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标题: 交流电有零电压时刻，cpu时刻高频输出电信号。这是怎么实现的？ [打印本页]

作者: bdlove 时间: 2017-11-28 10:30
标题: 交流电有零电压时刻，cpu时刻高频输出电信号。这是怎么实现的？
交流电有零电压时刻，cpu确（却）时刻高频输出电信号（脉冲）。我只想了解这个你们看起来很简单的问题。感谢有些朋友给列出的概念。但是，我不知道某些朋友哪里来的优越感。我想见到的ZHIHU回答是图文并茂，但不是我在答案里看到的图文并茂。羡慕你嬉笑怒骂、指指点点的态度，朋友请回到你的贴吧去吧！17-6-3他人补:我想见到的ZHIHU提问者是敢于质疑回答，但不是我在这个题里看到的敢于喷回答者。羡慕你口无遮拦、指指点点的态度，…

作者: ylzhang 时间: 2017-11-28 10:30
确实有很多人戾气深重啊。术业有专攻，每个人都有擅长的和不熟悉的领域，这很正常。恰好看到这个问题，尝试用高中生容易理解的语言回答一下。

来自墙上插座的电是50Hz的交流电，交流电的方向时刻变化，也就是说，有过零的时刻。因此，人类使用二极管对交流电进行“整流”。所谓整流，就是将方向时刻改变的交流电变成方向不变的直流电。二极管之所以能够整流，是因为它只允许单向导电。

但是，这里得到的直流电，电流大小是在不断变化的，因此，人类使用电阻电容等元件组成的“滤波电路”，将大小不断变化的直流电转化成大小几乎不变的直流电。所谓滤波，可以简单理解为缓冲，在电流为零的瞬间，滤波电路的电容释放自己储存的电能，达到削峰平谷的效果。这一点，跟水库很相似。

整流示意图

电脑的器件一般需要较低且稳定的电压，因此需要对刚才得到的直流电进行降压和稳压。针对这种需求，人类发明了一种电路，电路里面有一个快速开关的“开关”，通过控制开关的时间就可以得到理想的电压。

至此，我们已经将交流电转化成干净、稳定、合适的直流电压，可以供电脑里面的CPU使用了。上面说到的这些步骤，都是发生在主机箱里面的开关电源箱里面的。

电脑机箱开关电源

为了达到很高的性能，CPU需要比较低的电压，这个电压甚至比一节干电池的电压还要低。CPU内部流动的也是直流电，但这种直流电简单来说是在“有电流”和“没有电流”之间快速变化的，电流方向不变，如果画图，就像是城墙的形状，称为“方波信号”。之所以会出现方波，跟墙上的交流电插座一点关系都没有，而是由于电脑内部的一块石英晶体。

方波数字信号

红圈里面的就是石英晶体振荡器，其上方是“CPU”

石英有一种特性，就是在某个特定方向上去挤压它，它的两端就会产生电压；反过来，在它的两端加电压，它就会产生微小的形变。这种现象叫做压电效应，打火机里面的电打火器就是利用了这个效应。

如果将石英切成特定形状和大小的小块，那么如果在它两端施加按特定频率变化的电压，就会引起这块石英的最剧烈振动，反过来，也会加强两端的电压。这样，就形成了“共振”。共振的频率由石英的形状决定。各位都知道“石英钟”，石英钟里面的石英晶体被切割成某个特定的形状，使得它的共振频率可以用来计秒。电脑里面的石英晶体，可产生数百MHz的振荡电流，经过处理，就可以得到固定频率的方波。

当然，也可以用其他的方法去产生方波，例如RC振荡器等等。不过这些方法需要比较复杂的电路，也不是很稳定，因此没有石英振荡器用得多。

总而言之，这个问题的全貌是这样的：机箱里的开关电源负责将高压交流电转化成低压直流电，给电脑里包括CPU的所有设备供电；CPU内部的方波信号是由振荡电路产生的，跟市电交流电没有关系。

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科普向回答，个别细节可能不够严密，但保证原则正确。如果您愿意系统学习计算机工程相关的知识，可以阅读信号与系统、模拟与数字电路、计算机组成原理相关的书籍。
考虑到行文流畅，文中没有提到的关键词和术语在此处列出：桥式整流电路、低通滤波器、MOS管、脉宽调制、三端稳压器、时钟信号、锁相环
请结合上述关键词按图索骥，可以学到不少有用的知识。

进阶阅读：
为什么CPU需要时钟？
https://www.zhihu.com/question/21981280/answer/127085568

作者: 13633808 时间: 2017-11-28 10:30
CPU工作的时钟信号并不来自交流电，交流电的能源进入电源是会被电桥+整流+开关电源之类的设备（台式机机、服务器、笔记本什么的略不同但都是交流大电压转化为24V及以下直流）。所以交流电的频率与CPU工作频率无关。至于交流电为什么有时候有0V却依然有能量传输，首先这是一个瞬态过程，不能把它视为一段时间的直流0V，其次建议学习电源和整流相关知识

CPU的工作频率来自于主板上的晶振，这是一个陶瓷、金属各种复合薄膜合成的元件，不关注原理的话，它体现为当给它一个直流电的时候，它会以几十或者100M频率输出一个震荡的电信号，这个震荡信号经过一系列差分或者反相器，会被整理为方波。
但这个频率对于主板和CPU来说还是太低了，在集成电路内部，这个信号会被输入给一个叫锁相环的设备，这个模块会产生几个G的高频信号，并且精确地成为上述信号的某个倍数，这就是CPU的时钟信号，时钟信号这样一个高频脉冲驱动了其他功能信号输出以小于等于它的频率进行输出。

以上是我在被窝里对两者频率的认识，不涉及到输出信号译码什么的内容。建议题主多看系统性的教材，知乎可能只能回答某个点上的知识，对这种太大方向的问题其实几百几千字很难给你一个满意回答

作者: m1717 时间: 2017-11-28 10:30
基础知识:
电流方向发生改变的叫交流
电流方向不发生改变的叫直流（包括忽大忽小）
交流变直流叫做整流
直流变交流叫逆变
交流变交流直接就叫交流变换
直流变直流叫斩波
二极管只允许电流单向流通
变压器能且只能改变交流电压
电容阻碍电压瞬间变化，以电场形式存储电能，本身相当于断路，可以隔离直流
电感阻碍电流瞬间变化，以磁场形式存储电能，本身相当于短路，可以过滤频率较高的交流
三极管可以单向放大，所以灵活使用可以实现单向可控通断
电容电感可以组成振荡电路，并且可以根据其数值大小，给出震荡周期

核心部分:把以上内容学会了就能初步了解了

PS：其实我第一次看到这种问题想骂人的，不是什么优越感，我骨子里透露着这种不假思索就问问题的鄙视，我为什么在核心部分什么都不提，意思是这种问题是基础问题，自己不去了解直接就问？既然如此，我遇到这种问题我还是直接贴我值乎二维码比较好。

作者: aHNtCqDM 时间: 2017-11-28 10:30
认真思考一下这个问题：人一上一下地蹬自行车，为什么自行车还能匀速前进？

作者: redfree 时间: 2017-11-28 10:30
想起了初二期中语文考试作文题目好像叫《时间》，然后被我写成了人类的钟表史，然后被语文老师点赞，虽然作文有些跑题。里面好像有讲到石英表的原理，还有那个热爱科学知识的小小少年和单纯美好的时光。
“石英表石英表是腕表种类之一，英文是quartz watch。将石英晶体运用在钟表上是一种现代的发明，第一只石英表在1969年首度出现。在这一年，日本的精工公司发现了如何将石英制成音叉的方法。第一个进入生产石英手表是精工35平方天文学，发布于1957年由汉密尔顿钟表公司的兰开斯特，宾夕法尼亚州。
中文名石英表
外文名 quartz watch
时间 1969年
优点走时精准
工作原理
和音叉会循某种规律振动一样，当石英晶体受到电池电力影响时，它也会产生规律的振动。
石英晶体每秒的振动次数高达32768次，我们可以设计简易的电路来计算它振动的次数，当它数到32768次时，电路会传出讯息，让秒针往前走一秒。
因为石英的振动相当规律，即使是便宜的石英表，一天之内的误差率也不会超过1秒。

石英表也可叫做“石英振动式电子表”，因为它是利用石英片的“发振现象”。
当石英接受到外部的加力电压，就会有变形及伸缩的性质，相反，若压缩石英，便会使石英两端产生电力；这样的性质在很多结晶体上也可见到，称为“压电效应”。
石英表就是利用周期性持续“发振”的水晶，为我们带来准确的时间。
首先，将石英表内的石英片上加电，石英便会以32768赫兹的周波数，正确地振动；然后必须将此频率化成1Hz（电流一秒间的一次变化）的信号电流周波数。
再增加些信号的幅度（由于因振动而产生的电流甚弱），跟着些信号电流再发动转子齿轮，表上的秒针便会随之发动。
之后分针，时针的跳动则关乎于机械结构上的原理，如：秒针跳动60下，分针便会跳一下。
所有石英表都装有一粒电池。它为一块集成电路和一个石英谐振器提供能量，每秒振动32768次。还有比这更快的。集成电路是表的“大脑”。它控制着石英谐振器的振动，并起着分频器的作用。32768次振动被对半分割15次，以达到每秒产生一次脉冲。有了一秒这个时间的“原材料”，就能驱动钟表。
石英晶体的应用使得手表可以大量生产，不但生产速度比以前快很多，价格也随之下降。每年约可制造5亿只手表，供应全球使用。

作者: donaldjackie 时间: 2017-11-28 10:30
CPU用的是直流电
电脑有个部件叫做电源适配器

作者: ananokok 时间: 2017-11-28 10:30
服务器主板硬件开发工程师来抢答一记。
有个东西叫开关电源。完成各种能量形式的转换（电平、交直流），大概有14种电路拓扑之多。这都是聪明的工程们的杰作。

家里的220交流水电实际上80%的家用电器上的电路板都不能拿来直接用的，都需要经过一级一级的开关电源进行合适的能量转换。对于cpu而言，它的工作电压一般在1.8V。 220V从机箱的电源单元进去后，通过交流到直流的开关电源变换，输出12V进入主板。主板内又有相应的直流转直流的开关电源，输出1.8V，得到CPU能用的能量形式。

这就好比我们地球万物能量来源于太阳，但是我总不能仅用太阳光照你，你就能蹦哒吧。题主的电路硬件知识比较匮乏，这样说应该就能明白了。

另外，CPU输出的可不是脉冲。脉冲, pluse的中文翻译，表示一个信号时域内的电平突然蹦得很高。生活里，闪电、以及可以看到的火花现象，都伴随着脉冲的发生。

然而，cpu的任务不是释放火花，它的职责是完成运算并输出数据。它输出的信号都是时高时低，并且分别有持续时间的电平信号。有每秒跳变几百万次的，比如pcie. 也有每秒上千次，比如svid, 甚至几乎就是电平的，比如复位。

这些信号应该说既有直流成分，也有交流成分。行业里称之为数字信号。但不是脉冲信号。
希望可以科普到题主

作者: 誓约之剑 时间: 2017-11-28 10:30
机箱内电源的作用就是把交流电的正弦波变压整流成3.3V, 5V, 12V直流电，而CPU里通过震荡电路重新产生高频方波。所以装电脑电源一定不能省钱，不要弄个红星闪闪炸四方

作者: keajoo 时间: 2017-11-28 10:30
这个特殊的部件就是电源。220v交流电整流滤波变成12v给主板供电。CPU的电来自于主板。

作者: zhaobai 时间: 2017-11-28 10:30
不想回答就不要回答，为什么要人身攻击？还好你们不是英特尔的研发工程师，不然还有别人的活路

作者: jansie1314 时间: 2017-11-28 10:30
基本流程就是最高赞答案说的，当是有一些需要补充的是交流电整流成直流以后就相当于把正弦波的所有值全部求绝对值，这样的电流是还需要经过电容滤波才能行程稳压直流电。
开关电源控制时间来控制电压应该是输出pwm波吧，DAC的原理好像就是这样的，不过也需要经过电容滤波才行吧。
模电，高频放下太久了，大概就这样吧。有错误的话，我也不想改了

作者: cdixeji 时间: 2017-11-28 10:30
首先，这个问题问得有点不知所谓，应该是题主对此不太了解所致。
首先，交流电和cpu不是一个层级的概念，不能放一块儿比较。
然后，按自己对题目的理解回答一下。
并不是说只有cpu工作在高频的周期信号下。而是一般电子电路都需要这样的周期信号，这种周期信号就叫时钟信号，时钟信号具体介绍题主可以看百科词条。
题主应该知道，电子电路用的是二进制，数据的保存，运算，传输都是用“0,1”。而0,1又一般是通过电压来表示，所以时钟信号一般是一个高频的方波信号。
cpu是如何办到的呢？
CPU和其他数字电路一样，都是通过一部分专门的震荡电路来产生时钟信号的。
一般情况下，通过石英晶体可以得到十分稳定的周期

作者: pili3761 时间: 2017-11-28 10:30
既然你诚心诚意的发问了我就大发慈悲的告诉你：
题主想知道的应该是电源变换器结构及原理吧。市电是交流，CPU是直流供电，中间有一个交直变换的过程，变换过程中会经过一些储能元件，例如电容电感。交流电压过零期间，是由储能元件向后端持续供电。

作者: 印度大拿 时间: 2017-11-28 10:30
两项交流电确实会有瞬时功率为0的情况，你的疑问应该是为什么这个时候计算机还有电源供应吧？

一般来说是计算机通过电源系统里面的储能原件实现的，主要是电容和电感。

作者: shichg123 时间: 2017-11-28 10:30
电脑里有个把交流电转换为直流电的东西，笔记本的叫电源适配器，台式的叫电源。。。。。。

作者: chaojiwantong 时间: 2017-11-28 10:30
储存。在没有电的时刻用存的电，有电的时候存下来，具体比较常用电容器，在开关电源的输入输出端都有容量不小的电容器，当然一般处理的是直流，交流需要先整流

作者: donaldjackie 时间: 2017-11-28 10:30
题主应该还小吧，哈哈哈
下面我来答一答啊，哈哈哈

首先，交流电的电压
和
CPU输出的电压
是差了千万里的啊哈哈哈

交流电的电压呢，是通过交流发电机产生的

CPU输出的电压呢，是CPU把输入的经过各种转换之后输出的

看题主的问题，是因为觉得交流电会有变成0的时候，觉得这样的话，会影响到CPU的工作？？？

不过，这个是不存在的

因为，在交流电和CPU之间，还有一个变压器呢，

电脑这个家伙啊，实际上就是指电脑里面的CPU,内存，硬盘啊各种设备，对电流的要求很苛刻的，不是什么样的电进来就可以用的

所以需要把交流电转化成电脑可以用的才行。

综上所述，交流电需要经过变压器转换以后，才能供给CPU使用的，这个影响已经被变压器消除了

那么考虑到相同的问题，电灯泡使用的也是交流电，既然交流电有为0的时刻，为什么电灯泡是一直亮的？？？

哈哈哈，题主可以想一想啊

作者: redfree 时间: 2017-11-28 10:30
电脑里有个重要配件是电源/电源适配器，可以将交流电转换为直流电。

CPU用的是12V直流电。

作者: joy3118 时间: 2017-11-28 10:30
绝绝绝大多数处理器供电都是直流，一般对内核供电的特性是低电压高电流(具体还得看能耗，暂且不严谨地说相对高吧)。之所以处理器可以看似不间断的工作，是因为在电源中通过电容，电感等元器件，可以将交流滤波、调峰至直流近似波(尽管并不完全没有波纹，事实上在现在的主板设计中在到达芯片前还要进一步滤波)。

作者: 静静的读你 时间: 2017-11-28 10:30
题主想问的问题应该是
pc机电源整流电路中，当交流输入处在0电压时刻，直流输出为什么还有电压？
当然是储能原件的功劳

至于题主想让cpu直接使用交流电，这么深奥的问题当然要请@杨永信来回答

作者: 綤爺 时间: 2017-11-28 13:18
又是科普贴都是神回复看看豁然开朗

作者: 芯维小春 时间: 2017-11-28 13:33
我都看不懂

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