Почему цепь должна быть заземлена?

12

Почему транзисторная цепь должна быть заземлена? Насколько я понимаю, это то, что земля - ​​это бесконечный запас электронов, и поэтому она эквивалентна отрицательному полюсу батареи. Но на этой странице есть и отрицательный вывод, и цепь также заземлена. Если я правильно понял, для замыкания цепи нам нужен положительный вывод, некоторые элементы схемы и отрицательный вывод. Если заземление эквивалентно отрицательной клемме, зачем нам это нужно в схеме, показанной выше? (Кстати, все схемы в книге, на которую я ссылаюсь, не были заземлены, пока транзисторы не запустились. Можно сказать, что это добавило путаницы)

Зеленый нуб
источник
Концепция относительного заземления становится интересной, когда вы имеете дело с множеством различных цепей, питающихся от различных источников питания, и обмениваетесь сигналами данных. Несколько лет назад мы создали интерактивную выставку (демонстрирующую улавливание и хранение углерода), которая включала в себя около десятка блоков питания с переменным напряжением постоянного тока, а также шасси National Instruments, управляющее некоторыми картами сигналов и данных. Только тогда, когда каждая «земля» в каждой цепи была привязана к заземлению шасси NI DAQ, выставка работала. (Большинство адаптеров постоянного тока имеют пластиковую клемму заземления на сетевой розетке: они даже не заинтересованы в «реальном»
Питер Рейд

Ответы:

14

Термин «земля» может означать разные вещи. Когда цепь рассматривается локально, заземление - это просто сеть, которую кто-то выбрал для вызова 0 В, так что все остальные напряжения считаются относительными к ней. Напряжение в конце концов является относительным понятием. Там нет такого понятия, как 20В абсолют, только 20В здесь по отношению к там . «Ground» - это удобная краткая форма для общего там, так что вам не нужно повторять это.

Такое заземление часто выбирается как отрицательное напряжение питания. Это делает другие напряжения положительными, что просто делает умственно легче. Как правило, вы пытаетесь выбрать заземление в качестве точки в сигналах цепи и тому подобном в отдельных подразделах. Обычно есть четкий и очевидный выбор. Иногда вам просто нужно выбрать один.

Другая «земля» относится к реальному потенциалу земли или, по крайней мере, потенциалу общего окружения. Это имеет значение, когда питание и сигналы приходят или выходят за пределы вашей маленькой цепи. Для силы и безопасности вы должны предположить, что пользователь может быть привязан к этой земле, и вы должны убедиться, что у вас нет опасного потенциала, чтобы не повредить кого-то. Заземление может также иметь значение для радиосистем, поскольку некоторые типы антенн фактически используют землю как часть общей антенной системы.

Олин Латроп
источник
Потребовалось бы конечное количество энергии, чтобы продвинуть электрон на бесконечное расстояние от протона. Таким образом, можно определить «абсолютный ноль вольт» как энергию протона, который был бесконечно далек от электрона, и определить другие напряжения относительно этого. Я думаю, что более полезная аналогия может быть возвышением; можно определить высоту в терминах расстояния от центра земли и теоретически измерить рост человека, вычтя высоту его ног из высоты головы, но это гораздо более практично ...
суперкат
... чтобы измерить расстояние между их головой и ногами напрямую. В случае напряжений уровень неопределенности в любой мере абсолютного напряжения будет намного превышать любые относительные напряжения, представляющие интерес. Абсолютная мера существует концептуально, но не как нечто практически полезное.
суперкат
В качестве примера для этого , вольтметр берет разницу между двумя выводами. Таким образом, показание напряжения на экране прибора представляет собой разность потенциалов относительно другого провода. Чаще всего одним из выводов, который вы используете, будет точка в вашей цепи, которую вы определили как заземление .
sherrellbc
Также обратите внимание, что с математической точки зрения напряжение - это не что иное, как энергия, необходимая для перемещения единицы заряда (1 С) из одной точки в другую. Другая точка является вашей точки интереса и бывший пункт часто является земля . Напряжение измеряется в единицах джоулей / кулонов (Дж / с). Из вики :voltage [is] work done per unit charge against a static electric field to move the charge between two points.
sherrellbc
8

С точки зрения схемы, земля относительна - это просто название провода (трассы, сети, узла и т. Д.), К которому могут быть измерены или использованы другие объекты. Таким образом, это в значительной степени произвольно - например, есть (или, по крайней мере, были) автомобили, где положительная клемма аккумулятора, а не отрицательная, была подключена к заземлению шасси. Добавление символа заземления в вашу книгу в тот же момент времени, когда были введены транзисторы, является либо одновременным изменением стиля, либо общим повышением сложности диаграмм в тот момент, когда сложность возрастает и, таким образом, составляет принципы организации. такая как идея "наземного узла" более ценная.

В цепи связи, особенно в радио, «земля» может иметь некоторое буквальное значение или, по крайней мере, подразумевать связь с заземлением (потенциально проводящий кол, загнанный далеко в землю, возможно, с химически обработанным окружающим грунтом, если его недостаточно). проводящий). Но это не может быть достоверно верно для портативной рации, и это, безусловно, не относится к радиоустановке самолета - на самом деле потенциал "земли" самолета может сильно отличаться от потенциала "земли" земли во время полета. ,

Но в то время как в схемотехнике мы считаем «землю» чисто относительной, в химии и физике существует понятие нейтрального заряда, которое на самом деле является абсолютным. Нейтральный заряд - это то, что было бы у вас в атоме или молекуле с равным количеством протонов и электронов или в некоторой большей единице вещества с равными числами. Абсолютный заряд объекта определяет силу правила правой руки, которую он испытал бы при движении через магнитное поле, в то время как заряд относительно другого близлежащего заряда будет определять электрическое поле (и результирующую силу), установленное между ними.

Поскольку мы можем также создать электрическое поле между двумя точками в цепи, может быть заманчиво думать о «заземлении» как о наличии нейтрального заряда, но в конечном итоге нет ничего такого, что говорит об этом. Действительно, относительно атмосферы Земля имеет отрицательный заряд, хотя я не нахожу готового ответа относительно абсолютного заряда Земли, значимой атмосферы или двух этих факторов, взятых вместе. Предположительно, мы немного подвержены воздействию магнитного поля Солнца, поэтому, если бы Земля имела достаточно существенный чистый заряд, это вызвало бы некоторое орбитальное возмущение, но тогда тема солнечного магнетизма чрезвычайно сложна - включая петли поля, называемые солнечными пятнами, которые имеют свои собственные очевидное влияние на радиосвязь и длинные провода здесь на земле ...

Крис Страттон
источник
Так что это означает, что земля не означает отрицательный конец, как я уже упоминал в своем вопросе. Это что-то вроде уровня 0 для измерения разности потенциалов. Если я измеряю разность потенциалов между землей и положительной клеммой ячейки, то земля действует как отрицательная клемма. Если я делаю то же самое для отрицательного терминала, земля теперь действует как эквивалент положительного терминала. Правильно ли я понял концепцию?
Зеленый Нуб
Даже тогда я не признаю значимости упоминания заземления на принципиальной схеме. Можете ли вы уточнить, пожалуйста?
Зеленый Нуб
Истинное значение земли обычно заключается не в том, что ее называют «земля», а в том, что вы к ней подключаете. Если вы подключите его к отрицательной клемме батареи, вы можете измерить положительное напряжение между положительной клеммой и землей; если вы подключите заземление к положительной клемме батареи, вы можете измерить отрицательное напряжение между землей и отрицательной клеммой. Часто выбор точки в вашей цепи для обозначения заземления исключительно для организации или предпочтения, хотя может быть несколько особых случаев, когда физика делает одну ситуацию более выгодной, чем другую.
Крис Страттон
Кроме того, если у вас есть изолированная цепь (с питанием от батареи, не соприкасающаяся с чем-либо токопроводящим), то нет абсолютно никакого электрического значения для размещения одного символа заземления на его схеме. Однако, если вы разместите два символа, идея заключается в том, что они связаны каким-то физическим проводом (возможно, самим корпусом), который не показан на диаграмме. Более продвинутые схемы будут изобретать дополнительные символы для неизрасходованных проводов - как правило, напряжения питания, и иногда именованные сигналы, которые снова появляются в различных местах схемы, которые было бы беспорядочно соединять с нарисованными линиями.
Крис Страттон
1
@ Кортук - да, но это имеет смысл только потому, что источник питания определил, что такое «земля», которую вы наследуете, когда решаете использовать этот источник питания. С другим источником питания была бы другая идея. С батареями или обычным изолированным 2-проводным внешним источником питания внешнее заземление не доступно для наследования.
Крис Страттон
8

Крис дал более сложный ответ, поэтому я сделаю простой.

Эта путаница - мужская проблема английского языка, использующего одно и то же имя для разных понятий. По немецкому, эта странная новая земля будет называться массой и будет немного отличаться от реальной земли.

В основном масса является просто удобным узлом в цепи. В теории это может быть абсолютно любой узел в цепи (подробнее об этом в ответе Криса), но на практике это просто более простой способ показать соединение с отрицательным выводом батареи. Например, взгляните на эту схему. Здесь я подключил отрицательную клемму аккумулятора к земле, а катод диода - к земле. Это то же самое, что эта схема, где катод явно подключен к отрицательному выводу батареи.

Другая вещь, которая обычно идет с массой - это источник напряжения с одним контактом. Посмотрите на эту схему. Это так же, как другие два, но здесь мы не видим батарею вообще. Преимущество использования этого подхода заключается в том, что теперь вы переходите на настоящую электронику и можете ожидать более сложные схемы. Их можно очень быстро и очень сложно прочитать, поэтому один источник напряжения на клеммах и символы «земля» используются, чтобы показать, что компонент подключен к батарее. Например, в этой схеме совершенно не имеет отношения к самой схеме, как выглядит источник напряжения и как эмиттер транзистора подключен к отрицательной клемме.

AndrejaKo
источник
1
Часто у вас есть отдельное заземление для подключения корпуса и экрана вашего устройства через землю. Это обеспечивает защиту цепей и защищает пользователей от горячей линии, закорачивающей дело и угрожающей пользователю.
Кортук
3

Вот две забавные картинки, иллюстрирующие гравитационное поле ...

Гравитационная площадка

... и электрическое заземление .

Электрическое заземление

Схема фантазера
источник
0

Grouding и Earthning в более широком смысле - это те же понятия. Это понятия, относящиеся к относительному напряжению. Когда мы берем что-то с 0 вольт (нулевой потенциал), оно называется заземлением. Например, рассмотрим 5 В. Это означает, что отрицательная пластина при 0 В и положительное при 5 В. Это заземление. И когда мы не берем заземление, это означает, что положительное значение находится на уровне 2,5 В, а отрицательное значение равно -2,5 В, что снова делает его равным 2,5 - (- 2,5) = 5 В. , Таким образом, ЗАЗЕМЛЕНИЕ - не что иное, как ссылка на то, что мы берем в отношении 0В.

Рохит Амбаста
источник