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移动通信原理与设备维修

移动通信原理与设备维修. 第三篇 手机电路结构与信号检测. 本篇导入. 手机是数字通信技术、单片机控制技术、贴片安装技术、元器件材料与工艺、多层控制电路板和柔性电路板等综合技术的产物。通过对手机的电路结构、功能电路和电路板分布等方面的了解和识别，能用仪器对手机的主要信号进行测试，有利于对手机的故障进行准确地判断、定位和简单维修。. 项目描述

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移动通信原理与设备维修

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  1. 移动通信原理与设备维修

  2. 第三篇 手机电路结构与信号检测

  3. 本篇导入 手机是数字通信技术、单片机控制技术、贴片安装技术、元器件材料与工艺、多层控制电路板和柔性电路板等综合技术的产物。通过对手机的电路结构、功能电路和电路板分布等方面的了解和识别，能用仪器对手机的主要信号进行测试，有利于对手机的故障进行准确地判断、定位和简单维修。

  4. 项目描述 • 掌握良好的理论基础是维修之本。手机维修的理论基础包括电路结构、单元电路、识图和理论分析能力等。其中，掌握基本电路结构是首要的，通过基本电路结构可以帮助维修人员建立一个全局观。在实际工作中，许多维修分析方法都是来自对电路结构图的了解。电路图是人们为了研究手机的需要，用约定的符号绘制的一种表示手机电路结构的图形。通过手机电路图可以分析和了解实际电路的情况。本项目主要介绍手机的主要电路方框图及识图方法。若能熟练地掌握手机的基本电路结构，有助于快速定位故障。

  5. 项目分解 • 任务一 认识手机元件分布图和电路板实物图 • 任务二 认识传统GSM手机整机电路方框图 • 任务三 认识智能手机整机电路方框图 • 任务四 认识手机射频电路方框图 • 任务五 认识手机逻辑／音频电路方框图 • 任务六 认识手机接口电路方框图 • 任务七 认识频率合成器电路方框图 • 任务八 认识手机电源及开机方框图

  6. 项目三 了解手机的新功能模块 3 第一篇 手机与移动通信系统 项目一 认识手机基本电路结构 1 项目二 使用仪器检测手机的基本信号 2

  7. 项目一 认识手机基本电路结构 任务1 认识手机元件分布图和电路板实物图 （一）识读手机元件分布图 元件分布图又称为装配图或印刷板电路图。 CPU 图3-1-1 摩托罗拉A1008手机元件分布图图

  8. 存储器 电源 接口电路 天线开关 射频IC 本振 CPU 项目一 认识手机基本电路结构 （二）识读手机电路板实物图

  9. 射频部分 逻辑/音频部分 接口界面部分 接收高频处理（滤波、放大、混频） 接收中频处理（滤波、放大、解调） 接收音频处理部分 听筒 存储器 字库 码片 暂存 显示屏 接收部分 键盘 相机 天线开关 频率合成部分 SIM卡 接收本振 CPU (中央处理器) 振动器 发射本振 指示灯 时钟 蓝牙 FM收音 发射部分 发射高频处理（功率放大、滤波） 发射中频处理（调制、滤波、放大） 发射音频处理部分 话筒 供电部分 逻辑供电 射频供电 电池 充电部分 图3-1-3 传统GSM手机整机电路框图 任务2 认识传统GSM手机整机电路方框图

  10. （二）理解各部分的功能 • 1．射频部分。射频部分主要由天线开关电路、接收电路、发射电路和频率合成器组成。接收射频电路将天线接收到的935MHz～960MHz（GSM频段）或1805MHz～1880MHz（DCS频段）的射频信号处理后变为67.707KHz的接收I/Q基带信号，再送逻辑音频电路，完成接收信号的下变频处理。发射时，射频部分将逻辑音频电路送来的67.707KHz发射I/Q基带信号经处理后变为890MHz～915MHz(GSM频段)或1710MHz～1785MHz（DCS频段）的发射信号，经功率放大后从天线发射出去，完成对发射基带信号的上变频处理。 • 2．音频处理部分。接收时，将射频电路送来的I/Q基带信号进行一系列数字化处理后，从听筒输出人耳听到的声音。发射时，将话筒输入的话音信号经过一系列数字化处理后，转换成发射的I/Q信号并送到射频电路中。 • 3．频率合成器。为接收和发射电路提供必要的各种频率信号。 • 4．逻辑控制部分。作用是执行程序，CPU是逻辑控制的核心元件，存储器则用来存储各种程序和数据。主要控制射频收发信号电路的工作时隙，对锁相环编程，控制基带信号的数字化处理，提供SIM接口，执行鉴权入网，处理键盘信号，控制显示屏与外围设备的通信等。 • 5．供电部分。提供整机所用的电源，用来保障手机正常工作。 • 6．接口界面部分。用户和手机沟通的桥梁，它输出各种信息给用户，如话音、振铃、屏显、背光灯、相机、蓝牙等，同时用户通过听筒、摄像头和键盘输入信息给手机。

  11. 项目一 认识手机基本电路结构 音频处理、逻辑控制部分，主要包括CPU（本手机的CPU集成了音频处理电路）、存储器，数字信号处理器等芯片及外围元件 供电部分，主要包括电源IC及外围电路 频率合成器，主要包括时钟晶体振荡电路 射频部分，主要包括射频IC、天线接收部分、功放、滤波电路等

  12. 动手操作 • （1）实训要求 • 1)以小组为单位，确定成员分工。 • 2) 教师提供传统GSM手机的主板及元件分布图，指导学生查找该手机的四大组成部分，并对各部件的元器件、功能进行归类。 • （2）实训记录 • 根据实训内容，完成表3-1-1。 • 表3-1-1 GSM手机部件组成表 • 手机电路组成归类功能射频部分逻辑/音频部分供电部分界面接口部分

  13. 送话器 扬声器 天线 JTAG 触摸屏 功率放大器 JTAG A/D UART2 蓝牙 接收机 红外数据 接口 11S 音频编 解码器 11C GPIO 键盘 基带 射频电路 话音 图像控制器 摄像头 存储器 LCD控制器 LCD 数字基带 UART1 模拟基带 SDRAM接口 SDROM接口 多媒体接口 无线调制解调器部分 SDRAM NND FLASH SD卡 任务3 认识智能手机整机电路方框图 图3-1-5智能手机方框图

  14. 任务3 认识智能手机整机电路方框图 • 一．任务目标 • 1．认识智能手机整机电路方框图。 • 2．理解各部分的功能。 • 二．任务实施 • （一）了解智能手机 • 智能手机（Smartphone)，是指像个人电脑一样，具有独立的操作系统，用户可以自行安装第三方服务商提供的软件、游戏等程序，通过此类程序来不断对手机的功能进行扩充，并可以通过移动通信网络来实现无线网络接入的这样一类手机的总称。 • 智能手机因安装了相应开放式的操作系统和可以安装第三方软件，所以比传统的手机具有更强的综合性处理能力和更丰富的功能。智能手机常用的操作系统有：Symbian、Windows Mobile、Windows phone、iOS、Linux（含Android）。而传统手机都使用生产厂商自行开发的封闭式操作系统，所能实现的功能非常有限，不具备智能手机的扩展性。 • 智能手机的特点： • 1. 具备无线接入互联网的能力，即需要支持GSM网络下的GPRS或者CDMA网络的CDMA 1X或3G（wcdma、cdma-evdo、TD-scdma）网络，甚至4G（HSPA+、FDD-LTE、TDD-LTE）。 • 2. 具有PDA的功能，包括PIM（个人信息管理），日程记事，任务安排，多媒体应用，浏览网页。 • 3. 具有开放性的操作系统，可以安装更多的应用程序，使智能手机的功能可以得到无限扩展。 • 4. 人性化，可以根据个人需要扩展机器功能。 • 5. 功能强大，扩展性能强，第三方软件支持多。

  15. 射频 滤波器 低噪声放大 射频 滤波器 中频 GSM 混频器 RXQN RXQP RXIN RXIP 天线开关 DCS 频率合成器 一本振 F/2 二本振 900MHz F/2(4) 功放 鉴相器 发射中频 900MHz 发射VCO 1800MHz 调制 TXI/Q 1800MHz 功率控制 射频信号处理器 图3-1-6 射频电路方框图 任务4 认识手机射频电路方框图

  16. 任务4 认识手机射频电路方框图 • （二）理解手机射频电路工作原理 • 1．接收部分工作原理 • 手机接收部分工作流程如下。 • （1）从天线接收下来的射频信号经天线切换开关输出送到接收射频滤波器进行滤波，该滤波器有两个通道，即GSM通道和DCS通道。 • （2）滤波后的信号 低噪声放大器放大 射频滤波器滤波 射频信号处理器 与本振输出的本振信号进行混频 输出中频信号 • 中频滤波器滤波 射频信号处理器 • （3）第二本振信号 射频信号处理器 分频器分频 对中频信号进行I/Q解调 得到RXIN、RXIP、RXQN和RXQP四路接收基带信号 射频接口电路。

  17. 任务4 认识手机射频电路方框图 • 2．发射部分工作原理 • 手机发射部分工作流程如下。 • （1）由逻辑电路处理形成的发射基带信号（TXI/Q）TXIN、TXIP、TXQN和TXQP,这四路调制信号从射频接口进入射频信号处理器。 • （2）第二本振信号 射频信号处理器 四分频后的信号 对发射基带信号进行调制 发射中频信号。 • （3）发射VCO产生GSM 890MHz～915MHz或DCS 1710MHz～l785MHz的发射载频信号，一路送入功放进行放大，另一路送回射频信号处理器。 • （4）锁相环控制电压信号从而控制发射频率：送回射频信号处理器的发射载频信号 与一本振信号进行发射混频 混频输出的信号 与发射中频信号在鉴频器中进行鉴相比较 得到控制电压信号 控制发射VCO的振荡频率。 • （5）功放将发射载频信号放大后经天线开关输出到天线发射。 • 功放受CPU控制，根据接收系统的不同而相应变化。市面上手机的接收和发射信号的处理过程都是大同小异，完成的功能也与上面的这种手机基本一样。

  18. 任务4 认识手机射频电路方框图 • （三）理解混频器工作原理 • 接收机从天线接收到的信号是微弱的，但直接进行放大，将会出现灵敏度低、选择性差、高低频端信号增益不均匀等问题。为了克服这种困难，接收机采用超外差技术，即利用混频器加以变频。 振荡器（VCO）fbfi低噪声放大器中频放大器～（a）混频器符号（b）混频器在接收机的位置图3-1-7 混频器fi-fbfofbfi • 混频器由非线性器件（二极管、三极管、场效应管）构成，从图3-1-7（a）

  19. 低噪声放大器 中频放大器 fi-fb fi fi fo fb fb ～ 振荡器（VCO） （a）混频器符号 （b）混频器在接收机的位置 图3-1-7 混频器 任务4 认识手机射频电路方框图

  20. 任务4 认识手机射频电路方框图 • 四）综合实训 • 1、任务示例 • （1）查找射频电路的主要元器件 • 如图3-1-8 所示为NOKIA8210手机PCB中的射频电路的主要元器件。天线开关射频滤波器GSM高放管DCS高放管射频滤滤波器互感耦合器射频信号处理器功放前置放大管DCS发射滤波器GSM发射滤波器本振VCO • 图3-1-8 NOKIA8210手机PCB中的射频主要元器件

  21. 接收和发射I/Q 信号 任务4 认识手机射频电路方框图 图3-1-9 N97手机电路图上的I/Q信号示意图

  22. N7520 RX1 RX2 Z7521 INP_900 INM_900 INP_1800 INM_1800 N7500 X7401 X7402 X7403 CPU X7400 RXOUT_PI RXOUT_NI RXOUT_PQ RXOUT_NQ 接收滤波器 天线座 天线接口 TRX3 TRX2 TRX1 INP_850 INM_850 INP_2150 INM_2150 INP_1900 INM_1900 Z7540 Z7541 Z7542 OSCIN 前端模块 射频IC G7500 VCO 滤波器 任务4 认识手机射频电路方框图 图3-1-10 NOKIA手机的接收信号流程图

  23. N7520 TX_1 TX_2 Z7523 T7520 G_OUTP G_OUTM P_OUTM P_OUTP 天线座 N7500 CPU X7400 TXQ_0 TXQ_180 TXI_0 TXI_180 滤波器 发射滤波器 TRX3 TRX2 TRX1 Z7540 Z7541 Z7542 X7401 X7402 X7403 Z7543 Z7544 W_OUTP_H W_OUTN_H W_OUTP_H2 W_OUTN_H2 W_OUTN_L W_OUTM_L OSCIN 前端模块 天线接口 G7500 VCO 射频IC N7540 WCDMA功放 任务4 认识手机射频电路方框图 图3-1-11 NOKIA手机的发射信号流程图

  24. 任务5 认识手机逻辑／音频电路方框图 图3-1-12 手机音频电路方框图

  25. 图3-1-13 手机逻辑电路方框图

  26. 1．手机CPU的控制功能 • （1）由射频部分送来的RXQN、RXQP、RXIN和RXIP四路信号分别进入射频接口，转化成数字信号送给CPU进行处理，又将数字语音信号转为模拟语音信号，再次送到音频接口放大，使耳机发出声音。 • （2）由麦克风送来的模拟语音信号首先输入音频接口进行A/D转换成数字语音信号，送往CPU进行编码，再送到射频接口电路，分解出TXQN、TXQP、TXIN和TXIP四路信号送往射频电路。 • （3）对收、发射频的的双工通信的控制。CPU输出发射启动TX-ON信号和接收启动RX-ON信号，这些信号控制接收与发射的射频RF部分，实现收、发通道之间切换的双工通信。 • （4）振动信号、振铃信号分别来自CPU，CPU在不同的状态输出不同的控制信号控制它们的工作。 • （5）对整机的供电系统的控制。手机在电源芯片工作正常和CPU自检工作正常后，CPU送出维持信号给电源芯片，维持开机。 • （6）对SIM卡的控制与信息交换。CPU通过SIM-DATA(数据)、SIM-CLK（时钟）、SIM-RST(复位)及VCC电源等信号及供电给SIM卡，使SIM卡和CPU进行信息交换。 • （7）对频率合成器的控制。CPU通过频率合成器的数据SYN-DATA、时钟SYN-CLK和启动SYN-EN信号的控制，使频率合成器输出的频率信号按需要进行切换，实现信道越区切换的目的。 • （8）CPU得到供电、时钟、复位三大条件后，启动存储器调出初始化程序进行自检。自检成功后，将从字库内调出开机程序，软件运行正常，CPU将会输出开机维持信号给电源集成电路，使其持续不断产生供电，开机完成。 • （9）对液晶显示器LCD的控制。CPU通过数据LCD-DATA、启动LCD-EN、供电LCD-VCC等信号，使LCD正常显示工作。 • （10）对按键KEY的控制。CPU通过列线COL、行线ROW组成的矩阵对各个按键实施控制及信息搜索。 • （11）对背景灯LED的控制。CPU发出LED启动信号，控制开关管使LED发光。

  27. 2．存储器 • 存储器分为程序存储器和数据存储器。程序存储器包括Flash ROM(即闪存，又称字库或版本)和EEPROM（电可擦写可编程只读存储器，又称码片）；数据存储器即SRAM（静态随机存储器，又称暂存器）。 • 程序存储器存放手机的基本程序和各种功能程序，即存储手机出厂设置的整机运行系统软件控制指令（如开机和关机程序、LCD字符调出程序、系统网络通信控制程序、监控程序等），也存放中文字库和固定参数等大容量数据。手机在工作时，只能读取其中的资料。 • EEPROM的容量较小，存储手机的资料有：手机的机身码（IMEI码）；检测程序，如电池检测、显示电压检测等；各种表格，如功能控制（APC）、数模转换（DAC）、自动增益控制（AGC）、自动频率控制（AFC）等；一些可以修改的系统参数，其数据会通过本机工作运行时自动更新；一些可以让用户通过本机键盘、手机菜单进行修改的数据，如电话号码簿、锁机码、用户设定值等用户个人信息。手机在工作时，不仅能读取其中的数据资料，还能往存储器写入资料。 • 作为数据缓冲的数据存储器，其内部存放手机当前运行程序时产生的中间数据，为数据和信息在传输过程中提供一个暂时存放的空间。如果手机关机，则数据存储器的内容将全部消失。但程序存储器内的资料能长期存放，即使断电也不会丢失。随着手机功能的不断增强，需要运行的软件容量也越来越大，因而数据存储器的容量也要求越来越大。

  28. 射频IC中的SYN-DATA、SYN-CLK、SYN-EN信号线，接电源IC N2200 射频IC中的TX-ON、RX-ON组信号线

  29. CPU中的TX-ON、RX-ON组信号线

  30. 任务6 认识手机接口电路方框图 • 一．任务目标 • 1．认识手机接口电路方框图。 • 2．认识接口电路功能和分类。 • 二．任务实施 • （一）认识手机接口电路方框图 • 手机各部分电路和各部件，都受控于CPU，只有接到CPU的启动控制信号才有动作。处于CPU与这些电路、部件之间的电路叫输入（IN）、输出（OUT）系统，简称I/O接口。其基本功能如下： • 1．参与数据的传输操作，选择输入、输出部件。 • 2．参与控制完成选定的I/O部件与CPU及其它部件在工作速度上达到匹配。 • 手机的输入/输出接口按照电路功能分类，包括模拟接口、数字接口以及人机接口3类。 • （1）模拟接口包括A/D、D/A变换等。 • （2）数字接口主要包括数字终端适配器（即尾插）、红外线接口、蓝牙接口和摄像头接口等。 • （3）人机接口包括键盘输入、翻盖功能开关输入、送话器输入、液晶显示屏（LCD）输出、受话器输出、振铃输出、手机状态指示灯输出等，它是用户与手机沟通的桥梁。 • 逻辑/音频及输入/输出接口部分的电路由众多元器件和专用集成电路构成。其实，手机就是一部单片机控制下的收/发信机。具体如图3-1-15所示。

  31. 图3-1-15 手机接口电路

  32. 排线接口 耳机接口 键盘排线接口 滑盖排线接口 主相机接口

  33. AFC 13MHz 基准时钟 鉴相器(PD) 低通滤波器(LPF) 压控振荡器（VCO） 频率合成器启动 SYN-EN 分频器（1/N） 频率合成器时钟 SYN-CLK SYN-DATA 频率合成器数据 （来自CPU） 任务7 认识频率合成器电路方框图 一．任务目标 理解频率合成器电路方框图及工作原理、功能。 二．任务实施 （一）认识频率合成器方框图 频率合成器电路方框图组成如图3-1-17所示。

  34. （二）理解频率合成器工作原理及功能 • 1、工作原理 • 鉴相器是一个相位比较器，它对输入的13MHz基准时钟信号与压控振荡器输出的振荡信号经分频后进行相位比较，产生误差信号（该误差信号反映了VCO输出振荡信号的相位变化）。该误差信号作为一种控制信号，经低通滤波器滤掉高频成分后，控制压控振荡器的振荡频率，保持频率合成电路输出振荡信号的稳定和准确。来自CPU的三路控制信号（SYN-EN、SYN-CLK、SYN-DATA）通过对分频器的控制,使频率合成电路输出相应的频率信号。为了提高鉴相器的控制精确度，鉴相器输入的两个信号频率应当低一些。

  35. 2．功能 • 频率合成电路为接收通路的混频电路和发射通路的调制电路提供接收本振频率和发射载频频率。一部手机一般需要两个振荡频率，即接收本振频率和发射载频频率。有的手机需要4个振荡频率，分别提供给接收第一、第二混频电路和发射第一、第二调制电路。具体功能如下： • （1）产生多个频率信号。 • （2）在CPU发出的数据DATA、时钟CLK、启动EN三路信号的控制下，频率合成器产生多个频率信号并且频率信号的规律是每隔200kHz出现一个频率，当手机越区时可以自动更新频率。 • （3）手机实现“自动改频”，即在GSM 900频段的125个频率点切换；在DCS 1800频段的375个频率点切换。

  36. 电源IC 电池接口 组电压输出滤波电路 组电压输出电路 升压电路 开机触发电路 SIM卡接口电路 图3-1-18 手机电源电路组成 任务8 认识手机电源及开机方框图 • 一．任务目标 • 1．掌握手机电源电路组成。 • 2．掌握手机开机电路方框图。 • 3．掌握手机正常开机的三大条件。 • 二．任务实施 • （一）认识手机电源

  37. 1．电池供电电路    手机电池的类型和连接电路多种多样，电池电源通常用VBATT、VBAT、BATT、BATT+表示，也有用VB、B+来表示的。 摩托罗拉手机可以通过电池或外接电源供电，其中电池供电用BATT+表示，外接电源用EXT-B+表示，经过外接电源和电池供电转换后的电压一般用B+表示。如果手机电池接触不良，也可能开不了机。各类型手机的电池电压一般在3V～5V之间。 • 2．开机信号电路 • 手机的开机方式有高电平和低电平开机两种方式。如图3-1-19和图3-1-20所示。

  38. 电源 电源 方式1 V VBATT 电源 方式2 图3-1-20 高电平开机触发示意图 图3-1-19 低电平开机触发示意图 当开关键被按下时，开机触发端接到电池电源，是高电平启动电源电路开机；当开关键被按下时，开机触发线路接地，是低电平启动电源电路开机。爱立信手机基本都是高电平触发开机；摩托罗拉、诺基亚及其他多数手机都是低电平触发开机。开机信号常用 ON／OFF或PWR-SW、PWRON、POWKEY等表示。

  39. 3．升压电路     手机的电池电压较低，而有些电路则需要较高的工作电压，另外，电池电压随着用电时间的延长会逐渐降低，为了供给手机各电路稳定的、且符合要求的电压，手机的电源电路常采用升压电路。 • 4．组电压输出电路 • 电池电源经手机电源电路的转换，会产生不同的供电电压，供给手机的不同电路使用，这些电压统称为组电压。组电压输出前，要经过组电压输出滤波电路处理。组电压输出分为非受控和受控电压输出。 • （1）非受控电压即按下开机键就有输出，这部分电压大部分供给逻辑电路、基准时钟电路，以使逻辑电路具备工作条件(即供电、复位、时钟)，并输出开机维持信号。非受控电压一般是稳定的直流电压，用万用表可以测量，电压值就是标称值。 • （2）受控电压大部分供给手机射频电路中的压控振荡器、功放、发射VCO等电路。手机要输出受控电压主要有两个原因：一是这个电压在不需要的时候不能出现，确保手机工作有序；二是为了省电，使部分电压不需要时不输出。受控电压一般受CPU输出的RXON、TXON等信号控制。由于RXON、TXON信号为脉冲信号，因此，输出的电压也为脉冲电压，需用示波器测量，用万用表测量要小于标称值。

  40. 系统时钟振荡电路 逻辑电源 时钟 电源 字库 存储器 供电（VCC） 逻辑电源 CPU 电源 集成电路 码片 复位（RST） 射频电源 开机维持 （WATCHDOG） 开机信号 暂存 充电控制 充电电路 电池 电源开关 • （二）认识手机开机过程 • 手机开机基本电路如图3-1-21所示。

  41. 时钟晶振 辅助电源 存储器 字库 CPU 电源

  42. 项目二 使用仪器检测手机的基本信号 • 项目描述 • 学会使用数字示波器和直流稳压电源，用直流稳压电源给手机加电，测试手机的工作电流，定位手机故障所在。熟悉手机开机电源、时钟、复位、开机维持等信号波形，并熟练使用示波器等仪器检测各部分电路。 • 项目分解 • 任务一 学会使用数字示波器 • 任务二 学会使用直流稳压电源 • 任务三 学会检测手机的工作电流 • 任务四 学会检测手机的基本信号

  43. 任务1 学会使用数字示波器 • 一．任务目标 • 1．熟悉数字示波器面板。 • 2．熟练使用数字示波器测波形。 • 二．任务实施 • （一）认识示波器的面板 • GOS-1022数字示波器面板如图3-2-1所示。

  44. 图3-2-1 GOS-1022示波器

  45. 任务2 学会使用直流稳压电源 • 一．任务目标 • 1．熟悉直流稳压电源面板。 • 2．熟练使用直流稳压电源维修手机。 • 二．任务实施 • 在手机维修工作中，直流稳压电源是必不可缺的维修设备之一。当拆下手机电池时，就只能靠直流稳压电源来代替电池为手机供电；它面板上的电流表还可以方便地观察手机的工作电流，为快速判断手机的故障提供便利。 • 认识直流稳压电源的面板 • 如图3-2-3所示为直流稳压电源的功能面板图。使用直流稳压电压之前应先熟悉其面板功能。

  46. 电压表 电流表 零点微调 零点微调 电压指示 ＲＦ指示 功能选择 电源开关 电压输出端 测量电压输入端 电压调节旋钮

  47. 图3-2-4 接上电源接口线

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