必要なときにデバイス/アプライアンスはどのように電流をより多く消費しますか？

デスクトップコンピューターを使用しており、より多くの処理能力を必要とする何かを行うことにしたとします。この場合、私のコンピューターは電力を増やすためにより多くの電流を引きます。この電流の増加はどのように実行されますか？私のコンピューターはより多くの並列回路を開くので、総抵抗は減少しますか？または、電子ポテンショメータまたは完全に別のものを持っていますか。デスクトップコンピューターで使用される手法は、オーブンの温度を変更する場合と同じですか？

どんな助けも大歓迎です。

より多くの処理能力を必要とする何かをすることにしました。この場合、私のコンピューターは電力を増やすためにより多くの電流を引きます。

他の方法でラウンド：コン​​ピューターはより多くのことを行い、その結果、より多くの電力を消費します。

私のコンピューターはより多くの並列回路を開くので、総抵抗は減少しますか？

これはほぼ真実です。コンピュータは実際には連続的な電流の流れで動作しないことを除いて、内部クロックによって駆動されるバーストで動作します。各アクションには、電流を引き込んでトランジスタをオンにするか、電流をシンクして再びオフにすることが含まれます。トランジスタは10億倍、1秒は10億倍です。計算が増えると、トランジスタが増えます。

高いレベルでは、はい、あなたはコンピューターがより多くのトランジスターを開くか、少なくともより多くの電流を消費すると少なくともより多くのトランジスターを切り替えることは正しいです。たとえば、ハードウェア乗算器があり、一般的にそれを使用しない場合、乗算器のトランジスタはオンにならないため、多くの電流は流れません。コードが乗算を要求すると、コード内のトランジスタがスイッチングを開始し、それによりVDDとグランド間の抵抗が低下します。これにより、より多くの電流が流れます。消費電流によりVDD電圧が低下します。これで、スイッチング電圧レギュレータはこの電圧ドループを検出し、より高いデューティサイクルで起動して、高電流能力とほぼ一定の電圧を可能にします。

広範な高レベルでは、ほとんどの回路は定電圧源で動作するため、回路は抵抗を下げることでより多くの電流を要求します。

現代のコンピューターは、定常状態ではほとんど電力を消費しないように設計されたロジックゲートを使用しますが、ある状態から別の状態に切り替えるには電力のバーストが必要です。

コンピューターがアイドル状態の場合、プロセッサーはほとんどの時間スリープ状態になります。ほとんどの回路は何もしないので、ほとんど電力を消費しません。グラフィックスカードのGPUなど、他のコンポーネントについても同様です。

その後、何かを行うと、突然、より多くの作業が実行されます。ゲートは頻繁にオン/オフに切り替わるため、より多くの電力を消費します。

さらに、多くのコンピューター、特にラップトップは、使用されていない場合はコンピューターのセクション全体の電源を切るように設計されています。たとえば、ラップトップのWebカメラは、それを使用するアプリケーションを開くまで電源が切れます。

チップレベルでの電力消費にはいくつかのメカニズムがあります。

回路が切り替わると、すべてのトランジスタと相互接続に内部寄生コンデンサが存在します（チップの内部と外部）。これらのコンデンサは、回路ノードがオフからオン（またはオンからオフ）に切り替わるときに充電および放電する必要があります。コンデンサは非常に小さいですが、1秒間に数十億回スイッチングする数十億個のコンデンサがあると、合計が増えます。（この電力は実際には、寄生コンデンサの寄生抵抗を含む回路要素の抵抗によって消費されます）

すべての回路要素にも抵抗があるため、回路内のどこでも電流が流れると熱が発生し、電力が消費されます。回路ノードが切り替わると、負荷側のデバイスの寄生コンデンサを変更または放電する必要があり、これには電流が必要であり、その結果、熱が発生して電力が消費されます。

これら2つの効果に関連する消費電力は、内部ノードの切り替え操作の数によって異なります。つまり、消費電力は、プロセッサやその他の要素のアクティビティ（およびクロック速度）によって異なります。

集積回路内のトランジスタやその他のコンポーネントにもリーク電流があります。これにより、プロセッサが非アクティブのときにも発生するベースライン（静的）電力消費が作成されます。最近の低電力システムの多くは、この静的な電力消費を最小限に抑えるために、スリープまたは非アクティブ状態の間、プロセッサおよびその他のチップ上のサブシステム全体への電力をオフにします。

コンピューターの電力消費には他のメカニズム（電源静止電力など）がありますが、これらは、電力消費が変化する理由と、作業が行われていないときにまだ電力消費がある理由を理解するのに役立ちます。

コンピュータ内のさまざまなICには、それぞれ異なる電流が流れます。ここに、Arduino Unoおよび他の同様のボードで使用される単純な8ビット16 MHzマイクロコントローラーであるAtmega328Pからのデータを示します。

コンピュータ内のさまざまなICには、それぞれ異なる電流が流れます。ここに、Arduino Unoおよび他の同様のボードで使用される単純な8ビット16 MHzマイクロコントローラーであるAtmega328Pからのデータを示します。

例：VCC = 2.0VおよびF = 1MHzでTIMER1、ADC、およびSPIを有効にして、アイドルモードで予想される消費電流を計算します。前のセクションの第3列のアクティブおよびアイドルモードでの追加の消費電流（パーセンテージ）の表から、TIMER1に14.5％、ADCに22.1％、SPIモジュールに15.7％を追加する必要があることがわかります。図Idle Supply Current vs. Low Frequency（0.1-1.0MHz）から、VCC = 2.0VおよびF = 1MHzでのアイドル電流消費は約0.045mAであることがわかります。TIMER1、ADC、およびSPIを有効にしたアイドルモードでの合計消費電流は次のようになります。ICCtotal 45 0.045mA⋅（1 + 0.145 + 0.221 + 0.157）≃0.069 mA

（さまざまなテーブルを見るためにデータシートを開くのに役立ちます）。

3.2 GHz（200倍高速）で動作し、おそらく1.8Vコアロジック電圧（およびマルチスレッド用に4または8コア）、3.3V IO電圧、メモリおよびビデオチップ、ハードドライブコントローラーおよびUSBと通信するコンピューターの場合コントローラーとイーサネットまたはワイヤレスコントローラーの場合、計算は同様で、各チップが合計に独自の量を追加します。コンピュータープロセッサの上部に大きなヒートシンクがあり、冷却ファンがその上に空気を吹き付けている理由がわかります。

何が起こっているかというと、コンピューターは電力の入力を増加させず、コンピューターが利用可能な電力をより多く消費するということです。コンピューターの各部分には、スイッチのように動作する小さなトランジスタがあります。それらを開いたままにしたり、状態を変更したりするには、少し電力が必要です。

より良いまたはより複雑なコンポーネントを追加すると、これらのトランジスタを切り替えるために必要なエネルギーが増えます。もちろん、トランジスタのサイズ、リークなど、これにはさらに多くの要因がありますが、最も基本的なレベルではこれが起こります。

また、通常は電源によって決定される、供給可能な電力量にも制限があります。類推として、これを想像してください：あなたがサイクリングしているとき、あなたはそれに一定量のエネルギーを入れなければなりません。今、あなたはより良い車輪を備えた新しい自転車を手に入れましたが、これにはより多くの力をかける必要があります。より多くのパワーを「求める」のは車輪ではありません。それはただ動いてそれを続けるために必要だということです。もちろん、それが多すぎると判明する前にどれだけのエネルギーを投入できるかには限界があります。続けると、筋肉痛になります。

コンピューターでは、あまりにも多くの電力が消費されると不安定になります。これは、エネルギーを消費しすぎると自転車を使い続けることができなくなるのと同じです。要するに、どのくらいの電力を消費すべきかを決定するのはコンピューターではなく、この電力を電源から引き出して、可能な限り多くの電力を供給するのはコンポーネントです。

絵を描いてみましょう（配線図、回路図）

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

負荷電流が増加すると、電力線の電圧は99.999ボルトから99.998ボルトに変化します。

電力線の非常に低い抵抗が、ほぼ一定の電力線電圧の理由であることに注意してください。