Что такое отрицательное напряжение?


93

Просто вопрос по электронике: что такое отрицательное напряжение, например, -5 Вольт?

Исходя из моих базовых знаний, мощность генерируется электронами, блуждающими от минуса к плюсу источника питания (при условии, что здесь мощность постоянного тока). Отрицательное напряжение, когда электроны отклоняются от + до -?

Зачем это нужно некоторым устройствам, что в этом особенного?


37
Вам лучше думать об электронике как о прикладной математике и полностью забыть об электронах.
markrages

6
Да, не думай об электронах. Вместо этого инженеры используют обычный ток («просто соглашение»), поскольку заряд может течь в обоих направлениях одновременно. amasci.com/amateur/elecdir.html И сила не "генерируется" электронами. Энергия переносится в электрическом и магнитном полях. amasci.com/elect/poynt/poynt.html
эндолиты


2
Бродят ли электроны или дыры, в которые они хотят попасть? Может быть вопрос к сайту Electrical Philosophy SE?

Ответы:


89

У кого-то могут быть более подходящие слова, чтобы объяснить это, чем у меня, но важно помнить, что напряжение - это разность потенциалов. В большинстве случаев «разницей» является разница между некоторым потенциалом и потенциалом земли. Когда кто-то говорит -5v, они говорят, что вы под землей.

Вы также должны иметь в виду, что напряжение относительно. Как я уже говорил, большинство людей ссылаются на «землю»; но что такое земля? Вы можете сказать, что земля - ​​это земля, но как насчет случая, когда у вас есть устройство с питанием от батареи, которое не имеет контакта с землей. В этой ситуации мы должны рассматривать какую-то произвольную точку как «основание». Обычно отрицательный вывод на батарее - это то, что мы рассмотрим из этой ссылки.

Теперь рассмотрим случай, когда у вас есть 2 батареи в серии. Если бы оба были 5 вольт, то вы бы сказали, что у вас будет всего 10 вольт.

Но предположение, что вы получите 0 / + 10, основано на "заземлении" как отрицательном контакте на батарее, который не касается другой батареи, а затем на 10 В как месте положительного контакта, который не касается другой аккумулятор. В этой ситуации мы можем принять решение о том, что соединение между двумя батареями должно быть нашей «заземляющей» ссылкой. Это приведет к + 5В на одном конце и -5В на другом конце.

Вот что я пытался объяснить:

+10v   +++   +5v
       | |
       | | < Battery
       | |
+5v    ---   0v
       +++
       | |
       | | < Another Battery
       | |
0v     ---   -5v

5
Благодарю. Просто интересно, почему: почему устройства «выбирают», требуя -5 Вольт вместо +5 Вольт? Если у меня есть устройство, которое питается от «нормального» источника питания, почему бы производителю просто не потребовать +5 Вольт? (Некоторые ЖК-экраны требуют отрицательного напряжения)
Майкл Стум

2
Это специфично для устройства. Читайте о том, как ЖК работает на техническом уровне, и я уверен, что это объяснит.
Davr

1
@Michael, контрастность ЖК-экрана обеспечивает ссылку для каждой из ячеек. Он может быть рассчитан на обычные 3,3 В или 5 В для легкой интеграции, но ячейки могут нуждаться в большем количестве капель для их считывания (молекулы должны быть скручены). Часто ЖК-дисплеи с напряжением 5 В могут использовать контраст 0 В даже без встроенного (-ve) зарядного насоса.
Тыблу

2
@MichaelStum: Многие контроллеры ЖКД (особенно те, которые созданы по образцу после Hitachi 44780) требуют питания 3,3 В-5 В для управления логикой и 3,3 В-12 В для питания стекла. В таких ситуациях, как правило, проще иметь одну общую направляющую между двумя запасами, чем иметь четыре независимых направляющих. Hitachi посчитал более удобным, чтобы эти две поставки имели положительную линию, а не отрицательную. Поскольку величина напряжения привода ЖК-дисплея может быть выше или ниже величины логического напряжения ...
суперкат

1
... напряжение на выводе питания отрицательного ЖК-дисплея может быть выше или ниже напряжения на выводе питания отрицательной логики. Обратите внимание, что с точки зрения логической схемы, источником отрицательной логики является «земля», но с точки зрения номенклатуры проводки обозначение положительной шины как «земли» проясняет тот факт, что две отрицательные шины независимы, и любой из них может быть выше или ниже, чем другие.
суперкат

36

Представьте, что вы измеряете высоту автомобиля. Вы можете взять рулетку и измерить расстояние от земли до крыши автомобиля. «Крыша этого автомобиля составляет 4 фута над землей».

Вы также можете встать на крышу машины и повесить ту же рулетку на землю. «Земля находится на 4 фута ниже крыши этого автомобиля».

Напряжение работает так же. Отрицательный знак - это просто соглашение, точно так же, как машина имеет одинаковую высоту, независимо от того, как вы ее измеряете. Переверните провода мультиметра, и отрицательный знак исчезнет.


2
Земля тоже просто конвенция. Вы можете выбрать любую отдельную точку в цепи и обозначить ее как заземленную, но мы выбираем конкретные точки вне соглашения.
эндолит

@michaelStum, @pingswept, я всегда хотел бы напомнить людям, что есть потенциальная энергия от высоты, если вы берете физику. (Мгг) - это потенциальная энергия, если я выберу атмосферу в качестве ориентира, у всех нас внезапно появится отрицательная потенциальная энергия.
Кортук

Хорошие моменты, вы оба.
pingswept

Гравитационная потенциальная энергия считается отрицательной, устанавливая ее на ноль на бесконечности. Потенциальная электрическая энергия является отрицательной между двумя зарядами противоположного знака и положительной между зарядами одного знака. Скажем, есть падение электрического потенциала с 5 до 3 В. Положительный тестовый заряд q добавил бы -2q к его потенциальной энергии (становясь менее положительным), в то время как отрицательный тестовый заряд -q ускорился бы в другом направлении (+ 2 В, от 3 В до 5 В), но также добавил -2q к своему потенциалу. энергия (становится все более негативной). В обоих случаях потенциальная энергия уменьшается.
Eryk Sun

1
@eryksun: Хотя это правда, что потенциальная энергия измеряется путем взятия нуля на бесконечности, если думать с точки зрения высоты (более знакомая концепция и оригинал выше), можно было бы признать, что в то время как можно определить абсолютную высоту (расстояние до центра масс Земли), в большинстве случаев более полезно определить высоту относительно чего-то, что немного ближе [например, «естественная» высота местности]. Если, например, дом построен на ровной поверхности, можно описать пол подвала как имеющий высоту -2 метра относительно окружающей местности.
суперкат

6

Ну почему не ..

Сказать, что у вас есть напряжение + 5 В в точке A, означает, что точка A на 5 В более положительная, чем выбранное вами заземление.

Сказать, что у вас есть напряжение -5 В в точке B, означает, что «земля» на 5 вольт более положительная, чем точка B.

Знак просто говорит вам о полярности напряжения относительно заземляющего узла.


6

Напряжение это разница в потенциале. Если я подключу клемму A устройства с потенциалом 30 вольт, а клемму B с потенциалом 20 вольт. Потенциал от A до B составляет 10 вольт, а потенциал от B до A - 10 вольт.

Представьте себе это высокое здание. Чтобы пройти с 30 этажа на 20 этаж, вы спуститесь на 10 этажей.


3

На первую часть этого вопроса уже ответили очень хорошо.

Что касается второй части, вы могли бывозьмите самую низкую клемму питания от источника питания и назовите это 0 В, тогда любое другое напряжение будет положительным. Однако это было бы очень неудобно для многих цепей. Например, общие источники питания для схемы операционного усилителя составляют + 12В и -12В. Вы могли бы пометить выход -12 В как «землю», тогда старое заземление будет + 12 В, а старое + 12 В будет + 24 В. Кроме того, все ваши сигналы будут привязаны к +12 В, и вам придется учитывать это при каждом измерении. Кроме того, большая часть энергии используется между самым высоким и средним выходом (фактически заряд в верхнем выходе изначально пришел со среднего выхода и хочет вернуться туда), то же самое с самым низким выходом. В целом, легче обозначить средний выход 0 В (заземление) и работать с положительным и отрицательным напряжением.

Все это игнорирует вопросы заземления. В реальной жизни выходная мощность источника питания буквально заземлена, и думать о всей Земле как о напряжении +12 В было бы странно.


2

Некоторые операционные усилители, например ветеран 741, требуют своего питания в виде двух напряжений, одно положительное, а другое отрицательное по отношению к земле или нулевому уровню входного и выходного сигнала. В этом контексте естественно говорить о источниках питания. будучи + 15 В и -15 В (это значения, обычно цитируемые для 741)

Переменное напряжение, такое как источник переменного тока, качается положительно и отрицательно по отношению к нейтральной линии, которая очень близка к потенциалу земли, поэтому «нейтраль» рассматривается как при нулевом напряжении.


1

AВ

ВAВзнак равно-AВЕ,d,

Е

ВAВAВ


1

Если, например, ваш источник питания показывает землю, 5 В, -5 В, то ваша клемма заземления положительна по отношению к -5 В, таким образом вы получите 5 В от земли. Если вы используете клеммы 5v и -5v, то вы будете использовать -5v в качестве заземления, и вы получите 10v от терминала 5v. Если, скажем, также был терминал 3v, вы бы получили 8v от терминала 3v, используя - 5 В как земля. Простой вопрос, простой ответ людям. Я, наверное, знаю об этом меньше, чем все остальные, кто комментировал здесь.


0

Ну, просто чтобы бросить мои два цента, скажем, у вас есть незаземленное устройство. С +10 вольт, вы ожидаете, что ток придет от батареи, через виджет, а затем ... где? Это всего 10 вольт, поэтому дугообразование в воздухе не возможно, но оно может попасть в корпус в руку пользователя, или заряд может просто остаться на дальнем конце виджета. Так что теперь у вас +10 вольт на одной стороне и +8 вольт или что-то на другой, относительно земли. Виджет видит только разницу в 2 вольта.

При + 5 В и -5 В ток одновременно вставляется в виджет и выводится из виджета.


Мне нравится ваш подход, но если вы подключите только одну сторону цепи к 10 В и оставите другую плавающую (обе относительно земли), вы обнаружите, что все устройство должно измерять 10 В, так как вы только что зарядили его до 10 В, если оно только пошел к 8V на стороне платы за проезд у вас падение 2V и ток течет. Это произойдет только в том случае, если ваше измерительное устройство загружает его.
Кортук

-3

Сила не генерируется электронами, бродящими вокруг. На самом деле, электрон может блуждать повсюду без напряжения. Энергия не может быть создана или уничтожена. Оно приходит откуда-то и идет куда-то. Например, когда вы поворачиваете рукоятку генератора, вы на самом деле не генерируете энергию; вы просто передаете силу, которую растения поглощали от солнца до того, как вы съели и переварили их. Вы должны продавать такой генератор, как «питание от термоядерного синтеза».


1
Вопрос «Что такое отрицательное напряжение?» Этот ответ не касается вопроса.
транзистор
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.