但看起来比三极管更胖一些。

手机中霍尔传感器的外形如图所示。

在手机中，霍尔传感器的封装有3个引脚的，也有4个引脚的。

手机中霍尔传感器的外形2、霍尔效应所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。

金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。

当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。

半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。

利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。

由于通电导线周围存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔元件测量出磁场，就可确定导线电流的大小。

利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。

其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。

如果把霍尔传感器集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。

根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位移。

若测出单位时间内发出的脉冲数，则可以确定其运动速度。

3、霍尔传感器利用霍尔效应做成的半导体元件就是霍尔元件（霍尔传感器）。

霍尔传感器可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP 以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。

霍尔传感器具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

相对于干簧管传感器来说，霍尔传感器寿命较长，不易损坏。

且对振动，加速度不敏感。

作用时开关时间较快，一般为0.1～2ms，较干簧管传感器的1～3ms 快得多。

4、霍尔传感器分类霍尔传感器分为线性型霍尔传感器件和开关型霍尔传感器两种。

（1）线性霍尔传感器线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。

（2）开关型霍尔传感器开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。

手机中使用的霍尔传感器是微功耗开关型霍尔传感器。

5、手机霍尔传感器电路详解下图是NOKIA N73滑盖手机的霍尔传感器电路，当磁场作用于霍尔元件时产生一微小的电压，经放大器放大及施密特电路后使三极管导通输出低电平；当无磁场作用时三极管截止，输出为高电平。

在滑盖手机中，霍尔传感器件在上盖对应的方向有一个磁铁，用磁铁来控制霍尔传感器传感信号的输出，当合上滑盖的时候，霍尔传感器输出低电平做为中断信号到CPU，强制手机退出正在运行的程序（例如正在通话的电话），并且锁定键盘、关闭LCD背景灯，当打开滑盖的时候，霍尔传感器输出1.8V高电平，手机解锁、背景灯发光、接通正在打入的电话。

在翻盖或滑盖手机中霍尔传感器也比较容易找，它的位置一般在磁铁对应的主板的正面或反面，只要找到磁铁就一定能找到霍尔传感器。

直板手机中没有这个电路。

NOKIA N73滑盖手机的霍尔传感器电路第二节 手机中的光线传感器从2002年，NOKIA 7650手机开始使用光线传感器，到最新款的iphone 手机中使用光线传感器。

光线传感器在手机中的使用给人们增加了更多的便利。

在手机中使用的光线传感器件一般是光敏三极管，也叫光电三极管，光敏三极管有电流放大作用，所以比光敏电阻和光敏二极管应用更广泛。

一、光敏三极管的外形及符号光敏三极管有2个PN 结，其基本原理与光敏二极管相同，但是它把光信号变成电信号的同时，还放大了信号电流，因此具有更高的灵敏度，一般光敏三极管的基极已在管内连接，只有C 和E 两根引线引出（也有将基极引出的）。

在使用光敏三极管时，不能从外形来区分是光敏二极管还是光敏三极管，只能从型号来进行区分。

光敏三极管的外形及符号如图所示，一般只有两个引脚引出，样子非常像普通的发光二极管。

供电电压手机中的光敏三极管及符号二、光敏三极管的工作原理光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN 或PNP 结构的半导体管。

它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。

光敏三极管的结构如图所示。

为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。

和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。

光敏三极管的芯片结构示意图将光敏三极管接在图所示的电路中，光敏三极管的集电极接正电位，其发射极接负电位。

当无光照射时，流过光敏三极管的电流，就是正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流Iceo 它也是光敏三极管的暗电流，其大小为：Iceo =(1 + hFE) I（式中: Icbo---集电极与基极间的饱和电流;hFE ---共发射极直流放大系数）。

光敏三极管等效电路图当有光照射在基区时，激发产生的电子--空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。

该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。

可以看出，光敏三极管利用普通半导体三极管的放大作用，将光敏二极管的光电流放大了( I + hFE) 倍。

所以，光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。

三、光敏三极管在手机中的应用光敏三极管在手机上应用主要是根据环境光线明暗来判断用户的使用条件，从而对手机进行智能调节，达到节能和方便用户使用的目的。

黑暗环境下自动降低背光亮度，以免背光太亮刺眼。

太阳下自动增加屏幕亮度，使显示更清楚。

手机移动到耳边打电话时，自动关闭屏幕和背光，可以延长手机的续航时间，同时关闭触屏，又可以达到防止打电话过程中误触屏幕挂断电话的误操作。

甚至还有手机设计成利用光线亮度控制铃声音量的功能，即通过外界光线的强弱，来控制铃声的大小，如手机装在衣服口袋或是皮包里时，就大声振铃，而取出时，环境光线改变了，振铃就随着减小，这个功能很有意思，一方面可以避免铃声过小误接电话，一方面又可以适应环境的需要，避免影响他人，同时还能节省电量。

以NOKIA N73手机为例，光敏三极管位于前摄像头旁边，如果在光线充足的情况下（室外或者是灯光充足的室内），大概在2-3秒之后，键盘灯会自动熄灭，即使你再操作手机，键盘灯也不会亮，除非到了光线比较暗的地方，键盘灯才会自动的亮起来；如果在光线充足的情况下，你试着用手将光线感应器遮上2-3秒之后，键盘灯会自动亮起来，这个就是光线感应器的作用。