No Image

Что такое мосфеты на материнской

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

Полевой транзистор с изолированным затвором

На сегодняшний день, среди достаточного количества разновидностей транзисторов выделяют два класса: p-n — переходные транзисторы (биполярные) и транзисторы с изолированным полупроводниковым затвором (полевые).

Другое название, которое можно встретить при описании полевых транзисторов – МОП (металл – окисел — полупроводник). Обусловлено это тем, что в качестве диэлектрического материала в основном используется окись кремния (SiO2).

Еще одно, довольно распространенное название – МДП (металл – диэлектрик — полупроводник).

Немного пояснений. Очень часто можно услышать термины MOSFET, мосфет, MOS-транзистор. Данный термин порой вводит в заблуждение новичков в электронике.

Что же это такое MOSFET ?

MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник) и Field-Effect-Transistors (транзистор, управляемый электрическим полем). Поэтому MOSFET – это не что иное, как обычный МОП-транзистор.

Думаю, теперь понятно, что термины мосфет, MOSFET, MOS, МДП, МОП обозначают одно и тоже, а именно полевой транзистор с изолированным затвором.

Внешний вид одного из широко распространённых мосфетов — IRFZ44N.

Стоит помнить, что наравне с аббревиатурой MOSFET применяется сокращение J-FET (Junction – переход). Транзистор J-FET также является полевым, но управление им осуществляется за счёт применения в нём управляющего p-n перехода. В отличие от MOSFET’а, J-FET имеет немного иную структуру.

Принцип работы полевого транзистора.

Суть работы полевого транзистора заключается в возможности управления протекающим через него током с помощью электрического поля (напряжения). Этим он выгодно отличается от транзисторов биполярного типа, где управление большим выходным током осуществляется с помощью малого входного тока.

Упрощённая модель полевого транзистора с изолированным затвором.

Взглянем на упрощённую модель полевого транзистора с изолированным затвором (см. рис.). Поскольку мосфеты бывают с разным типом проводимости (n или p), то на рисунке изображён полевой транзистор с изолированным затвором и каналом n-типа.


Упрощённая модель полевого транзистора с изолированным затвором

Основу МДП-транзистора составляет:

Подложка из кремния. Подложка может быть как из полупроводника p-типа, так и n-типа. Если подложка p-типа, то в полупроводнике в большей степени присутствуют положительно заряженные атомы в узлах кристаллической решётки кремния. Если подложка имеет тип n, то в полупроводнике в большей степени присутствуют отрицательно заряженные атомы и свободные электроны. В обоих случаях формирование полупроводника p или n типа достигается за счёт введения примесей.

Области полупроводника n+. Данные области сильно обогащены свободными электронами (поэтому "+"), что достигается введением примеси в полупроводник. К данным областям подключаются электроды истока и стока.

Диэлектрик. Он изолирует электрод затвора от кремниевой подложки. Сам диэлектрик выполняют из оксида кремния (SiO2). К поверхности диэлектрика подключен электрод затвора – управляющего электрода.

Теперь в двух словах опишем, как это всё работает.

Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом ( +) к выводу затвора, то между металлическим выводом затвора и подложкой образуется поперечное электрическое поле. Оно в свою очередь начинает притягивать к приповерхностному слою у диэлектрика отрицательно заряженные свободные электроны, которые в небольшом количестве рассредоточены в кремниевой подложке.

В результате в приповерхностном слое скапливается достаточно большое количество электронов и формируется так называемый канал – область проводимости. На рисунке канал показан синим цветом. То, что канал типа n – это значит, что он состоит из электронов. Как видим между выводами истока и стока, и собственно, их областями n+ образуется своеобразный «мостик», который проводит электрический ток.

Между истоком и стоком начинает протекать ток. Таким образом, за счёт внешнего управляющего напряжения контролируется проводимость полевого транзистора. Если снять управляющее напряжение с затвора, то проводящий канал в приповерхностном слое исчезнет и транзистор закроется – перестанет пропускать ток. Следует отметить, что на рисунке упрощённой модели показан полевой транзистор с каналом n-типа. Также существуют полевые транзисторы с каналом p-типа.

Показанная модель является сильно упрощённой. В реальности устройство современного MOS-транзистора гораздо сложнее. Но, несмотря на это, упрощённая модель наглядно и просто показывает идею, которая была заложена в его устройство.

Кроме всего прочего полевые транзисторы с изолированным затвором бывают обеднённого и обогащённого типа. На рисунке показан как раз полевой транзистор обогащённого типа – в нём канал «обогащается» электронами. В мосфете обеднённого типа в области канала уже присутствуют электроны, поэтому он пропускает ток уже без управляющего напряжения на затворе. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов обеднённого и обогащённого типа существенно различаются.

О различии MOSFET’ов обогащённого и обеднённого типа можно прочесть тут. Там же показано, как различные МОП-транзисторы обозначаются на принципиальных схемах.

Нетрудно заметить, что электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними, формирует своеобразный электрический конденсатор. Обкладками служат металлический вывод затвора и область подложки, а изолятором между этими электродами – диэлектрик из оксида кремния (SiO2). Поэтому у полевого транзистора есть существенный параметр, который называется ёмкостью затвора.

Об остальных важных параметрах мосфетов я уже рассказывал на страницах сайта.

Полевые транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами на низких частотах. Поэтому их активно применяют в звукоусилительной технике. Так, например, современные микросхемы усилителей мощности низкой частоты для автомобильных CD/MP3-проигрывателей имеют в составе MOSFET’ы. На приборной панели автомобильного ресивера можно встретить надпись “Power MOSFET” или что-то похожее. Так производитель хвастается, давая понять, что он заботится не только о мощности, но и о качестве звука.

Читайте также:  Что дает подписка на икс бокс

Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому — напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество запоминающих ячеек.

Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологии изготовления полупроводниковых элементов, удалось избавиться и от этой проблемы. Современные образцы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах.

В результате поисков по улучшению характеристик мощных полевых транзисторов был изобретён гибридный электронный прибор – IGBT-транзистор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного. Подробнее о IGBT-транзисторе можно прочесть здесь.

Мосфет ( MOSFET ) — это полупроводниковый полевой транзистор с оксидом металла (metal oxide semiconductor field effect transistor). В мире ПК эти электрические компоненты находятся на материнской плате настольного компьютера или ноутбука, а также на блоке питания.

В этой небольшой статье мы попытаемся разобраться что такое мосфеты (mosfet), а также выясним где они используются.

Мосфеты на материнской плате

На ПК мосфеты образуют VRM (модуль регулятора напряжения), который контролирует, сколько напряжения получают комплектующие на материнской плате, такие как процессор или видеокарта.

П роцессоры и видеокарты, имеют строгое рабочее напряжение, и VRM не допус кает его превышения. Мосфеты важны для работы VRM и влияют на количество тепла, выделяемого VRM во время работы. Мосфеты могут довольно сильно нагреется, если вы используете мощную видеокарту. Р адиатор материнской платы охлаждает мосфеты и, следовательно, VRM. Помимо обеспечения стабильности и безопасности всей системы в целом, охлаждение мосфетов важно для любого разгона.

Как они работают?

Мосфеты напоминают выключатели, которые включаются и выключаются по сигналу интегральной микросхемы (ИС), называемой ШИМ-чипом/контроллером. Мосфеты быстро включаются и выключаются, что позволяет пропускать большой ток короткими очередями. Это, наряду с другими частями VRM, управляет напряжением, посылаемым на другие комплектующие.

Для охлаждения мосфетов во время экстремальных разгонов, энтузиасты часто используют водяное охлаждение.

Мосфеты и блоки питания

Мосфеты делают то же самое и в блоках питания. Они используются в преобразователях и цепях регуляторов для коммутации в импульсных источниках питания (SMPS).

В SMPS энергия извлекается из розетки перед ее разбиением на небольшие пакеты, а мосфеты работают переключателями. Затем эти пакеты передаются через конденсаторы, индукторы и другие электрические компоненты, способные накапливать энергию. В конце концов, пакеты сливаются в один для получения стабильного электропитания.

В предыдущей статье о компьютерных мифах мы поговорили про процессоры, теперь же переходим к не менее важной части любого ПК — материнской плате.

1. Важен цвет материнской платы, и лучше всего брать черные

Забавный миф с очень простой историей: крупные вендоры, типа Apple или Asus, стали красить свои дорогие платы в черный цвет около 10 лет назад. Разумеется, они ломались меньше, чем более простые «цветные» платы от конкурентов, отсюда и пошло поверье, что «black goez fasta». На самом же деле цвет платы может быть абсолютно любым — желтым, зеленым, белым, синим, черным — ибо это банальная покраска, которая никаким образом не влияет на внутренние характеристики текстолита. Так, например, в 90-ые годы текстолит зачастую вообще не красили, и большая часть плат — и дорогие, и дешевые — имели грязно-желтый цвет. Так что разница между черной и белой платой ровно такая же, как и между черным и белым iPhone — только в цвете и не более того.

2. Нагрев цепей питания процессора до 90 градусов — это критично много


Красным выделены мосфеты — самые горячие элементы цепи питания CPU.

Не стоит путать сам процессор и его цепи питания — действительно, для кремниевых CPU температуры выше 90-100 градусов критичны и приведут к быстрому выходу его из строя. Но вот для цепей питания это неверно: так, самая горячая их часть — так называемые мосфеты (полевые транзисторы с изолированным затвором) — имеют рабочие температуры до 150-175 градусов, поэтому 90 градусов на них, конечно, немало, но не критично. Все остальные элементы цепей питания, такие как конденсаторы и дроссели, греются серьезно меньше и зачастую вообще из-за этого не прикрыты радиаторами.

3. Внутренняя периферия на платах всегда низкокачественная и нужно покупать ее отдельно

Миф, идущий чуть ли не из бородатых 90-ых, когда звуковые и сетевые контроллеры на платах действительно оставляли желать лучшего. Однако сейчас это давно не так: 99% плат оснащено гигабитными LAN-контроллерами от Intel или Realtek, и с учетом того, что скорости домашнего интернета в среднем на порядок ниже, никаких проблем с ними не будет.

Читайте также:  Что такое матрица в видеокамере



Со звуком все несколько серьезнее — сейчас платы в основном оснащаются контроллерами от Realtek. Назвать их аудиофильскими язык не поворачивается, но если вы слушаете музыку со стриминговых сервисов и играете в игры — проблем с качеством звука точно не будет.

4. Всякие дорогие платы с кучей портов и радиаторов не нужны, раз даже самые дешевые решения на Z370 чипсете поддерживают мой Core i9 — выберу из них

Конечно, желание сэкономить есть всегда, и зачастую можно взять более дешевую плату без, например, встроенного Wi-Fi или слотов m.2, сэкономив до пары тысяч рублей. Но, увы, дальнейшая экономия обычно начинает сказываться на схемотехнике платы — а именно производители начинают уменьшать число фаз питания CPU на плате с 6-10 вплоть до 3-4. Чем это страшно? Если раньше нужная для питания процессора энергия проходила через 10 фаз, нагревая их не очень сильно, то теперь она будет проходить всего через 3 фазы, из-за чего нагрев существенно возрастет. Плюсуя сюда то, что на дешевых платах зачастую нет даже простейших радиаторов на цепях питания, они спокойно могут греться до 120+ градусов с топовыми процессорами под нагрузкой, что для них уже критично:

К тому же начинаются различные негативные эффекты: так, может срабатывать защита от перегрева, из-за чего снизится напряжение на процессоре, а значит его частота и производительность. Слабые цепи питания могут изначально не давать нужного для работы топового процессора под нагрузкой напряжения, что опять же негативно скажется на его частоте. Так что увы — дешевые платы лучше оставить для более простых процессоров.

5. Для топовых ПК лучше брать полноразмерные платы

Миф опять же идет из начала нулевых, когда стали появляться компактные платы — тогда производители, в погоне за размерами, могли действительно серьезно урезать функционал таких плат. Но вот сейчас такого нет — конечно, mini-ITX платы имеют лишь один слот PCIe x16 и обычно два слота под ОЗУ, но все остальные параметры — даже возможность разгона процессоров и слот m.2 с поддержкой NVMe — может присутствовать, так что нет никаких проблем собрать топовый ПК с Core i9-9900K и RTX 2080 Ti в корпусе с габаритами, несильно больше таковых у консолей.

6. Армированные слоты PCIe и ОЗУ — маркетинг, они не нужны

В последние несколько лет различные производители стали армировать слоты PCIe и даже ОЗУ, оправдывая это тем, что современные топовые видеокарты зачастую имеют вес в 1.5-2 кг, что может выломать слот. Однако тут нужно понимать пару вещей: во-первых, это никак не отвечает на вопрос о том, зачем армировать слоты ОЗУ, так как даже с радиаторами плашки едва ли весят больше пары сотни граммов и точно никак не выломают пластик. Во-вторых, при ближайшем рассмотрении будет видно, что армирование слота самой платы не касается, то есть слоты все еще держатся лишь на собственных контактах:

Думаю, что у вас складывается впечатление, что я противоречу сам себе и доказываю, что армирование — действительно маркетинг. Однако это не совсем так: в действительности же под весом тяжелой видеокарты узкая прорезь пластикового слота PCIe может немного расшириться, из-за чего будет теряться контакт. Армирование не даст этому произойти — но, опять же, если у вас тяжелая видеокарта, следует купить специальный держатель, дабы не выломать слот из платы.

7. Мобильную (SODIMM) оперативную память нельзя поставить в десктопную плату (с DIMM-слотами)

С виду кажется, что это не миф — плашки DIMM и SODIMM различаются по размерам в разы, так что ноутбучная ОЗУ просто физически не встанет на десктопную плату. Но вспомните про SD-карты — они тоже бывают разных форматов, однако с помощью переходника можно взять microSD и поставить ее в полноразмерный слот, и она без проблем заработает.

С ОЗУ все ровно также: электрически SODIMM от DIMM практически не отличается, так что купив соответствующий переходник вы без труда сможете поставить ноутбучную ОЗУ в компьютер, и она без проблем заработает. Конечно, вопрос о целесообразности такого решения под вопросом, но если у вас завалялась лишняя плашка ОЗУ для ноутбуков, и вам некуда ее деть — вы вполне можете проапгрейдить ею свой ПК.

8. Если на материнской плате разъем питания процессора — 8 pin, то блок питания с 4 pin не подойдет

Следует понимать, что питание 8 pin на плате — это просто 4+4 pin (об этом как бы намекает то, что у многих блоков питания 8 pin как раз представлены как 4+4), которые соединены параллельно:

Соответственно, если вы подключите только 4 из 8 пинов, то материнская плата в большинстве случаев без проблем заработает. Разумеется, стоит понимать, что не стоит при таком подключении серьезно нагружать процессор — «лишние» 4 pin как раз созданы для того, чтобы снизить нагрев проводов от БП и дорожек в текстолите. Но если вы, допустим, купили новую плату и CPU, но на новый блок питания с 8 pin денег не хватило — «пересидеть» на 4 pin вполне можно.

Читайте также:  Тру тон на айфон что это

9. Если процессор не поддерживается материнской платой, то ничего не поделать, нужно менять плату

Обычно это все же не миф, однако в последнее время исключений хватает: так, стали очень популярными процессоры линейки Xeon для серверного сокета LGA771, которые на различных торговых площадках отдают зачастую за несколько сотен рублей. И их, при некотором желании (прорезание «ушек» в новом месте и пайка проводника), можно поставить в обычные десктопные платы на LGA775:

Еще одно исключение — это сокет LGA1151 и 1151v2: они различаются в основном только программно, так что при некотором «колдунстве» с BIOS можно заставить процессоры 8-ого поколения работать на официально неподдерживаемых платах с 100-ыми или 200-ыми чипсетами.

10. Обновление BIOS — сложнейший ритуал, который не стоит производить самостоятельно

Почему-то у многих фраза «обновление BIOS» вызывает панический страх и представление сурового бородатого компьютерщика, который колдует с дискетами и печатает какие-то непонятные символы в командной строке. К счастью, последние лет 5 это давно не так — BIOS зачастую имеют дружественный пользовательский интерфейс на русском языке и поддерживают работу с мышкой, а обновление BIOS — это всего лишь пара кликов мыши, после чего нужное обновление скачается из интернета и установится само.

Также бытует мнение, что если все работает, то обновлять BIOS не стоит. Это опять же не так, потому что зачастую новые версии BIOS имеют различные исправления безопасности (типа патчей против Meltdown или Spectre), игнорировать которые не стоит. И тем более если плата работает некорректно — что бывает, если вы ее купили сразу после выхода — зачастую именно обновления BIOS решат ваши проблемы.

11. Все слоты одного типа на плате идентичны, можно использовать любой

Не совсем верно: так, обычно лишь ближайший к процессору слот PCIe может работать на максимальной скорости х16, слоты ниже зачастую работают лишь в режиме х8 или х4, так что использовать их с быстрыми видеокартами не стоит:

Это же относится и к SATA: если вы одновременно используете слот m.2 с NVMe накопителем, то один из SATA-разъемов может отключиться (так как число линий PCIe у чипсета ограничено), поэтому не удивляйтесь тому, что после установки в компьютер быстрого SSD у вас почему-то перестал определяться жесткий диск.

12. Материнские платы от производителя XXX лучше, чем от YYY

В общем и целом такое сравнение некорректно, ровно как и с другими видами техники. Однако всегда есть бренды, которые выпускают совсем некачественную продукцию: например, в ноутбуках это Digma и iRU. Аналогичное деление есть и среди производителей материнских плат.

Так, MSI, Asus, Gigabyte (а также Supermicro и Tyan в серверном сегменте) считаются хорошими производителями: опять же, это не значит, что их платы идеальны, но все же проблем у них обычно меньше всего. ASRock, Colorful, Biostar, ECS считаются среднеуровневыми производителями — пожалуй, их имеет смысл сравнить со смартфонами от Xiaomi: вроде стоят дешевле решений ААА-брендов, но требуют некоторых знаний, дабы настроить все как надо, а их BIOS на первых порах могут быть сырыми.

Остальные же материнские платы, обычно китайские (от Xuanan) или же от OEM-производителей, зачастую весьма проблемные: прихотливы к ОЗУ, неверно реагируют на кнопки, могут выключаться при работе и т.д. И, увы, программных фиксов ждать не приходится — OEM-производители вообще их не выкладывают в интернет, и достать их можно только из новых ревизий платы, а китайские производители обычно «забывают» о поддержке.

13. Небольшие платы (mATX, mini-ATX) нелья ставить в большие корпуса (Full или Mid Tower)

Миф опять же 20-летней давности, когда только-только стали появляться компактные платы, и в корпусах банально не было креплений для них. Однако сейчас даже в самых простых «жестяных коробочках» такие крепления присутствуют — другой вопрос, зачем брать просторный корпус и ставить в нее миниатюрную плату.

14. Платы для процессоров Intel лучше, чем для AMD

Причина возникновения такого мифа вполне понятна: обычно на старте продаж с новыми процессорами AMD есть проблемы: например, Ryzen был привередливым к ОЗУ, и далеко не из все плашки могли работать хотя бы 3000 МГц. Процессоры от Intel в этом плане традиционно стабильнее, но, в любом случае, проблема тут именно софтовая: «железячно» платы одного уровня что для процессоров от Intel, что для AMD отличаются обычно только сокетом и чипсетом — они даже внешне крайне схожи.

15. При любой манипуляции с платой нужно вынимать батарейку BIOS

Не стоит путать обесточивание платы (то есть выдергивание шнура блока питания из розетки) с выниманием батарейки BIOS — последняя нужна только для того, чтобы сохранить настройки BIOS, если вдруг пропало питания. Соответственно напряжение от нее идет только к микросхеме BIOS, поэтому можете смело полностью собирать ПК при вставленной батарейке. Единственное исключение — если вам нужно сбросить настройки BIOS: в таком случае, логично, батарейку нужно достать.

Как видите, различных мифов об материнских платах хватает. Знаете еще какие-нибудь? Пишите об этом в комментариях.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector