Bagaimana perangkat / peralatan menarik arus lebih saat dibutuhkan?

Misalkan saya memiliki komputer desktop dan saya memutuskan untuk melakukan sesuatu yang membutuhkan lebih banyak kekuatan pemrosesan. Dalam hal ini komputer saya akan menarik lebih banyak arus untuk meningkatkan daya. Bagaimana peningkatan saat ini dilakukan? Apakah komputer saya membuka lebih banyak sirkuit paralel sehingga resistansi total berkurang? atau apakah mereka memiliki potensiometer elektronik atau sesuatu yang sama sekali lain. Apakah teknik yang digunakan dalam komputer desktop sama dengan jika saya mengubah suhu oven?

Setiap bantuan sangat dihargai.

Saya memutuskan untuk melakukan sesuatu yang membutuhkan lebih banyak kekuatan pemrosesan. Dalam hal ini komputer saya akan menarik lebih banyak arus untuk meningkatkan daya.

Cara sebaliknya: komputer akan melakukan lebih banyak hal, dan sebagai hasilnya ia akan mengkonsumsi lebih banyak daya.

Apakah komputer saya membuka lebih banyak sirkuit paralel sehingga resistansi total berkurang?

Ini kira-kira benar. Kecuali bahwa komputer tidak benar-benar beroperasi pada aliran arus kontinu , mereka beroperasi dalam ledakan yang didorong oleh jam internal mereka; setiap tindakan melibatkan baik menggambar arus untuk menyalakan transistor, atau menenggelamkan arus untuk mematikannya lagi. Kali satu miliar transistor, satu miliar kali per detik. Lebih banyak perhitungan melibatkan lebih banyak transistor.

Pada level yang tinggi, ya, Anda benar bahwa komputer membuka lebih banyak transistor atau setidaknya mengganti lebih banyak transistor ketika mengkonsumsi lebih banyak arus. Misalnya, jika Anda memiliki pengganda perangkat keras dan umumnya Anda tidak menggunakannya, transistor dalam pengganda tidak akan hidup dan karena itu tidak akan menarik banyak arus. Jika kode sekarang meminta multiplikasi, transistor di dalamnya mulai beralih dan itu akan menurunkan resistansi antara VDD dan ground. Ini akan menarik lebih banyak saat ini. Pengundian saat ini akan menurunkan tegangan VDD. Sekarang regulator tegangan switching akan mendeteksi tegangan terkulai dan menendang pada siklus tugas yang lebih tinggi untuk memungkinkan kemampuan arus tinggi dan kira-kira tegangan konstan.

Pada level tinggi yang luas, sirkuit meminta lebih banyak arus dengan menurunkan resistansi karena sebagian besar sirkuit beroperasi dengan sumber tegangan konstan.

Komputer modern menggunakan gerbang logika yang dirancang untuk menggunakan daya yang sangat kecil ketika mereka berada dalam kondisi mapan, tetapi yang membutuhkan ledakan daya untuk mengubahnya dari satu kondisi ke kondisi lainnya.

Jika komputer idle, prosesor akan dalam kondisi tidur hampir sepanjang waktu. Sebagian besar sirkuit tidak melakukan apa-apa, sehingga hanya memakan sedikit daya. Hal yang sama berlaku untuk komponen lain, seperti GPU kartu grafis.

Jika Anda kemudian memberikan sesuatu untuk dilakukan, maka tiba-tiba itu melakukan lebih banyak pekerjaan. Gerbang lebih sering dinyalakan dan dimatikan, sehingga mereka mengambil lebih banyak kekuatan.

Selain itu, banyak komputer, terutama laptop, dirancang untuk mematikan seluruh bagian komputer jika tidak digunakan. Misalnya webcam di laptop akan dimatikan sampai Anda membuka aplikasi yang menggunakannya.

Ada beberapa mekanisme untuk konsumsi daya pada level chip.

Ketika sirkuit beralih, ada kapasitor parasit internal di semua transistor dan interkoneksi (internal pada chip dan eksternal). Kapasitor ini harus diisi dan dikosongkan saat node rangkaian dimatikan dari mati ke hidup (atau hidup ke mati). Kapasitor kecil, tetapi ketika Anda memiliki miliaran dari mereka beralih miliaran kali per detik bertambah. (kekuatan ini sebenarnya dihamburkan oleh resistansi elemen rangkaian, termasuk resistensi parasit dalam kapasitor parasit)

Semua elemen rangkaian juga memiliki resistansi sehingga aliran arus di mana saja di sirkuit menghasilkan panas dan menghabiskan daya. Sebagai node sirkuit beralih, kapasitor parasit pada perangkat sisi beban harus diubah atau dibuang dan ini membutuhkan aliran arus yang, pada gilirannya, menciptakan panas dan mengkonsumsi daya.

Konsumsi daya yang terkait dengan dua efek ini bervariasi dengan jumlah operasi switching simpul internal yang berarti konsumsi daya bervariasi berdasarkan aktivitas (dan kecepatan clock) prosesor dan elemen lainnya.

Transistor dan komponen lain di dalam sirkuit terpadu juga memiliki arus bocor. Ini menciptakan konsumsi daya dasar (statis) yang masih terjadi ketika prosesor tidak aktif. Banyak sistem berdaya rendah modern mematikan daya ke seluruh subsistem pada prosesor dan chip lainnya selama tidur atau keadaan tidak aktif untuk meminimalkan konsumsi daya statis ini.

Ada mekanisme lain konsumsi daya di komputer (power supply power diam, dll) tetapi ini akan membantu Anda memahami mengapa konsumsi daya bervariasi dan mengapa masih ada beberapa konsumsi daya ketika tidak ada pekerjaan yang dilakukan.

IC yang berbeda di komputer masing-masing akan memiliki hasil undian yang berbeda. Berikut adalah beberapa data dari Atmega328P, mikrokontroler 8-bit 16 MHz sederhana yang digunakan di Arduino Uno dan papan serupa lainnya.

IC yang berbeda di komputer masing-masing akan memiliki hasil undian yang berbeda. Berikut adalah beberapa data dari Atmega328P, mikrokontroler 8-bit 16 MHz sederhana yang digunakan di Arduino Uno dan papan serupa lainnya.

Contoh: Hitung konsumsi arus yang diharapkan dalam mode siaga dengan TIMER1, ADC, dan SPI diaktifkan pada VCC = 2.0V dan F = 1MHz. Dari Tabel Konsumsi Tambahan Saat Ini (persentase) dalam mode Aktif dan Tidak Aktif di bagian sebelumnya, kolom ketiga, kita melihat bahwa kita perlu menambahkan 14,5% untuk TIMER1, 22,1% untuk ADC, dan 15,7% untuk modul SPI. Membaca dari Gambar Pasokan Idle Saat Ini vs. Frekuensi Rendah (0,1-1,0MHz), kami menemukan bahwa konsumsi arus idle adalah ~ 0,045mA pada VCC = 2,0V dan F = 1MHz. Total konsumsi saat ini dalam mode siaga dengan TIMER1, ADC, dan SPI diaktifkan, memberikan: ICCtotal ≃ 0,045 mA⋅ (1 + 0,145 + 0,221 + 0,157) ≃ 0,069 mA

(Membantu untuk membuka lembar data untuk melihat berbagai tabel).

Untuk komputer, berjalan pada 3,2 GHz (200 kali lebih cepat) dan mungkin tegangan logika inti 1,8V (dan 4 atau 8 core untuk multithreading), tegangan IO 3,3V, berbicara dengan memori dan chip video dan pengontrol hard drive dan USB pengontrol dan ethernet atau pengontrol nirkabel, perhitungannya akan sama, dengan setiap chip menambahkan jumlah sendiri ke total. Anda dapat melihat mengapa prosesor komputer memiliki heatsink besar di atasnya dengan kipas pendingin yang meniupkan udara ke atasnya.

Apa yang terjadi adalah bahwa komputer tidak menambah input daya, melainkan bahwa komputer mengkonsumsi lebih banyak daya yang tersedia. Setiap bagian di komputer Anda memiliki transistor kecil yang bertindak seperti sakelar. Untuk membuat mereka tetap terbuka atau mengubah status mereka diperlukan sedikit daya.

Ketika menambahkan komponen yang lebih baik atau lebih kompleks, energi yang diperlukan untuk beralih transistor ini tumbuh karena ada lebih banyak. Tentu saja ada lebih banyak faktor untuk ini, seperti ukuran transistor, kebocoran dll. Tetapi pada tingkat yang paling dasar inilah yang terjadi.

Ada juga batas berapa banyak daya yang dapat diberikan biasanya ditentukan oleh catu daya Anda. Sebagai analogi bayangkan ini: Ketika Anda bersepeda Anda harus memasukkan sejumlah energi ke dalamnya. Sekarang Anda mendapatkan sepeda baru dengan roda yang lebih baik, tetapi ini mengharuskan Anda untuk memberikan lebih banyak tenaga ke dalamnya. Bukan roda yang "meminta" kekuatan lebih. Hanya saja itu diperlukan untuk bergerak dan terus melakukannya. Tentu saja ada juga batasan berapa banyak energi yang dapat Anda masukkan ke dalamnya sebelum ternyata terlalu banyak. Jika terus berjalan, Anda mengalami sakit otot.

Di komputer, jika terlalu banyak daya yang dihabiskan, ia menjadi tidak stabil, sama seperti Anda tidak akan bisa terus menggunakan sepeda yang menghabiskan terlalu banyak energi untuk bepergian. Jadi singkatnya, bukan komputer yang memutuskan berapa banyak daya yang harus diambil, itu adalah komponen yang menarik daya ini keluar dari catu daya dan memberikan sebanyak apa pun yang bisa.

Mari kita menggambar (diagram pengkabelan, skema) untuk diilustrasikan

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dengan meningkatnya arus beban, tegangan saluran listrik berubah, dari 99,999 volt menjadi 99,998 volt.

Perhatikan Resistansi yang sangat rendah dari kabel listrik adalah alasan untuk voltase kabel listrik yang hampir konstan.