主板維修知識電路基礎
流增大到一定數值后,穩壓二極管則會被徹底擊穿而損壞。
1.1.1
三極管
在電路圖中三極管用符號! [$ {& W/ G9 [: [0 ?/ t
來表示,如圖1-16所示,三極管三個電極。二極管是由一個PN結構成的,而三極管由兩個PN結構成,共用的一個電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發射極(用字母e表示)。所以也稱為雙極型晶體管,其種類非常多。按照結構工藝分類,有PNP和NPN型;按照制造材料分類,有鍺管和硅管;按照工作頻率分類,有低頻管和高頻管;一般低頻管用以處理頻率在3MHz以下的電路中,高頻管的工作頻率可以達到幾百兆赫。按照允許耗散的功率大小分類,有小功率管和大功率管;一般小功率管的額定功耗在1W以下,而大功率管的額定功耗可達幾十瓦以上。在主板上的應用主要為穩壓、放大、開關。
穩壓三極管是用來將輸入電壓轉換成固的輸出電壓的三極管,在主板的聲卡供電上可以看到這類穩壓三極管,型號為78L05。放大三極管是起著放大作用,它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號,當然這種轉換仍然遵循能量守恒,它只是把電源的能量轉換成信號的能量罷了。開關三極管在電腦板卡電路中應用的是最為廣泛的,其多數是使用NPN型三極管,如1AM、3904等,它的原理是以三極管B極的電壓大小來控制C極和E極的導通,以達到控制電路開關的作用,一般來說,B極的臨界電壓為0.5V。高于0.5V后C極和E極處于導通狀態,低于0.5V則C極和E極處于截止狀態。如圖1-17所示,圖中的Q2就是一個開關三極管的應用,當B極的VID_GD#信號為0.5V以上的高電平時,則ENLL信號通過三極管與地導通,使ENLL信號為低電平狀態。如果B極的VID_GD#為高于0.5V的高電平狀態,則ENLL不能通過三極管與地導通,使ENLL信號為高電平狀態。從而實現了一個簡單有效的開關電路。這種電路在主板CPU供電電路上比較常見,常用來控制VRM_EN信號。
三極管的檢測方法:1.硅
管或鍺管的判斷:硅管的發射結正向壓降一般為0.6-0.7V
,而鍺管只有0.2-0.3V所以只要測的發射結的正向壓降,即可區別硅管或鍺管。2.NPN管和PNP管型的判別:把萬用表打到二極管檔,紅表筆固定一個腳,黑表腳分別接觸另外兩個引腳,如果得出一對很小的阻值,則為NPN型三極管那么紅表筆接的是基極如果將黑表筆固定一個引腳,紅表筆分別接觸另外兩個引腳,也能同樣得到很小的阻值,這就是PNP型三極管,黑表筆接的是基極。3.C極和E極區別:用萬用表的二極管檔,假如是NPN型在基極與另外兩極之間量測阻值,紅表筆接另一個腳,黑表筆接另一個腳得到兩次阻值,黑筆接發射極紅筆接集電極。電阻結:用二極管檔測量兩個PN結的反向阻值,一大一小,阻值大的為集電極,阻值小的為發射極。
場效應管在電路圖中用 符號來表示,這個是一個N溝道場效應管的圖示。3 M, ] C* n/ d1 v
如圖1-18所示。是另一種半導體器件,它是通過電壓來控制輸出電流的,屬于電壓控制器件。場效應管分三個極:其中D極為漏極(也稱供電極),S極為源極(也稱輸出極),G極為柵極(也稱控制極),場效應管的源極S和漏極D在實際使用中可以互換。
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場效應管的種類主要分為結型場效應管和絕緣柵型場效應管兩大類。絕緣柵場效應管也叫做金屬氧化物半導體場效應管簡稱為MOS場效應管。結型場效應管又分為N溝道管和P溝道管。絕緣柵場效應管又分為耗盡型MOS管和增強型MOS管,都有N溝道和P溝道之分。主板上采用最多的就是N溝道的絕緣柵型場效應管。最大的作用就是降壓。即通過場效應管將輸入電壓調節到所需要的輸出電壓。其原理是通過調節G極上的電壓的大小,來控制S極上輸出電壓的大小。場效應管的檢測方法:把數字萬用表打到二極管檔,用兩表筆任意觸碰場效應管的三只引腳,好的場效應管在量測的時候只應有一次有讀數,而且數值在300--800左右,如果在最終測量結果中測的只有一次有讀數,并且為0時須萬用表短接場效應管的引腳,然后在重新測量一次,若又測得一組為300--800左右讀數時此管也為好管。不符合以上規律的場效應管為有故障。在主板的實際維修當中,由于場效應管是最容易損壞的元件,而且多數損壞的現象為被擊穿,所以可以采用一種簡單的方法在線來量測場效應管的好壞,即將萬用表開到二極管檔,用萬用表的兩個表筆量測D、S極和G、S極,看看兩極之間的讀數是不是很小,如果這個值在50以下,則可以判斷為這個效應管已經被擊穿。
雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后,在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比(beta)。另一種晶體管,叫做場效應管(FET),把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance, ) s+ P7 |1 f. g Y& W+ N4 y1 A 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。
場效應管的名字也來源于它的輸入端(稱為gate)通過投影一個電場在一個絕緣層上來影響流過晶體管的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體,所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導體(MOS)晶體管,或,金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)。因為MOS管更小更省電,所以他們已經在很多應用場合取代了雙極型晶體管。7 V! E8 M2 L5 @6 h2 `+ t
首先考察一個更簡單的器件-MOS電容-能更好的理解MOS管。這個器件有兩個電極,一個是金屬,另一個是extrinsic silicon,他們之間由一薄層二氧化硅分隔開(圖1.22A)。金屬極就是GATE,而半導體端就是backgate或者body。他們之間的絕緣氧化層稱為gate dielectric。圖示中的器件有一個輕摻雜P型硅做成的backgate。這個MOS 電容的電特性能通過把backgate接地,gate接不同的電壓來說明。圖1.22A中的MOS電容的GATE電位是0V。金屬GATE和半導體BACKGATE在WORK FUNCTION上的差異在電介質上產生了一個小電場。圖示的器件中,這個電場使金屬極帶輕微的正電位,P型硅負電位。這個電場把硅中底層的電子吸引到表面來,它同時把空穴排斥出表面。這個電場太弱了,所以載流子濃度的變化非常小,對器件整體的特性影響也非常小。
圖1.22B中是當MOS電容的GATE相對于BACKGATE正偏置時發生的情況。穿過GATE DIELECTRIC的電場加強了,有更多的電子從襯底被拉了上來。同時,空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高,會出現表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子,硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉被稱為inversion,反轉的硅層叫做channel。隨著GATE電壓的持續不斷升高,越來越多的電子在表面積累,channel變成了強反轉。Channel形成時的電壓被稱為閾值電壓Vt。當GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時,不會形成channel。當電壓差超過閾值電壓時,channel就出現了。
圖片附件: 1.jpg
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圖1.22 MOS電容:(A)未偏置(VBG=0V),(B)反轉(VBG=3V),(C)積累(VBG=-3V)。0 c- F. K3 |6 v2 }5 _( i b6 Y0 P
圖1.22C中是當MOS電容的GATE相對于backgate是負電壓時的情況。電場反轉,往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了,這個器件被認為是處于accumulation狀態了。
MOS電容的特性能被用來形成MOS管。圖1.23A是最終器件的截面圖。Gate,電介質和backgate保持原樣。在GATE的兩邊是兩個額外的選擇性摻雜的區域。其中一個稱為source,另一個稱為drain。假設source 和backgate都接地,drain接正電壓。只要GATE對BACKGATE的電壓仍舊小于閾值電壓,就不會形成channel。Drain和backgate之間的PN結反向偏置,所以只有很小的電流從drain流向backgate。如果GATE電壓超過了閾值電壓,在GATE電介質下就出現了channel。這個channel就像一薄層短接drain和source的N型硅。由電子組成的電流從source通過channel流到drain。總的來說,只有在gate 對source電壓V 超過閾值電壓Vt時,才會有drain電流。
圖片附件:2.jpg
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圖1.23 4 z' }7 m" I. ?" m4 d% \0 ^
MOSFET晶體管的截面圖:NMOS(A)和PMOS(B)。在圖中,S=Source,G=Gate,D=Drain。雖然backgate圖上也有,但沒有說明。
MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。在對稱的MOS管中,對soure和drain的標注有一點任意性。定義上,載流子流出source,流入drain。因此Source和drain的身份就靠器件的偏置來決定了。有時晶體管上的偏置電壓是不定的,兩個引線端就會互相對換角色。這種情況下,電路設計師必須指定一個是drain另一個是source。0 F* y' ?7 w% R4 U8 ^1 g
Source和drain不同摻雜不同幾何形狀的就是非對稱MOS管。制造非對稱晶體管有很多理由,但所有的最終結果都是一樣的。一個引線端被優化作為drain,另一個被優化作為source。如果drain和source對調,這個器件就不能正常工作了。6 v2 ` n+ T3 {; @! G- }8 r/ }
圖1.23A中的晶體管有N型channel所有它稱為N-channel MOS管,或NMOS。P-channel MOS(PMOS)管也存在。圖1.23B中就是一個由輕摻雜的N型BACKGATE和P型source和drain組成的PMOS管。如果這個晶體管的GATE相對于BACKGATE正向偏置,電子就被吸引到表面,空穴就被排斥出表面。硅的表面就積累,沒有channel形成。如果GATE相對于BACKGATE反向偏置,空穴被吸引到表面,channel形成了。因此PMOS管的閾值電壓是負值。由于NMOS管的閾值電壓是正的,PMOS的閾值電壓是負的,所以工程師們通常會去掉閾值電壓前面的符號。一個工程師可能說,“PMOS Vt從0.6V上升到0.7V”, 實際上PMOS的Vt是從-0.6V下降到-0.7V。