看元件选板卡（二）
硬件周刊
电 感
与电容元件一样，电感也是一种存储能量的电子元件，但不同的是，电容存储的是电荷，而电感存储的是转为磁场能量的电势。该能量能够抑制线圈中电流的突然变化，最终输出平稳的电流，也就是说电感具有通直流阻交流的特性，这是电感元件的重要特性。另外，电感元件一般串联在回路中，其感抗为Z=ωL=2πfL。f为信号频率，对于频率越高的信号，电感元件的感抗越大，也就是说电感元件可以抑制高频的干扰信号。电感的基本单位为亨利，英文符号为H，板卡上的电感元件标志符号为L。
一、电感的分类
根据电感结构的不同，电感可以分为片式电感和绕线式电感。电脑板卡上使用的片式电感多为陶瓷叠层片式电感（图1）和铁氧体片式电感（图2）。片式电感体积小、漏磁小、电感元件之间没有互耦合、可靠性非常高，具有优良的焊接性及耐热冲击性，适合高密度板卡表面贴装，很容易被误认为是贴片电阻。电脑主板和显卡上使用的线绕式电感非常多，大家可能习惯称之为扼流线圈或简称为线圈。的确，这种电感是由铁氧体、铁粉磁芯以及绕在上面的漆包线制成（图3），电感量可以做得较大，适用在较大电流的工作环境使用，如主板与显卡的电源供电部分。
电感从封装方式上又可以分为贴片式和直插式，片式电感的封装方式均为贴片式（图4）。主板上的线绕电感都为直插式，而显卡上使用的绕线电感绝大多数为贴片式。
二、主板上使用的电感
在主板上的CPU插座和电源模块附近（图5），由大容量线绕电感与大容量直立铝电解电容组成LC滤波电路。它的作用是减少电压的波动，防止浪涌电压和电压畸变。从主机电源来的电流首先要经过电感线圈，初步滤除高频杂波，然后进入电容进一步过滤、净化、拉平波峰，把低干扰、低纹波、纯净的电流输出给CPU，提高系统的稳定性。由于现在的CPU所需的工作电流非常大，像Athlon XP的工作电流一般在40A左右，只有大容量直插式线绕电感才可以提供如此大的稳定电流，这也是主板上电源模块部分没有使用贴片式线绕电感的原因。
三、显卡上使用的电感
采用GeForce 2 Ti、GeForce 3 Ti、GeForce 4显示芯片的显卡，它的供电系统为两路供电，一路负责为显卡芯片供电，另一路专门为显存提供电源。传统显卡的供电系统是由两个供电模块相互交替切换向显示芯片和显存提供电流，一旦两个模块切换出现很小的偏差，就会对显卡的稳定性造成影响。而现在这种分离供电的设计无疑为显示芯片与显存提供了持续稳定的电流，大大增强了显卡的稳定性。（图6）是为显示芯片供电的贴片线绕电感，（图7）是目前大多数两路供电模块中使用的贴片式AOBA铁磁芯线绕电感。
（图8）是耕昇钛极Ti220XP显卡核心供电部分。你会惊奇地发现显卡上居然使用了主板供电部分才使用的直插式线绕电感以及大容量的直立铝电解电容，因为耕昇钛极Ti220XP使用的是基于GeForce3 Ti500设计的8层PCB电路板。使用这些元件有助于减少高频信号的干扰，提高稳定性，加上采用大容量的电感和电容元件，从而保证这块显卡具有极强的超频能力。
四、板卡上的蛇形布线
板卡上的布线存在着很多转角，不知大家注意没有，这些夹角没有小于90度的，而且全部都是钝角甚至大于135度的。另外在板卡上还有弯弯曲曲的蛇行布线（图9），其实也可以将这些蛇行布线看作是一个个的小电感，这些蛇行布线可以减少线路中的高频杂波干扰和电磁干扰，尤其是目前板卡芯片的工作频率都非常高，这样的布线设计可以增加板卡的高频稳定性。
二极管、三极管和场效应管
二极管、三极管和场效应管作为半导体电子元件，体现出了半导体材料的很多特性。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、硒以及很多金属氧化物和硫化物。但这些半导体的导电性能在不同条件下会有很大的差别。当在纯硅中掺入百万分之一的硼后，硅的电阻率从2×103Ω·m减小为4×10-3Ω·m左右，人们利用半导体材料的这种特性制成了各种半导体器件如二极管、三极管和晶闸管等。它们具有重量轻、体积小、耗电少、寿命长、工作可靠等一系列优点。
一、常见的半导体器件
二极管（图10）0由PN结加上相应的电极引线和管壳组成，具有单向导电性，即电流只可以从正极流向负极。利用这个特性二极管可以用于整流和简单的降压处理。二极管按不同的作用可分为稳压二极管、整流二极管和发光二极管等多种类型，板卡上的二极管元件标志符号为D。
三极管是非常重要的半导体元件，具有信号放大功能。三极管(图10)还可以作为电子开关使用，只要在基极输入一个变化的电压，就可以控制其他两极的通断。利用三极管的这种特性，可以把它作为开关电源的开关管使用。三极管可分为PNP管和NPN管，板卡上的三极管元件标志符号为Q。
相对于二极管和三极管来说，场效应管是一种较新型的半导体元件，外形与三极管类似，但两者的控制特性却截然不同。三极管是电流控制器件，而场效应管是一种电压控制器件，其特性更像电子管，具有较大的功率增益，噪声很小，制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。在这里我们重点介绍的是MOS场效应管（图11）1。MOS场效应管也称为MOSFET，其中MOS(Metal Oxide Semiconductor)代表金属氧化物半导体，FET代表(Field Effect Transistor)场效应晶体管。板卡上的MOS场效应管大多与大容量电解电容及线绕式电感组合使用，是板卡上供电稳压系统的重要组成部分，所以下面的介绍部分将以MOS场效应管为重点。
二、主板上使用的MOS场效应管
如（图12）2，在CPU插座和主板电源插座旁边，可以看到由六颗大功率MOS场效应管和三颗线绕式电感以及多颗大容量直立铝电解电容(也称插机铝电解电容)构成的三相输出式供电模块。一般来说，每两颗MOS场效应管构成一相供电回路，通过互补达到提高功率的作用。三对MOS场效应管轮流输出，虽然输出的最大电流仍然是每对MOS场效应管输出的最大电流，但是每对管的工作时间减少了2/3，大大减少了元件的发热量，对MOS场效应管的稳定工作非常有利，这就是现在的主板为何大力推行三相输出式供电的主要原因。
另外，MOS场效应管提供给CPU所需的工作电流非常大。比如低主频Athlon XP 的工作电流一般在40A左右，而采用老工艺、高主频的Athlon CPU所需电流更高。在这么大的电流下，MOS场效应管没有采用三端稳压，所以在主板上看到的大多是切了管帽的场效应管，利用PCB板材帮助散热。如果主板上选用的MOS场效应管的质量不可靠，或者不能提供足够大的电流，当CPU满负荷工作时就会导致供电不稳或供电不足的情况，引起电压下降，对处理器工作的稳定性影响非常大，更不用说CPU处于超频状态下了。
在很多大厂的主板上，还为内存条、AGP显卡、芯片组、各种I/O接口的供电部分单独提供了MOS场效应管来精确调整供电电压，不仅有利于各个部件发挥出应有的性能，还大大减少了各部件之间的电源干扰，保证主板具有强劲的超频能力。
三、显卡上使用的MOS场效应管
在GeForce2 MX400档次的显卡上，一般仅使用一颗MOS场效应管来对显示芯片供电，如果是使用DDR显存的MX400显卡，还会给显存供电模块增加一颗MOS场效应管，因为主板并不能提供AGP显卡的DDR显存使用的2.5V电压，必须通过该MOS场效应管进行电压转换控制，而使用SDRAM显存的MX400则不需要电压转换，这是辨别MX400显卡是否使用DDR显存比较直观的方法。
对于采用GeForce 2 以上芯片的显卡，由于显示芯片以及显存的工作频率大大提高，两者对供电的要求越来越苛刻，为了能够提供持续稳定的电流，在设计显卡时都采用了双路稳压电源供电方案，为显示芯片和显存分别供电，MOS场效应管分别位于显示芯片的左侧和显存的右侧，这种设计方法有点类似于主板上的两相供电，减少了供电模块之间的干扰。（图13）3是盈通剑龙6200DDR显卡，上面使用了多颗MOS场效应管，大大保证了该卡的可超频性。
