Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Socket 7 — реанимация производительности

АрхивПлатформа
автор : Игорь Зубаль   23.04.2002

Методы увеличения производительности устаревших системных плат Socket 7. Подробное описание способов установки более мощных процессоров.

Компьютерные технологии развиваются стремительными темпами. Год, два — и все устаревает. Что же говорить о более длительных сроках? Пользователю приходится решать, что делать с устаревшим ПК? Вопрос особенно мучителен, когда в кошельке негусто. При нашем менталитете, старое железо никогда не утилизируется, — старые системы разбираются, дооборудуются, продаются, дарятся, но в конечном итоге где-то вновь возрождаются и кем-то эксплуатируются. Может этим кем-то как раз, и станете вы?

Эта статья заинтересует владельцев системных плат Socket 7 с поддержкой процессоров частотой 200-233 МГц и систем на них. Возможно, такая система была вам подарена или списана на работе. Хотя ее производительности все еще хватит для выполнения огромного числа задач, но все же о многих привлекательных вещах придется забыть. Среди последних особенно выделяется возможность просмотра фильмов в формате MPEG-4. Так что, если руки у вас выросли откуда следует, то я предлагаю рискнуть, и попытаться установить на старую материнку другой процессор, производительность которого в несколько раз превзойдет штатные возможности старой системы.

Все процессоры со времен поколения «ММХ» обзавелись двойным питанием, — отдельно для цепей ввода-вывода и более низким — для ядра. С выходом новых моделей процессоров напряжение ядер уменьшается, что является одной из причин несовместимости со старыми платами. Так случилось и с ранними Socket 7 системными платами имеющими ограниченный набор напряжений для ядра процессора — это, как правило, 2,5 и 2,8 В. Расширить же набор напряжений при помощи манипуляций с джамперами в данном случае невозможно, поэтому, самым производительным вариантом штатного процессора здесь является Р233ММХ.

Но, тем не менее, такая плата могла бы потянуть и более продвинутые процессоры Socket 7 — AMD K6-2 вплоть до частот 400-450 МГц. Заманчивая перспектива, но что бы ее реализовать потребуется напряжение для ядра CPU величиной 2,2 В, которого нет на плате.

В другом случае,  вам может попасться еще более древняя, плата вообще не поддерживающая двойное питание CPU, — «не ММХ», то есть, на ней выставляется только одно напряжение 3,3В, а иногда и 3,5В. В этом случае верхним уровнем по производительности является Р54 200 МГц без блока ММХ, хотя можно использовать и более совершенный процессор IDT WinChip-2 200МГц с блоками ММХ и 3DNew!, который так же не требует двойного питания. Еще более предпочтительным и в то же время простым решением мог бы оказаться тот же WinChip-2, но рассчитанный на 240 или 266МГц при базовой частоте 60 или 66МГц. Однако, WinChip-2 очень редкий зверь в наших краях и достать его почти невозможно. Но все выше сказанное относится к стандартным возможностям не ММХ плат. К нестандартным можно отнести дополнительный блок питания, которым иногда можно снабдить системную плату. Правда, учитывая специфику разводки дорожек на разных платах, такой способ можно реализовать далеко не всегда.

Тем не менее, многие материнки на Intel 430 VX, НХ, TX могут работать в связке с более новыми для своего поколения процессорами, даже если последние не корректно распознаются BIOS. В качестве кандидатов, прежде всего, целесообразно рассматривать AMD K6-2 266-400 МГц (Vcore 2,2 V). Максимальный коэффициент умножения частоты на которую изначально способна старая плата — 3,5 (для М2, К-6 в положении 1,5). После подпайки перемычки между неиспользуемым выводом BF2 и «землей» (см. ниже) все коэффициенты увеличатся на 2, теперь максимальным будет уже 5,5. Если повезет, то может заработать и К6-2 400 МГц с ядром СХТ в режиме (66,6x6), при этом на плате должен быть установлен коэффициент умножения 2, что воспринимается процессором как 6. А если на вашей плате есть еще и базовая 75 МГц, то туда вполне может стать и К6-2-450 (75ґ6). Так же можно применить и менее производительный процессор Cyrix M II PR300 (Vcore 2,9V).

AMD K6-2 выпускался в нескольких вариантах, рассчитанный на базовые частоты 66 или 95, 100МГц. Естественно, 100-мегагерцовые процессоры нормально работают на 66МГц. Однако, если вас устраивает рабочая частота до 366 МГц, и на плате есть только 66МГц, то лучше брать более дешевые 66-мегагерцевые. Существуют так же и два варианта Cyrix М II PR300, — рассчитанные на базовую частоту 66,6x3,5 — 233 МГц и 75x3 — 225 МГц.

Условием нормальной работоспособности является лишь возможность установки нужного номинального напряжения процессора. Мы будем рассматривать те случаи, где такой возможности в штатном наборе напряжений платы изначально не предусмотрено. Для этого придется переделывать плату. Иногда такие переделки сводятся лишь к добавлению одного копеечного элемента, даже без применения пайки. В более тяжелых случаях придется взяться за паяльник, и результат, впрочем, как и жизнеспособность платы в дальнейшем здесь не гарантированы.

Чем мы в данном случае рискуем? В принципе, вконец испохабить материнку можно запросто. Но много ли вы на этом потеряете? Ведь избавится от уже не устраивающей вас платформы все равно можно было бы лишь по минимальной, бросовой цене, забросить ее в загашник или же кому ни будь подарить. Если только вам самим ее только что не подарили. Системные платы данной категории, впрочем, как и процессоры уже порядком устарели и сильно упали в цене. Так что решайте сами. Само собой, я полностью снимаю с себя всякую ответственность на случай неудачных экспериментов.

Кстати, процессор на это дело лучше брать тоже с расчетом на возможность неудачи. Купить бывший в употреблении процессор можно на радиобазаре. Здесь имеет смысл предварительно договориться с продавцом о возможности возврата товара в течение нескольких ближайших дней в том случае, если он вам по каким-то причинам не подойдет. Мотивировать свое желание можно, например, тем, что вы не знаете, будет ли поддерживать старый BIOS вашей платы неведомый ему процессор, что, кстати, вполне может случиться. Как показывает практика, продавцы принимают такие условия. Так что в случае неудачи, вы ничего не потеряете даже на покупке процессора, если, конечно, не спалите его…

Немного теории «вольтообразования»
Для питания процессора на системных платах стоят специальные стабилизаторы напряжения. Стабилизатор преобразовывает поступающее на него с блока питания напряжение +5В в более низкое 2,2-3,5 В, в зависимости от назначения и типа процессора. Если плата рассчитана на установку только «не ММХ» процессоров с одинарным напряжением, то на ней только один стабилизатор, рассчитанный на выход 3,3-3,5В. Более совершенные процессоры требуют двойного питания, раздельно для ядра и цепей ввода/вывода. Поэтому на платах для них установлено два стабилизатора. Напряжение на стабилизаторах Socket 7 плат всегда задается вручную, хотя происходит это не всегда в явном виде.

Конструктивно схемы стабилизаторов могут отличаться. Наиболее простые построены на основе специальных микросхем (Low Dropout Positive Adjustable Regulators). Сама по себе эта микросхема является регулируемым стабилизатором напряжения (РСН) и на вид ничем не отличается от транзистора, из ее корпуса выходит всего три вывода. Разводка выводов микросхемы стабилизатора показана на (рис.1), упрощенная схема ее включения (рис.2). Величина выходного напряжения для таких схем определяется выражением вида: Uout ~ (1 + R2/R1). Причем сопротивление R1 обычно фиксировано для большинства схем на значении 120 Ом. Установка напряжения производится подбором сопротивления R2. Микросхемы РСН можно отличить по названию, хотя разнообразие здесь велико. Другой отличительной особенностью такого стабилизатора является простота схемы, в которой больше нет других полупроводниковых элементов, содержащих три и более выводов. Таким образом, под процессоры с двойным напряжением идет всего два преобразователя (Low Dropout Positive Adjustable Regulators) и схема получается компактной.

Рис. 1. Разводка выводов микросхемы стабилизатора.

Рис. 2. Схема  включения микросхемы стабилизатора.

Часто стабилизаторы на системных платах строятся на базе транзисторов. Визуально их можно отличить по большему количеству элементов в схеме. Для каждого стабилизатора понадобится как минимум два элемента с тремя и более выводами. Одни из них задают опорное напряжение, а самый мощный транзистор является источником тока. Схемы на транзисторах не сложны, но в зависимости от типов элементов и проводимости транзисторов могут различаться. В их конструкцию могут входить те же (Low Dropout Positive Adjustable Regulators) микросхемы в качестве источников опорного напряжения, но рассчитанные на гораздо меньшую мощность. Выходное напряжение в данном случае задается примерно также, — установкой резисторов соответствующих сопротивлений.

1. Регулировка напряжения путем включения дополнительных резисторов. Этот способ хорош, когда вы знаете, где на плате находятся джамперы, переключающие напряжения ядра процессора. Питание CPU на МВ должно быть двойным, — отдельно ядро и цепи ввода/вывода. Независимо от схемы, будь то стабилизатор на транзисторах или специальной микросхеме, выходное напряжение определяется величиной сопротивления соответствующих резисторов входящих в схему стабилизатора. Сами сопротивления при этом могут существенно отличаться: от 100 до 1000 Ом, в зависимости от типа схемы стабилизатора. Сопротивления на заданные напряжения уже впаяны на плате и выбор между ними в типичном случае осуществляется переключением перемычек. Но нам ничего не мешает установить другое сопротивление, рассчитанное на нужное нам напряжение.

Стандартный набор напряжений на системной плате выставляется с помощью групп джамперов, как правило, находящихся вблизи стабилизатора. Обычно старые платы имеют ограниченный набор напряжений ядра — 2,5 В и 2,8 В. В подавляющем большинстве случаев переключение между этими значениями происходит с помощью джампера включенного по схеме (рис.3)

Рис. 3.

Штекеры выстроены по прямой линии, средний соединен с регулирующим выводом схемы стабилизатора, крайние — с задающими напряжение резисторами обычно уходящими на «землю». При замыкании джампером среднего с крайним положений происходит установка одного из двух значений напряжений. Реже, но так же возможно расположение штекеров по схеме (рис.4), хотя это и не имеет никакого принципиального значения. Для изменения стандартного напряжение на любое другое необходимо отключить впаянные на плате резисторы (сняв джампер), а вместо них установить другой резистор — отрегулированный на заданное напряжение.

Рис. 4.

Выходное напряжение стабилизатора определяется соотношением сопротивлений резисторов. Сопротивления резисторов могут быть разными на разных платах (200-1000 Ом). Поэтому выходное напряжение придется выставлять эмпирическим путем, подбирая нужное сопротивление добавочного резистора экспериментально. Для этого понадобиться нехитрое приспособление (рис.5), состоящее из последовательно соединенных подстроечного и постоянного резисторов. В качестве подстроечного лучше использовать многооборотный переменный резистор СП-5, СП-3 или аналогичный, рекомендованное сопротивление 1 кОм. Ограничительный постоянный резистор можно взять номиналом порядка 100 Ом мощностью 0,125-0,25 Вт или что-то около этого.

Рис. 5.

Перед регулированием, а особенно пайкой настоятельно рекомендуется снять с МВ все платы расширения, память и процессор, желательно извлечь системную плату из корпуса. Перед подключением переменный резистор выставляется на величину своего минимального сопротивления.

Избегайте контактов с радиаторами элементов на плате, так как они электрически соединены с выводами деталей! Радиатор силового элемента стабилизатора обычно соединен с его выходом, а значит с ядром процессора!

Как показано на схеме — джампер с этой группы штекеров нужно снять. Схемка с подстроечным резистором подключается одним проводом к регулирующему выводу стабилизатора на плате (средний штырек), вторым — к «0» на плате  (рис.6). Обычно «0» можно определить по черному проводу с БП — «GND» («земля»), дорожки от него подходят к металлической окантовке крепежных отверстий платы, он же сидит на «земле» корпуса.

Рис. 6.

Далее, подключаем к Sokcet’у вольтметр, подаем на плату питание. Плавно увеличивая сопротивление переменного резистора добейтесь нужного напряжения идущего на ядро процессора. Для лучшей стабильности целесообразно выставлять напряжение на 0,05-0,1 В выше номинального. Величину напряжения можно измерять, подключившись к Socket’у, намотав на щуп вольтметра тонкий провод. Разводка напряжений на разъеме процессора показана на (рис.7). Здесь возможно как уменьшение, так и увеличение напряжения на ядре от ранее доступных уровней.

Рис. 7.
(для увеличения «кликните»
на картинке)

Если желаемое напряжение установлено, то можно отключить соединение с подстроечным резистором, измерить его сопротивление и заменить постоянным резистором нужного номинала, потом еще раз проконтролировать напряжение, — такое решение будет компактней. Хотя можно и оставить, как есть, прикрепив переменный резистор где-то на плате или в корпусе — в будущем всегда можно будет подстроить напряжение.

Те, кто привык пользоваться паяльником, наверное, сочтут более простым решение напаять между средним штекером и «землей» резистор (на схеме показан красным цветом). Те же кто паять не хочет, благоразумно не желая нарушать целостность и товарный вид платы или не будучи уверенными в своих способностях, могут воспользоваться не менее эффективным способом подключения регулирующего сопротивления. Резистор 0.125-0,25 Вт можно подключить через тот же джампер, изготовив из него своего рода переходник. Для этого, если джампер открыт, в него с верхней части вставляется резистор с предварительно зачищенным контактом. Если ножка резистора слишком тонкая, то ее можно согнуть пополам в месте сопряжения с джампером. Если ваш джампер сверху закрыт — не беда, просто аккуратно срежьте верхний слой пластмассы. Свободным концом джампер надевается на средний штекер, а тот, куда вставлен резистор разворачивается на сторону от линии штекеров и остается зависшим в воздухе. Другой конец резистора подключается к «земле», — тоже без пайки, зажатый под ближайший винт, крепящий плату к корпусу (рис.8).

Рис. 8.

Подключением к штекерам джамперов можно воспользоваться и тогда, когда требуется только увеличение напряжения. Это удобно тем, что не придется тянутся одним концом к «земле». В этом случае средний штекер соединяется с любым соседним через сопротивление. Сопротивление тоже подключается через джампера, как это было описано выше, с той лишь разницей, что здесь понадобится два джампера — для каждого штекера. Величина дополнительного сопротивления должна быть небольшой — на порядок меньше чем прежде.

Способ с джамперами выгоден прежде всего тем, что не нужно подлезать к плате с паяльником и ее можно вообще не снимать с корпуса. Однако последнее справедливо лишь в том случае, если используется AMD K6-2 400, 450 МГц, для которых установленный на плате коэффициент умножения 2 воспринимается как 6. Во всех остальных случаях, для увеличения коэффициента умножения, придется напаивать перемычку с «землей» на вывод BF2. Проверить же работоспособность на конкретной плате AMD K6-2 400 сначала можно и без понижения напряжения, воспользовавшись доступным стандартным напряжением старых плат — 2,5 В. Напряжение 2,5 В является максимально допустимым для этих процессоров по спецификации, то есть он на нем может работать, но недолго. Сначала установив процессор в таких условиях, можно проверить: будет ли запускаться система и не возникнут ли проблемы со старым BIOS и корректным определением коэффициента умножения; в случае положительного результата — можно приступать к регулировке напряжения.

Для установки других высокочастотных процессоров так же понадобится увеличение коэффициента умножения частоты, задаваемого с платы. Этот способ хорошо известен, — паяем перемычку, соединяя не использующийся на старых платах вывод процессора BF2 c «Землей» (рис.7). При этом все доступные значения коэффициентов увеличатся на 2. Таким образом, вместо 3 мы получим коэффициент умножения 5; а вот 1,5 превратится теперь в 5,5 что даст возможность использовать К6-2 366 МГц (66,6x5,5).

2. Регулировка напряжения стабилизатора на микросхеме (Low Dropout Positive Adjustable Regulators) путем параллельного включения (пайки) дополнительных резисторов. Этот способ подойдет в том случае, если стабилизатор на системной плате построен на регулируемых микросхемах-стабилизаторах и, опять же, имеется двойное питание процессора. В данном случае вам даже не нужно знать, где находятся переключающие перемычки. В некоторых случаях перемычки могут быть намертво впаяны в плату, если плата поставлялась сборщику под конкретный процессор. При других обстоятельствах, напряжение на системной плате может задаваться в неявном виде, назначение перемычек малопонятно. В любом случае, перемычки оставляем так как есть, на любое напряжение ядра. Главное, чтобы обеспечивалось раздельное питание для ядра и цепей ввода/вывода.

Как было сказано выше, напряжение в такого вида стабилизаторах задается сопротивлениями R1, R2 (рис.2). При уменьшении R2 — выходное напряжение уменьшается. При уменьшении R1 — увеличивается. Причем уменьшить сопротивления R1, R2 очень просто, достаточно напаять параллельно впаянным на плату резисторам (где именно они впаяны можно и не знать) дополнительные резисторы определенного номинала. Как известно суммарное сопротивление двух параллельно соединенных резисторов уменьшается. Вот для этих целей и служат обозначенные красным цветом сопротивления, одно из которых может быть напаяно на выводы микросхемы РСН (рис. 9).

Рис. 9.

При установке дополнительного резистора между регулирующим выводом РСН и логическим «0» (так как «0» сидит на заземленном корпусе, то он же и «земля») — выходное напряжение стабилизатора уменьшится (так как уменьшится суммарный R2), чего в большинстве случаев и требуется достичь. Резистор припаивается с обратной стороны платы на регулирующий вывод РСН и любое удобное место «земли». Резистор можно напаять и с лицевой стороны платы, если тому не мешают соседние со стабилизатором элементы, благо ножки у РСН достаточно толстые. Проблема состоит лишь в определении значения сопротивления добавочного резистора.

Выходное напряжение придется выставлять, опять же, опытным путем, подбирая нужное сопротивление добавочного резистора экспериментально. Для этого понадобиться то же нехитрое приспособление, состоящее из последовательно соединенных подстроечного и постоянного резисторов (рис.5). Обычно на старых платах требуется понижать напряжение на ядре процессора. Сначала добейтесь его минимального значения с помощью перемычек (хотя это и не обязательно), затем припаяйте резисторы параллельно R2. То есть, схемка с подстроечным резистором (рис.5) припаивается одним проводом к регулирующему выводу РСН, вторым — к «земле» на плате.

Методика подключения та же. Перед пайкой и регулированием рекомендуется снять все платы расширения, память и процессор, желательно извлечь системную плату из корпуса. Однако теперь, переменный резистор сначала выставляется на величину своего максимального сопротивления. Далее, подключаем к «земле» и выходу стабилизатора вольтметр, подаем на плату питание. Плавно уменьшая сопротивление переменного резистора, добейтесь нужного напряжения на ядре процессора. Напряжение можно измерять непосредственно на выводе СН, что не очень удобно. Гораздо удобнее подключится к Socket’у, намотав на щуп вольтметра тонкий провод.

В некоторых случаях может потребоваться увеличение напряжения. Например, для повышения напряжения цепей ввода/вывода с 3,3 В до 3,5 В или же для повышения доступного со старой платы напряжения 2,8 В до 2,9 В, что может понадобиться при использовании процессоров Cyrix M II. В этом случае можно припаять резистор, соединяющий регулирующий вывод и выход РСН, параллельно R1, на схеме (рис.9) он показан красным пунктиром. В этом случае подстройка напряжения рекомендуется лишь в небольших пределах 01-02 В. Некоторые производители РСН рекомендуют фиксированное значение этого сопротивления, и оно уже впаяно на плату, поэтому изменять напряжение таким способом рекомендуется лишь в небольших пределах.

3. Изготовление дополнительного стабилизатора для системных плат с одинарным питанием. Некоторые платы с единственным стабилизатором опционально поддерживают возможность установки второго, — то есть на плате имеется разводка и контактные площадки под второй, отсутствующий стабилизатор. В этом случае на плате так же присутствуют контактные площадки под штекеры для переключающих напряжение джамперов, правда, самих джамперов нет, — вместо них запаянные перемычки. Мораль сей басни — почему бы не собрать недостающие детали и не превратить убогую системную плату в более продвинутую систему?

Здесь может быть несколько вариантов. Во первых, если вы уверены, что незаполненная разводка на системной плате предназначена для установки микросхемы-стабилизатора, то эту микросхему можно туда же и впаять. А вот все другие элементы впаять по месту вряд ли удастся. Ведь контактные места платы предназначены для использования безкорпусных деталей, да и с разводкой дорожек для них по большому счету не стоит пытаться разбираться. Некоторые дорожки могут проходить внутри тела платы. Лишние дорожки, подходящие к регулирующему выводу микросхемы-стабилизатора нужно просто отрезать, оставив лишь выход из нее на питание ядра процессора и подводку +5В. Потом здесь же навесным монтажом собирается новая схема (рис.2) и регулируется на нужное напряжение, как это было описано выше. Схема несложная и напять ее будет достаточно просто.

Но прежде стоит разобраться с запаянными перемычками установки питания на плате. Манипуляции с перемычками здесь в принципе такие же, как и на обычной плате с двойным напряжением, с той лишь разницей, что придется не переставлять джампера, а перекусывать и перепаивать перемычки из провода. Нужно перепаять их так, чтобы на процессор подавалось раздельное питание. Ведь до этого на ядро и цепи ввода/вывода подавалось единое напряжение, обычно 3,3В.

В типичном случае за распределение питания между ядром и цепями ввода/вывода отвечают три параллельные перемычки. Их ставят из-за довольно большого тока, протекающего в этом месте. Средняя линия штырьков из этой группы уходит на ядро CPU. Одна крайняя линия штырьков отвечает за подачу на ядро напряжения 3,3 В со стабилизатора питающего так же и цепи ввода/вывода. Противоположный крайний ряд — за напряжение от отдельного стабилизатора, только для ядра процессора. Последнее и нужно использовать.

Старый стабилизатор системной платы оставляем, как есть, лишь позаботившись об отключении его напряжения от ядра CPU. В дальнейшем старый стабилизатор будет запитывать только цепи ввода/вывода нового процессора.

Однако впаивать микросхему-стабилизатор (РСН) в посадочное место на системной плате в большинстве случаев все-таки не целесообразно, даже если плата под это и рассчитывалась. Здесь, как правило, возникает проблема с установкой радиатора. Большинство системных плат рассчитано на очень уж миниатюрные радиаторы, малопригодные для повышенной мощности новых процессоров. К тому же, схему второго стабилизатора все равно приходится собирать с нуля, и сделать это лучше на отдельной небольшой плате, где будет достаточно места и для радиодеталей с нормальными корпусами, и для приличного радиатора. Отдельная плата стабилизатора изготавливается и устанавливается в системном блоке, как можно ближе к разъему процессора.

Для отдельного стабилизатора я могу рекомендовать два типа несложных схем. С одной из них мы уже знакомы, это схема показанная на (рис.2), основанная на использовании в качестве стабилизатора и силового элемента регулируемой микросхемы-стабилизатора (Low Dropout Positive Adjustable Regulators). Такая схема содержит минимум деталей и наиболее проста в исполнении. Ее мощность определяется типом используемой микросхемы-стабилизатора и может достигать 10 А. Однако качественные, мощные стабилизаторы стоят дорого — до 30$, к тому же недоступны на нашем рынке. Использовать дорогие детали в подобных схемах не имеет никакого смысла. В качестве РСН здесь можно рекомендовать дешевые и доступные на рынке марки: КР142ЕН22, КР1195ЕН16, SD1083. Все они рассчитаны по паспорту на ток 7,5 А, однако на практике следует рассчитывать на гораздо меньшее значение — около 6,5 А. Сказывается невысокое качество реализации данных деталей.

Другой тип схемы, — содержащей в качестве силового элемента мощный транзистор (рис.10). Транзистор здесь используется как источник тока. В качестве источника опорного напряжения используется та же микросхема-стабилизатор (РСН), однако теперь можно использовать марки РСН рассчитанные на гораздо меньшую мощность. Причем стоимость готовой схемы в этом случае может быть даже меньше, чем в предыдущем. К тому же такие детали проще приобрести, если последнее актуально.

Рис. 10.

Используемые в данной схеме транзисторы и маломощные РСН — дешевы. Типичный транзистор может пропускать гораздо больший ток, температура нагрева корпуса у него может быть выше. В принципе, можно подобрать марку транзистора, рассчитанного на ток до 20 А, однако реально получить такие токи, опять же, не удастся. Сами-то транзисторы могут выдерживать огромные токи, но нам-то еще нужна стабильность выходного напряжения. А вот со стабильностью напряжения при большой нагрузке как раз возникают проблемы при любых типах транзисторов. Так что и в этом случае стоит ориентироваться на те же 6,5 А под активной, постоянной нагрузкой, при условии сохранения стабильного напряжения. При превышении тока сверх указанной величины, на выходе схемы стабилизатора наблюдается постепенное падение напряжения.

В схеме с транзистором в качестве силового элемента, можно использовать следующие марки транзисторов: КТ837 (7,5 А), КТ853 (8 А), КТ818 (10 А) с любыми буквенными индексами. В качестве источника опорного напряжения в таких схемах подойдут РСН российского производства КР142ЕН12А, LM317Т, рассчитанные на максимальные токи 1,2-1,5 А. Так как у микросхемы РСН выходной вывод электрически связан с корпусом, а у транзисторов с корпусом связан коллектор, то эти детали можно крепить на одном радиаторе. По схеме коллектор транзистора и выход РСН соединены между собой. Но это ни в коем случае не означает, что не нужно паять электрическое соединение между соответствующими выводами деталей. Выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R2. При сопротивлении R2 порядка 200-250 Ом определяется верхний предел на выходе, обычно не более 2,9-3,5 В.

На входах и выходах обеих схем (рис.2, рис.10) должны быть установлены электролитические конденсаторы (С1, С2) большой емкости, чем больше, тем лучше. Выходное напряжение стабилизатора рекомендуется выставить на 0,05-0,1 В выше от номинального для конкретного CPU.

С точки зрения размеров, наиболее оптимальным здесь будет выбор конденсаторов емкостью 2200-4700 мкф с напряжением 10-16 В. Конденсаторы устанавливаются как можно ближе к элементам стабилизатора. Сама схема стабилизатора должна находиться как можно ближе к разъему CPU. Провода, соединяющие выход стабилизатора с питанием ядра CPU, должны быть как можно короче, не превышая длины 10 см. То же относится и к проводу питания схемы стабилизатора. Силовые элементы в обеих вариантах схем садятся на радиаторы, по размерам примерно соответствующие размерам радиатора кулера процессора. Еще лучше, если для этих целей применяется отдельный кулер с обдувом.

Корпуса транзисторов и РСН находятся под напряжением и электрически соединены с цепями питания ядра CPU. При установке радиаторов этих элементов на плату и в корпус ПК позаботьтесь о надежной  изоляции.

Перед подключением стабилизатора к цепи питания CPU, еще раз разберитесь с организацией запаянных в плату перемычек. Перемычки нужно будет перекусить таким образом, чтобы в дальнейшем исключить всякую связь входа на питание ядра процессора с другими элементами системной платы. Исключением могут быть разве что конденсаторы-электролиты впаянные на плате возле сокета. К изолированному таким образом входу на питание ядра на системной плате, подключается плюсовой выход от платы собранного стабилизатора напряжения. Напряжение подстраивается на нужную величину.

Проблема мощности.
С возрастанием частоты процессора, повышается его рабочий ток, а значит, увеличивается и выделяемая тепловая мощность. То же самое справедливо и для стабилизатора напряжения питания ядра CPU. Потребляемая мощность процессора рассчитывается как Pcpu = Icore*Vcore + 3,3Iio, где Icore — ток ядра процессора, Vcore — напряжение ядра (для К6-2 — 2,2-2,3 V), Iio — ток цепей ввода/вывода, на втором напряжении 3,3 V. Причем вторая составляющая не слишком существенна, так как максимальные токи цепей ввода/вывода у К6-2 составляют порядка 0,1 А. Для расчета выделяемой мощности на стабилизаторе напряжения ядра процессора применяется следующая формула: Pst = Icore*(5 — Vcore). Нетрудно заметить, что в случае применения К6-2 (Vcore = 2,2 V), выделяемая мощность на стабилизаторе будет выше, чем на процессоре, — стабилизатор сильно перегревается.

Силовые элементы стабилизаторов не так восприимчивы к температуре, как, скажем, процессор. Их корпуса могут выдерживать температуры выше 100 градусов. Однако злоупотреблять этим не стоит. Радиаторы которыми обычно комплектуются системные платы явно малы, если вы собираетесь ставить более мощный процессор, нестандартный для этой материнки. Стандартный радиатор лучше усилить, заменить или оборудовать обдувом, а еще лучше сделать и то и другое. Иначе его раскаленное состояние гарантировано. При перегреве стабилизатора возможны как периодические срабатывания тепловой защиты, так и его выход со строя. При выходе со строя стабилизатора на процессор пойдет не стабилизированное напряжение величиной до 5 В, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Если же стабилизатор изготавливается в виде отдельного блока, то его силовой элемент можно посадить на второй кулер средних размеров.

Вторая проблема мощности заключается в максимальном токе стабилизатора, который он способен дать без потери уровня выходного напряжения. Я проводил замеры для всех указанных выше самодельных схем. Реально ни одна из них не дает стабильный ток выше 6,5 А, несмотря на все заявления производителей о характеристиках дешевых электронных компонентов. При измерении использовалась активная нагрузка — мощный проволочный резистор. Ток измерялся при уменьшении сопротивления до того момента, пока напряжение не начинало падать.

Однако процессор — это не активная нагрузка. Он работает в импульсном режиме. Большинство полупроводниковых элементов способны выдерживать при импульсной нагрузке гораздо большие токи от номинального уровня. Максимальные теоретические уровни тока для процессоров AMD K6-2: 400 — 10,05 A, 366 — 9,95 A, 300 — 8,45 A. Но как показывает практика, все они могут вполне нормально функционировать от стабилизатора с максимальным током активной нагрузки 6,5 А.

Дело в том, что токи близкие к максимуму возникают лишь периодически, в виде достаточно коротких импульсов. Средний же уровень потребления мощности процессором всегда остается на существенно более низком уровне. С короткими всплесками повышенного тока вполне могут справляться электролитические конденсаторы на выходе стабилизатора, даже если сам стабилизатор не может обеспечить требуемую величину тока. Электролит во время работы аккумулирует энергию, которую потом может отдавать в случае возрастания нагрузки. Конечно, речь идет о кратковременных перегрузках, которые, тем не менее, могут часто повторятся. Именно поэтому не стоит экономить на емкости конденсаторов в схемах. Чем она больше — тем лучше, верхний предел не ограничен.

Мощные конденсаторы следует ставить не только на выходе стабилизатора, но и на входе. Теоретически они должны уже стоять в корпусном БП. Я так думал, пока не разобрал парочку не самых худших БП, — и там производители экономят на всем, на чем только возможно, ограничиваясь емкостью порядка 1000 мкф.

При работе CPU даже при умеренной нагрузке, напряжение стабилизатора немного падает, примерно на 0,05 В. При большой нагрузке уровень падения может быть выше — 0,1-0,2 В. Поэтому при установке напряжения ядра CPU рекомендуется выставлять его уровень на 0,1 В выше от номинального. Для К6-2 вполне подойдет 2,3 В. Практически для всех процессоров этого поколения согласно спецификации допускается превышение рабочего напряжения на 0,1 В. Повышенное напряжение даст более высокую стабильность работы процессора и особенно стабилизатора.

Теперь о реальных экспериментах. Приведу пример. Я использовал схему собранного отдельно стабилизатора (рис.2) на КР142ЕН22 в связке с AMD К6-2 300 МГц. Максимально возможный ток такого стабилизатора под активной нагрузкой не превышал 6,5 А. При более высоком токе начиналось падение напряжения. Выходное напряжение холостого хода было отрегулировано на уровне 2,28 В. Процессор разгонялся до частоты 366 МГц, на которой работал вполне стабильно. К разъему процессора подключался цифровой вольтметр для измерения возможных изменений напряжения на ядре во время работы. Ток работающего процессора по понятным причинам измерить нельзя.

Испытания показали, что даже под максимальной нагрузкой CPU величина напряжения разогнанного процессора оставалась на уровне порядка 2,23 В. Что означало, что стабилизатор вполне справлялся с такой мощностью без существенного падения напряжения. Для загрузки процессора использовалась утилита из комплекта cpuburn3 для К6. Утилиты cpuburn наиболее сильно из известных мне способны загружать и нагревать процессор, а значит и стабилизатор. Емкость конденсаторов на входе и выходе стабилизатора была по 2200 мкф. КР142ЕН22 был посажен на кулер, типичный для процессоров поколения Р54, напряжение вентилятора которого было уменьшено до 7 В. При этом радиатор стабилизатора существенно грелся, сильнее, чем радиатор кулера процессора, последний, правда, был более внушительных размеров. Примечательно, что при попытке установки на процессор кулера таких же размеров, как и на стабилизаторе, тот обязательно зависал, даже без разгона.

От редакции.

Хотя процессоры AMD K6-2 несравнимо шире распространены, лучше попробовать использовать для апгрейда процессоры K6-2+ со встроенной кэш-памятью второго уровня объемом 128 кбайт и работающей на частоте ядра процессора. Это последнее и самое быстродействующее поколение этого семейства процессоров. Они бывают с частотой от 400 до 550 МГц (правда, только для системной шины 100 МГц, зато при более медленной шине можно попытаться "нагнать" частоту, повысив умножение), и произведены по улучшенной технологии. Лишь с ними можно надеяться на успех при просмотре фильмов формата MPEG4 без существенных "дерганий" (по скорости они примерно равны Celeron 366-500). Шины питания процессора следует дополнительно "обвесить" блокировочными конденсаторами (между питанием и землей в непосредственной близости выводов питания процессора) емкостью от 0,1 до 1 мкФ (керамические, чем больше штук, тем лучше, можно бескорпусные). Это позволит частично подавить импульсные помехи питания, которые существенно снижают стабильность работы процессоров. Электролитических конденсаторов на выходе лучше поставить два-три параллельно. Разумеется, все манипуляции вы будете производить целиком на свой страх и риск, за ваши ошибки мы никакой ответственности не несем.

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.