Мосфеты на материнской плате что это?

Проверка мосфетов на материнской плате

В радиоэлектронике и электротехнике транзисторы относятся к одним из основных элементов, без которых не будет работать ни одна схема. Среди них, наиболее широкое распространение получили полевые транзисторы, управляемые электрическим полем.

Само электрическое поле возникает под действием напряжения, следовательно, каждый полевой транзистор является полупроводниковым прибором, управляемым напряжением. Наиболее часто применяются элементы с изолированным затвором.

В процессе эксплуатации радиоэлектронных устройств и оборудования довольно часто возникает необходимость проверить полевой транзистор мультиметром, не нарушая общей схемы и не выпаивая его. Кроме того, на результаты проверки оказывает влияние модификация этих устройств, которые технологически разделяются на п- или р-канальные.

Устройство и принцип действия полевых транзисторов

Полевые транзисторы относятся к категории полупроводниковых приборов. Их усиливающие свойства создаются потоком основных носителей, который протекает через проводящий канал и управляется электрическим полем. Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, для своей работы используют основные носители заряда, расположенные в полупроводнике. По своим конструктивным особенностям и технологии производства полевые транзисторы разделяются на две группы: элементы с управляющим р-п-переходом и устройства с изолированным затвором.

К первому варианту относятся элементы, затвор которых отделяется от канала р-п-переходом, смещенным в обратном направлении. Носители заряда входят в канал через электрод, называемый истоком. Выходной электрод, через который носители заряда уходят, называется стоком. Третий электрод – затвор выполняет функцию регулировки поперечного сечения канала.

Когда к истоку подключается отрицательное, а к стоку положительное напряжение, в самом канале появляется электрический ток. Он создается за счет движения от истока к стоку основных носителей заряда, то есть электронов. Еще одной характерной особенностью полевых транзисторов является движение электронов вдоль всего электронно-дырочного перехода.

Между затвором и каналом создается электрическое поле, способствующее изменению плотности носителей заряда в канале. То есть, изменяется величина протекающего тока. Поскольку управление происходит с помощью обратно смещенного р-п-перехода, сопротивление между каналом и управляющим электродом будет велико, а мощность, потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, очень мала. За счет этого обеспечивается усиление электромагнитных колебаний не только по току и напряжению, но и по мощности.

На каждую из них нанесен металлический электрод – исток и сток. Поверхность между ними покрывает тонкий слой диэлектрика. Таким образом, в полученную структуру входят металл, диэлектрик и полупроводник. Данное свойство позволяет проверить полевой транзистор мультиметром не выпаивая. Поэтому данный вид транзисторов сокращенно называют МДП.

Они различаются наличием индуцированных или встроенных каналов.

Читать также:  Метчики для нарезки резьбы размеры

Проверка мультиметром

Перед началом проверки на исправность полевого транзистора мультиметром, рекомендуется принять определенные меры безопасности, с целью предотвращения выхода транзистора из строя. Полевые транзисторы обладают высокой чувствительностью к статическому электричеству, поэтому перед их проверкой необходимо организовать заземление. Для снятия с себя накопленных статических зарядов, следует воспользоваться антистатическим заземляющим браслетом, надеваемым на руку. В случае отсутствия такого браслета можно просто коснуться рукой батареи отопления или других заземленных предметов.

Хранение полевых транзисторов, особенно с малой мощностью, должно осуществляться с соблюдением определенных правил. Одно из них заключается в том, что выводы транзисторов в этот период, находятся в замкнутом состоянии между собой. Конфигурация цоколей, то есть расположение выводов в различных моделях транзисторов может отличаться.

Однако их маркировка остается неизменной, в соответствии с общепринятыми стандартами. Затвор по-английски означает Gate, сток – Drain, исток – Source, а для маркировки используются соответствующие буквы G, D и S.

Если маркировка отсутствует необходимо воспользоваться специальным справочником или официальным документом от производителя электронных компонентов.

Проверку можно выполнить с помощью стрелочного омметра, но более удобной и эффективной будет прозвонка цифровым мультиметром, настроенным на тестирование p-n-переходов. Полученное значение сопротивления, отображаемое на дисплее, на пределе х100 численно будет соответствовать напряжению на р-п-переходе в милливольтах. После подготовки можно переходить к непосредственной проверке. Прежде всего нужно знать, что исправный транзистор обладает бесконечным сопротивлением между всеми его выводами. Прибор должен показывать такое сопротивление независимо от полярности щупов, то есть прикладываемого напряжения.

Современные мощные полевые транзисторы имеют встроенный диод, расположенный между стоком и истоком. В результате, при решении задачи, как прозвонить полевой транзистор мультиметром, канал сток-исток, ведет себя аналогично обычному диоду. Отрицательным щупом черного цвета необходимо коснуться подложки – стоку D, а положительным красным щупом – вывода истока S. Мультиметр покажет наличие прямого падения напряжения на внутреннем диоде до 500-800 милливольт. В обратном смещении, когда транзистор закрыт, прибор будет показывать бесконечно высокое сопротивление.

Далее, черный щуп остается на месте, а красный щуп касается вывода затвора G и вновь возвращается к выводу истока S. В этом случае мультиметр покажет значение, близкое к нулю, независимо от полярности приложенного напряжения. Транзистор откроется в результате прикосновения. Некоторые цифровые устройства могут показывать не нулевое значение, а 150-170 милливольт.

Читать также:  Лучшие инверторы для ручной дуговой сварки

Если после этого, не отпуская красного щупа, коснуться черным щупом вывода затвора G, а затем возвратить его к выводу подложки стока D, то в этом случае произойдет закрытие транзистора, и мультиметр вновь отобразит падение напряжения на диоде. Такие показания характерны для большинства п-канальных устройств, используемых в видеокартах и материнских платах. Проверка р-канальных транзисторов осуществляется таким же образом, только со сменой полярности щупов мультиметра.

MOSFET транзисторы в последнее время все больше и больше набирают популярность. Они могут послужить хорошей заменой реле и биполярным транзисторам.

Но как проверить работоспособность этих радиокомпонетов? Для этого нам потребуется всего один прибор — тестер.

У каждого радиолюбителя (даже начинающего) он обязательно должен быть!

Источник: https://morflot.su/proverka-mosfetov-na-materinskoj-plate/

Фазы питания процессора – что это. Разъяснение сути и терминологии

Когда речь заходит о материнских платах, разговор практически никогда не обходится без того, сколько фаз питания процессора применено в той или иной модели. Этот параметр не часто указывается в спецификациях на материнскую плату, но непременно фигурирует в обзорах той или иной модели, да и на многочисленных форумах и обсуждениях системных плат и/или чипсетов о питании CPU речь заходит всегда. Иногда упоминание о количестве фаз присутствует в рекламных материалах или на коробке материнской платы. Фазы питания процессора – что это, что они делают, для чего нужны и сколько их вообще надо? Давайте разбираться.

Что такое фазы питания

Чтобы знать, о чем собственно речь, давайте обратимся к фотографии материнской платы, вернее, к части ее, расположенной возле процессорного сокета. Вот типичная картина того, что можно увидеть на любой плате.

Что-то похожее вы сможете найти и на своей. Разница будет только в количестве компонентов, окружающих сокет.

Если рассматривать устройство каждой фазы питания, то можно выделить несколько блоков по своему назначению.

Все обозначения постепенно станут понятны.

Итак, что это такое? Современные блоки питания (БП) выдают напряжения ±12 В, ±5 В и ± 3.3 В. Однако современным процессорам необходимо гораздо меньше – порядка одного вольта, отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от нагрузки.

При этом, если посмотреть на спецификации CPU, мы найдем такой параметр, как «Расчетная мощность» (он же TDP – расчетная тепловая мощность). В данном случае это величина, относящаяся к системе охлаждения, которая должна справляться с такой тепловой мощностью.

Данное значение не эквивалентно энергопотреблению процессора, тем более оно меняется в зависимости от нагрузки и нагрева, но весьма близко к нему.

Значит, система питания CPU должна обеспечить подвод такой мощности. Т. к. готового напряжения от блока питания мы не получаем, значит, придется подготовить нужное его значение. Для этого и служит система питания CPU.

Устройство и принцип действия

В качестве исходного напряжения берется +12 В, которое поступает непосредственно от используемого БП. Теперь надо выполнить преобразование, понизив напряжение до нужного значения. Этим занимается VRM (Voltage Regulation Module — модуль регулирования напряжения).

Сам VRM состоит из нескольких частей, это:

• PWM-контроллер (ШИМ-контроллер).
• Драйвер.
• MOSFET-транзисторы.
• Дроссель (индуктивность).
• Конденсатор.

Сейчас часто драйвер и пара MOSFET-транзисторов объединены в один корпус, а не являются дискретными элементами. Сути дела это не меняет. В одном корпусе или в разных — все это перечень компонентов, составляющих фазу питания CPU.

Основным управляющим элементом выступает PWM-контроллер. (Напомню, что аббревиатура PWM расшифровывается как широтно-импульсная модуляция – ШИМ). Он генерирует прямоугольные импульсы с установленной частотой, амплитудой и скважностью. Они подаются на электронный ключ (драйвер).

Скважность импульса определяет уровень выходного напряжения, которая вычисляется как отношение периода к длительности импульса. Таким образом, этот электронный ключ постоянно подключает/отключает входное напряжение, равное +12 В, к этому напряжению подключена нагрузка.

Полученный модулированный сигнал с амплитудой 12 В поступает в LC-фильтр, т. е. через последовательно включенный дроссель (индуктивность) и параллельно подключенный конденсатор, что является нагрузкой. Возникающая ЭДС индукции не позволяет току возрастать мгновенно. В это же время происходит и заряд конденсатора. После закрытия электронного ключа та же ЭДС обеспечивает прежнее направление тока и не допускает резкого его снижения, помогает и разряжающийся конденсатор.

Чтобы не вдаваться в подробности, скажу так: в конечном итоге из импульсного сигнала выделяется постоянная составляющая, и на выходе со сглаживающего LC-фильтра получаем постоянное напряжение нужного значения. Правда, выходное напряжение будет содержать некоторый уровень пульсаций относительно среднего значения.

Для минимизирования пульсаций используют несколько таких цепей, т. е. фаз питания, которые работают таким образом, что подаваемые от PWM-контроллера импульсы в каждую фазу смещены друг относительно друга. Величина этого смещения зависит от количества используемых фаз. Т. е. смещение вычисляется как отношение периода переключения MOSFET-транзисторов к количеству фаз.

Тем самым выходной сигнал с каждого сглаживающего фильтра также смещен по отношению к другому. Также смещены будут и пульсации выходного напряжения. Результирующее напряжение будет иметь уже гораздо меньший уровень пульсаций. И это одно из преимуществ именно многофазных цепей питания – получение более стабильного уровня подаваемого на процессор напряжения.

Регулирование выходного напряжения

Современные процессоры требуют разного напряжения питания в процессе работы. Зависит это от нагрузки, и не забудем про разгон, при котором также необходимо изменять напряжение, в данном случае повышать его. Каким образом происходит автоматическая регуляция?

PWM-контроллер получает требуемое значение напряжения, считывая специальный 8-битный сигнал VID (Voltage Identifier), который может задавать до 256 уровней напряжения.

Зная требуемое значение, остается его сравнить с тем, которое подается в нагрузку. Для этого существует цепь обратной связи. Сравнение референсного напряжения и того, которое считано с нагрузки, позволяет определить, требуется ли изменить его уровень. Делается это изменением скважности PWM-импульсов. Таким образом поддерживается оптимальное напряжение питания процессора.

Почему нельзя обойтись одной фазой 

Одну из причин я уже назвал – сглаживание пульсаций выходного напряжения. Есть и еще как минимум одна причина – мощность. Используемые MOSFET-транзисторы, конденсаторы, дроссели имеют предел по максимальному току. Если взять для примера CPU, потребляющий 65 Вт при питающем напряжении в 1 В, ток будет исчисляться несколькими десятками ампер.

Так, используемые элементы могут быть рассчитаны на ток до 30, 40 или более ампер, но, скорее всего, это все равно будет меньше максимального потребления электроэнергии процессором. При этом должна быть возможность установки другого CPU, у которого потребление может оказаться больше, например, 95 Вт.

Для того, чтобы гарантированно обеспечить запас мощности, и используют несколько фаз. Тем самым заодно снижается нагрузка на каждую из них и, соответственно, их нагрев. Это дает возможность использовать большое количество процессоров.

Сколько фаз действительно необходимо? Скажем так, от 4 до 8 в зависимости от процессора и при отсутствии разгона. Этого более чем достаточно. Впрочем, большее их количество не так уж и плохо, особенно при использовании мощных «камней», да еще с разгоном. В разумных пределах, конечно.

Всегда ли фаза действительно фаза

Маркетинг играет большую роль в нашей жизни. Смартфон с камерой на 16 мегапикселей априори считается лучше такого же, но с камерой «всего лишь» на 13 мегапикселей. Ну а если используется 23 мегапикселя – то это уже вообще круть!

Аналогично и с материнскими платами. В описаниях, спецификациях или рекламных материалах на ту или иную модель можно найти гордое упоминание о системе питания, использующей -дцать фаз. А у конкурента схожая по функционалу плата вполне может имеет -дцать и еще 4 фазы. Чтобы не ходить далеко за примером, возьмем плату ASRock X370 Taichi под новехонькие Ryzen. Если обратиться к сайту производителя, то в спецификациях видим упоминание, что используется 16-фазная система питания.

А ведь используемый PWM-контроллер IR35201 – восьмифазный. Получается, производитель платы врет? Нет, ну может, немного лукавит. Дело в том, что дросселей, конденсаторов, электронных ключей и проч. действительно 16. Тонкость в том, что используются устройства, называемые делителями (doublers).

Суть работы этих элементов следует из названия – разделить, распределить сигналы от одного канала PWM-контроллера на две цепочки «драйвер-ключ-фильтр». На выходе очень похоже на две фазы, только управляются они одним сигналом, работают синфазно, никакого смещения между ними для сглаживания пульсаций нет. Тогда зачем они?

Ответ – мощность. Данная плата гарантирует поддержку процессоров с потреблением до 300 Вт! Распределяя нагрузку по такому количеству фаз, удается снизить проходящий через каждую из них ток и, как результат, уменьшить нагрев силовых элементов. Впрочем, если используется действительно мощный CPU, да еще и с разгоном, то для охлаждения просто необходим радиатор. Лучше бы даже с обдувом.

В итоге, на самом деле это не 16-фазная система питания, а 8-фазная по 2 канала в каждой. Кстати, используемые на упомянутой материнской плате дроссели рассчитаны на ток до 60 А.

Думаю, все сказанное хорошо проиллюстрирует следующая картинка.

Возможен вариант без использования делителей. В таком случае ставится несколько PWM-контроллеров, которые работают синхронно. Если использовать уже упомянутый восьмифазный IR35201, установив 2 таких на плату, то вполне можно получить на выходе 16 фаз. Почти честных фаз, т. к. временнОго сдвига по всем фазам не будет.

По одной фазе от каждого PWM-контроллера будет работать синхронно, т. е. получим 8 пар (при условии, что используются 2 PWM-контроллера) фаз без временного смещения управляющего сигнала. Строго говоря, сглаживание будет такое же, как и при использовании 8 фаз, но вот мощность будет существенно выше.

А ведь можно найти платы, в которых и по 24 фазы…

Заключение. Фазы питания процессора – что это

«Режим питания нарушать нельзя», говорил один мультяшный персонаж. И это питание должно быть не только качественным, но и подаваться без сбоев. Причем в переложении на компьютерный мир необходимо учитывать изменяющиеся условия, при которых не только потребление процессора изменяется при разных ситуациях, но и он сам может быть заменен более прожорливым.

Система питания CPU, содержащая n-ое количество фаз, обеспечивает надежную его работу. Кстати, все сказанное верно и для видеокарт. Электропитание GPU осуществляется аналогично. А то, что производители стараются запихнуть на свои материнские платы, особенно дорогие, побольше этих фаз… С этим придется смириться. Вряд ли есть реальная необходимость в 24-х фазах, но покупатель всегда ведь ведется на красивые слова и любит большие цифры, конечно, если только это не ценник. 

Источник: https://andiriney.ru/fazy-pitaniya-protsessora-chto-eto/