Как устройства / приборы потребляют больше тока при необходимости?

Предположим, у меня есть настольный компьютер, и я решил сделать что-то, требующее большей вычислительной мощности. В этом случае мой компьютер будет потреблять больше тока для увеличения мощности. Как выполняется это увеличение тока? Открывает ли мой компьютер больше параллельных цепей, чтобы общее сопротивление уменьшалось? или у них есть электронный потенциометр или что-то совсем другое. Является ли техника, используемая в настольном компьютере, такой же, как если бы я менял температуру в духовке?

Любая помощь очень ценится.

Я решил сделать что-то, что требует большей вычислительной мощности. В этом случае мой компьютер будет потреблять больше тока для увеличения мощности.

И наоборот: компьютер будет делать больше вещей, и в результате он будет потреблять больше энергии.

Открывает ли мой компьютер больше параллельных цепей, чтобы общее сопротивление уменьшалось?

Это примерно так. За исключением того, что компьютеры на самом деле не работают с непрерывным током, они работают импульсами, управляемыми их внутренними часами; каждое действие включает в себя либо потребление тока для включения транзистора, либо падение тока для его выключения. Раз миллиард транзисторов, миллиард раз в секунду. Больше вычислений требует больше транзисторов.

На высоком уровне, да, вы правы, что компьютер открывает больше транзисторов или, по крайней мере, переключает больше транзисторов, когда он потребляет больше тока. Например, если у вас есть аппаратный множитель и, как правило, вы его не используете, транзисторы в умножителе не включатся и, следовательно, не будут потреблять большой ток. Если код теперь запрашивает умножение, транзисторы в нем начинают переключаться, и это понижает сопротивление между VDD и землей. Это привлечет больше тока. Потребление тока снизит напряжение VDD. Теперь переключающий регулятор напряжения будет обнаруживать падение напряжения и запускаться при более высоком рабочем цикле, чтобы обеспечить возможность работы с высоким током и приблизительно постоянное напряжение.

На широком высоком уровне схемы запрашивают больший ток, снижая их сопротивление, поскольку большинство цепей работают с источником постоянного напряжения.

Современные компьютеры используют логические вентили, которые предназначены для того, чтобы потреблять очень мало энергии, когда они находятся в устойчивом состоянии, но которым требуется импульс питания для переключения их из одного состояния в другое.

Если компьютер находится в режиме ожидания, процессор будет находиться в спящем режиме в течение большей части времени. Большинство контуров ничего не будут делать и поэтому потребляют мало энергии. То же самое касается других компонентов, таких как графический процессор видеокарты.

Если вы затем даете ему что-то сделать, то вдруг он выполняет больше работы. Ворота включаются и выключаются чаще, и поэтому они потребляют больше энергии.

Кроме того, многие компьютеры, особенно ноутбуки, предназначены для отключения целых частей компьютера, если они не используются. Например, веб-камера в ноутбуке будет отключена, пока вы не откроете приложение, которое ее использует.

Существует несколько механизмов энергопотребления на уровне чипа.

Когда цепи переключаются, во всех транзисторах и межсоединениях есть внутренние паразитные конденсаторы (внутри на микросхемах и снаружи). Эти конденсаторы должны заряжаться и разряжаться, когда узлы схемы переключаются из выключенного состояния во включенное (или включенное или выключенное). Конденсаторы крошечные, но если их миллиарды переключаются миллиарды раз в секунду, это складывается. (эта мощность фактически рассеивается сопротивлением элемента схемы, включая паразитное сопротивление в паразитных конденсаторах)

Все элементы цепи также имеют сопротивление, поэтому ток в любом месте цепи создает тепло и потребляет энергию. Когда узлы схемы переключаются, паразитные конденсаторы на устройствах со стороны нагрузки должны быть заменены или разряжены, и для этого требуется ток, который, в свою очередь, создает тепло и потребляет энергию.

Потребляемая мощность, связанная с этими двумя эффектами, зависит от количества операций переключения внутренних узлов, что означает, что энергопотребление зависит от активности (и тактовой частоты) процессора и других элементов.

Транзисторы и другие компоненты внутри интегральных схем также имеют ток утечки. Это создает базовое (статическое) энергопотребление, которое все еще происходит, когда процессор неактивен. Многие современные системы с низким энергопотреблением отключают питание всей подсистемы на процессоре и других микросхемах во время сна или неактивного состояния, чтобы минимизировать статическое энергопотребление.

Существуют и другие механизмы энергопотребления в компьютерах (энергопотребление в режиме ожидания и т. Д.), Но они должны помочь вам понять, почему энергопотребление меняется и почему энергопотребление все еще остается, когда работа не выполняется.

Различные микросхемы в компьютере будут иметь различное потребление тока. Вот некоторые данные от Atmega328P, простого 8-битного микроконтроллера 16 МГц, используемого в Arduino Uno и других подобных платах.

Различные микросхемы в компьютере будут иметь различное потребление тока. Вот некоторые данные от Atmega328P, простого 8-битного микроконтроллера 16 МГц, используемого в Arduino Uno и других подобных платах.

Пример: Рассчитать ожидаемое потребление тока в режиме ожидания с включенными TIMER1, ADC и SPI при VCC = 2,0 В и F = 1 МГц. Из таблицы «Дополнительное потребление тока (в процентах)» в активном режиме и режиме ожидания в предыдущем разделе, третий столбец, мы видим, что нам нужно добавить 14,5% для TIMER1, 22,1% для АЦП и 15,7% для модуля SPI. Считая из рисунка ток холостого хода относительно низкой частоты (0,1-1,0 МГц), мы обнаруживаем, что потребление тока холостого хода составляет ~ 0,045 мА при VCC = 2,0 В и F = 1 МГц. Общее потребление тока в режиме ожидания с включенными TIMER1, ADC и SPI дает: ICCtotal tal 0,045 мА m (1 + 0,145 + 0,221 + 0,157) ≃ 0,069 мА

(Помогает открыть таблицу для просмотра различных таблиц).

Для компьютера, работающего на частоте 3,2 ГГц (в 200 раз быстрее) и, возможно, на 1,8 В логического напряжения ядра (и 4 или 8 ядер для многопоточности), напряжения 3,3 В на входе, разговоре с памятью и видеочипом (-ами) и контроллером жесткого диска и USB контроллеры и Ethernet или беспроводной контроллер, расчеты будут аналогичными, с каждым чипом добавление своего собственного количества к общему количеству. Вы можете понять, почему процессор компьютера имеет большой радиатор сверху с охлаждающим вентилятором, обдувающим воздух.

Происходит то, что компьютер не увеличивает потребляемую мощность, а потребляет больше энергии, чем доступно. Каждая часть вашего компьютера имеет крошечные транзисторы, которые действуют как переключатели. Чтобы держать их открытыми или изменять их состояние, требуется немного энергии.

При добавлении более качественных или более сложных компонентов необходимая энергия для переключения этих транзисторов возрастает, поскольку их становится больше. Конечно, есть и другие факторы, такие как размер транзистора, утечка и т. Д., Но на самом базовом уровне именно это и происходит.

Существует также ограничение на количество вырабатываемой энергии, которое обычно определяется вашим источником питания. В качестве аналогии представьте себе следующее: когда вы едете на велосипеде, вы должны вложить в него определенное количество энергии. Теперь вы получаете новый велосипед с лучшими колесами, но для этого нужно приложить больше усилий. Это не колеса, которые "просят" больше мощности. Просто нужно двигаться и продолжать в том же духе. Конечно, есть предел тому, сколько энергии вы можете вложить в него, прежде чем оно окажется слишком большим. Если вы продолжаете идти, у вас болит мышца.

В компьютере, если потребляется слишком много энергии, он становится нестабильным, так же как вы не сможете продолжать использовать велосипед, который стоит слишком много энергии, чтобы обходиться. Короче говоря, не компьютер решает, сколько энергии он должен потреблять, это компоненты, которые вытягивают эту энергию из блока питания, и он выдает столько, сколько может.

Давайте нарисуем рисунок (схема подключения, схема) для иллюстрации

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

При увеличении тока нагрузки напряжение линии электропередачи меняется с 99,999 вольт до 99,998 вольт.

Обратите внимание, что очень низкое сопротивление линии электропередачи является причиной почти постоянного напряжения линии электропередачи.