«Земля» против «Земля» против общего против отрицательного терминала

Это может быть просто отсутствие у меня степени в области электротехники или электроники, но само понятие «земля» и «земля», когда они используются в электрических схемах (особенно в интегральных схемах), чрезвычайно запутанно. Я предполагаю, что само понятие current«приходить» от положительного конца (которое часто так выглядит, как описывается ток) кажется мне обратным и вводящим в заблуждение, учитывая квантово-механическое описание электрического тока как потока электронов. Итак, я просто хотел бы прояснить свое понимание вещей.

Перво-наперво ... чтобы убедиться, что мое понимание напряжения и тока правильное. Предполагая контекст постоянного тока (я понимаю, что при использовании переменного тока все сложнее, и я понимаю, что в некоторых системах и тому подобное можно заземлить положительный вывод).

A. Положительный вывод в цепи - это то, что создает напряжение. Напряжение является потенциалом , поэтому, учитывая, что положительные ионы в, скажем, батарее, которые обычно фиксируются на месте, имеет смысл, что клемма + в цепи создаст напряжение.

B. Отрицательный вывод в цепи - это то, что обеспечивает ток. Ток - это поток электронов, и этот поток направлен к терминалу, который создает потенциал для тока.

Предполагая, что эти утверждения верны ... тогда почему термин "земля" (прежде всего) или иногда символ "земля" так широко используется в электрических схемах? Почему это земля или земля, а не просто отрицательная клемма, или клемма 0 В, или, может быть, просто «общая» клемма? Использование заземления или символа заземления, особенно в схемах интегральных схем (которые не обязательно используются в схемах, которые даже дистанционно могут быть "заземлены" на землю ... например, в самолете или космическом корабле, или даже в любых других Количество изолированных, изолированных систем, которые не могут быть напрямую связаны с землей), меня крайне смущает.

Это просто какое-то старое соглашение, которое никогда не нарушалось? Является ли заземление (клемма GND) или символ заземления на электрической схеме просто делом, потому что это всегда так? Потому что так всегда учили? Это действительно просто отрицательный терминал или терминал, из которого вытекают электроны? Когда требуется буквальное заземление, точка, где схема фактически соединяется с буквальной землей, на самом деле требуется? Кажется очевидным, что не каждая схема, как IC, на самом деле не нуждается в буквальном соединении с землей, чтобы функционировать.

Что ж, извините, если это странный вопрос, однако, поскольку я все больше и больше играю с электроникой, и так как я питаю большинство своих маленьких проектов с батареями, вся эта концепция кажется мне странной и сбивающей с толку ... «земля» или «земля», участвующие в цепи. Только клеммы аккумулятора и электронные компоненты.

Проблемы:

Во-первых , токи не «приходят» из положительного терминала. Это очень распространенное заблуждение, называемое «последовательной ошибкой» в учебниках по электричеству в начальной школе. Основная проблема в том, что провода не похожи на пустые трубы. И источник питания не заполняет их. Вместо этого провода уже предварительно заполнены зарядом, так что токи всегда появляются везде в цепи, все в одно и то же время. («Ток» означает поток заряда. Когда круг подвижных зарядов начинает течь, «ток» появляется во всем кольце. Это основное правило цепи.)

Другими словами, электрические цепи ведут себя как колеса и ремни. Точно так же металл велосипедной цепи не «исходит» из определенного места на звездочке. Это не «начинается» в какой-то момент. Вместо этого весь круг сделан из цепочки. Кроме того, вся цепь была там до того, как существовал какой-либо источник питания. С велосипедными цепями, когда сила приложена, все вращается. В контурах, когда применяется разность потенциалов , все подвижные заряды внутри кольца (внутри контура) все они начинают двигаться как единое целое, как сплошная цепь в полном круге. Но эти заряды были уже внутри проводов, прежде чем батарея была подключена. Провода похожи на шланги, наполненные водой.

Во-вторых, электрический потенциал может существовать только между двумя точками, и одна единственная точка в цепи никогда не "имеет напряжение". Это верно, потому что напряжение немного похоже на высоту: объект не может «иметь высоту», поскольку высота может быть измерена только между двумя точками. Бессмысленно обсуждать высоту, длину или высоту объекта. Высота над чем? Над полом? Над землей за пределами здания? Высота над центром Земли? Любой объект будет иметь бесконечно много высот одновременно!

Напряжение имеет точно такую ​​же проблему: одна клемма может «иметь напряжение» только по сравнению с другой клеммой. Напряжение действует как длина: напряжение и длина являются двусторонними измерениями. Или, другими словами, одна клемма в цепи всегда имеет много разных напряжений одновременно, в зависимости от того, где мы размещаем провод другого измерителя.

В-третьих , в цепях движущая сила обеспечивается положительным и отрицательной клеммами источника питания одновременно. И, самое главное: путь для тока лежит через источник питания. Источники питания короткого замыкания. Идеальный источник питания действует как резистор с нулевым сопротивлением. Подумайте об этом: в динамо-катушке заряды проходят через катушку и возвращаются обратно. Провод имеет очень низкое сопротивление. То же самое и с батареями: ток проходит через батарею и снова возвращается. Пластины батареи закорочены очень проводящим электролитом.

Пример:
Вот правильное описание фонарика. Заряды начинаются внутри вольфрамовой нити. Когда переключатель замкнут и цепь замкнута, один конец нити заряжается положительно, а другой - отрицательно. Это заставляет собственные заряды нити начать течь. Заряды выходят из нити накала в один провод, и в то же время в другой конец нити поступает больше зарядов. Эти заряды питаются металлическими проводами (и до того, как переключатель был включен, все проводники уже были заполнены подвижными зарядами). Продолжая, заряды, которые были в нити накала, будут вытекать в один провод, медленно перемещаться к батарее (это займет минуты или часы), затем протяните батарею и снова вернитесь. Они выходят из другого терминала батареи, вернуться к другому концу нити, затем они заканчивают, где они начали. «Полная схема». Заряды подобны приводному ремню, вращающемуся колесу или велосипедной цепи. Аккумулятор выталкивает заряд, но не заряжает. Медь и вольфрам поставляют заряды, которые текут в цепи фонаря. Заряды движутся довольно медленно, но, поскольку все они начинают двигаться одновременно, лампочка загорается мгновенно, даже если провода достаточно длинные.

Четвертое: любые положительные ионы внутри батареи чрезвычайно подвижны . Они, конечно, не заблокированы на месте. Если бы они были, то батареи были бы изоляторами и не работали бы. Некоторые батареи основаны на потоке положительных ионов в одном направлении и отрицательных ионов в другом. Свинцово-кислотные батареи разные. В кислоте текут только протоны. Кислоты являются протон-проводниками.

Но будьте осторожны: батареи дают дополнительную сложность, которая может сорвать объяснение.

Вместо этого замените батарею фонаря на большую катушку и супермагнит. Подключите его к лампочке. Вставьте супермаркет в катушку, и лампочка кратковременно мигает. Откуда взялись обвинения? Как движущийся магнит может создавать заряды? ЭТО НЕ. Динамо и аккумуляторы - это зарядные насосы. Движущийся магнит заставляет собственные заряды проволоки начать движение. (Насос не подает перекачиваемый материал!) Движущийся магнит вызывает ток, потому что он прикладывает электромагнитное усилие накачки к подвижным зарядам, уже находящимся внутри металла.

Плохой проводник Плохо!
Вот разъяснение. Многие вводные учебники дают неверное определение «проводник». Совершенно неверно и крайне вводит в заблуждение. Они научат вас, что проводники «пропускают заряды» (или они проходят через электричество, или через ток). Нет. Проводники не похожи на полые трубы. Проводники не прозрачны для электричества. Вместо этого «проводник» означает «материал, наполненный подвижными зарядами». Проводники похожи на резервуары, полные воды. Они как аквариумы или как предварительно заполненные трубы. Проводники подчиняются закону Ома: когда мы применяем разность напряжений к концам провода, поток зарядов зависит от сопротивления провода, I = V * R. Это собственные провода проволоки, которые делают поток. Подумайте об этом: воздух - это изолятор, даже вакуум - это изолятор, но как вакуум может заблокировать поток зарядов? Вакуум не нужен. В вакууме нет подвижных зарядов, это делает его изоляционным.)

Все это приводит к важной концепции. Всякий раз, когда мы берем кусок проволоки и соединяем концы вместе, чтобы сформировать замкнутую петлю, мы создали «невидимый приводной ремень», петлю подвижного заряда внутри неподвижного провода. Вставьте полюс магнита в металлическую петлю, и все заряды провода будут двигаться как колесо. Это бассейн в форме кольца, и если мы толкаем воду, мы можем заставить всю воду вращаться, как маховик, в то время как сам бассейн остается неподвижным.

В-пятых , токи не обратные, потому что электрические токи не являются потоками электронов.

В частности, полярность протекающих зарядов зависит от типа проводника. Да, в твердых металлах подвижные заряды - это электроны. Но есть большое количество проводников, по которым электроны не могут двигаться. Самые близкие из них - ваш мозг и нервная система: одновременные потоки положительных и отрицательных ионов в противоположных направлениях без каких-либо электронных потоков. Соленая вода, «электролиты», включая землю и океаны, не являются электронными проводниками.

Более странный пример: кислоты являются проводящими, потому что они полны + H положительных ионов водорода. Другое название для иона + H - это «протон». Когда вы пропускаете через кислоту несколько ампер, ток - это поток протонов. (Хех, если в грязи есть какие-то потоки земли, а грязь скорее кислотная, чем соленая, то эти потоки - потоки протонов!)

Другими словами, «амперами» могут быть протекающие электроны или протоны, или положительный натрий, проходящий через отрицательный хлорид, идущий в другую сторону. Или быстрые электроны движутся в искре в одном направлении, а медленные ионы азота движутся вперед или назад в зависимости от того, положительны они или отрицательно ионизированы. А в полупроводниках p-типа ток представляет собой поток «решеточных вакансий» в кристалле! (Каждая вакансия выставляет избыточный кремниевый протон, поэтому каждая вакансия несет подлинный положительный заряд. «Дыры» движутся за счет переноса электронов, но каждая дыра действительно заряжена положительно.)

При всей вышеописанной сложности, как мы можем описать, что происходит внутри цепей? Легко: это уже сделано для нас. Мы скрываем движущиеся заряды и игнорируем их. Мы игнорируем их скорость потока и их количество. Мы игнорируем их полярность. Вместо этого мы складываем все различные заряды, которые могут быть внутри любого проводника, вычисляем общую скорость потока и называем это «амперами». Ваш проводник полон соленой воды? Поместите зажимной амперметр вокруг него и считайте значения ампер. Плотность ионов не имеет значения. Скорость ионов не имеет значения, и это даже может быть кислотный шланг, полный протонов, вместо шланга с морской водой. Усилители - это усилители.

Амперы также называют «обычным током» или просто «электрическим током».

Очень важно: амперы не заряжены. У проводника может быть один усилитель, но это ничего не говорит нам о зарядах внутри. Может быть несколько быстрых зарядов или много медленных. Могут быть положительные заряды, идущие вперед, или отрицательные, идущие назад, или оба одновременно (как с человеческими телами, получающими удар током постоянного тока). Все это вещество скрыто, и все, что у нас осталось, это амперы ... амперы обычный ток.

Хорошо, вернемся к GND против COM и EARTH.

«Земля» сбивает с толку, потому что слово почти всегда используется неправильно.

В цепях мы почти всегда выбираем одну клемму источника питания в качестве «общей» и подключаем к ней один вольтметр. Он не заземлен, поэтому нам действительно не следует называть его «заземлением» (это не связано с металлическим колом, загнанным в грязь!). Вместо этого это просто традиционная точка для измерения напряжения. Это молчаливое соглашение! Поскольку напряжения представляют собой сложные двусторонние измерения, все упрощается, если мы притворяемся, что они односторонние. Итак, подключите черный провод вольтметра к «общей цепи», а затем проигнорируйте его.

Теперь представьте, что красный датчик на вашем вольтметре может реально измерить НАПРЯЖЕНИЕ ТЕРМИНАЛА. Но клеммы не могут "иметь напряжение!" Да, верно. Но мы молча делаем вид, что они делают. Любая точка в цепи может иметь напряжение ... по отношению к другой точке цепи. Если бы мы говорили о высотах, мы всегда могли бы делать измерения относительно уровня моря, затем никогда не упоминать уровень моря, а затем притворяться, что объекты и местоположения могут «иметь высоту», когда на самом деле это невозможно.

Поэтому новые студенты запутываются, когда мы обсуждаем «напряжение терминала». На самом деле мы имели в виду «напряжение, которое появляется между клеммой и общей цепью». Но это слишком много, чтобы повторять все время. Мы молча говорим «напряжение между, напряжение между», фактически говоря «напряжение в этой точке» или в этой другой точке. Да, тогда все новые студенты начинают думать, что один терминал может иметь напряжение.

Является ли отрицательная клемма питания общей цепью? Да обычно. Я видел очень старые радиоприемники с PNP-транзисторами и отрицательное напряжение питания с «положительным заземлением». Клемма положительного аккумулятора является общей цепью. Все измерения на схеме являются отрицательными напряжениями. Помимо радио 1950-х годов, то же самое происходит в старых VW Beetles и в некоторых мотоциклах. Положительная клемма аккумулятора подключена к шасси, поэтому «клемма питания» является отрицательной. Не устанавливайте обычный автомобильный радиоприемник в старом VW, потому что он закроется или загорится при включении зажигания. Блок питания был задом наперед.

Все, что нам нужно сделать, это избавиться от всех коллекционных японских PNP-транзисторных радиостанций 1950-х годов, VW-жуков и мотоциклов с положительным заземлением, и тогда Circuit Common всегда и навсегда будет отрицательным терминалом питания. Ну, разве что это какая-то странная, электрически плавающая промышленная сенсорная система с сочетанием мощности переменного тока и цепей операционного усилителя с виртуальным заземлением.

Источник напряжения имеет как отрицательные, так и положительные клеммы и создает напряжение (или разность потенциалов) между этими клеммами.

В начале учёные, изучавшие электричество, не имели возможности определить, что представляет собой электрический ток, поэтому они несколько произвольно заявили, что ток представляет собой поток положительного заряда, протекающего от положительной клеммы источника напряжения через внешняя цепь и возврат к отрицательной клемме. Теперь мы называем эту концепцию «Обычный ток», и ученые и инженеры обычно используют эту концепцию при обсуждении потока тока.

Теперь мы знаем, что в большинстве материалов ток фактически переносится отрицательно заряженными электронами. Когда были разработаны вакуумные трубки, многих техников обучали с использованием электронного тока, поскольку внутреннюю работу вакуумной трубки трудно описать с помощью обычного тока. К сожалению, электронный ток живет во многих местах, что приводит студентов в замешательство между обычным током и электронным током. Я думаю, что лучше придерживаться обычного тока, поскольку именно этим пользуется большинство технических и научных кругов.

«Заземление» - это термин, который неправильно используется в электронике.

В распределении мощности переменного тока и некоторых радиоантенных системах «Земля» действительно означает «соединение с Землей».

Тем не менее, в большинстве электронных устройств «Земля» - это просто метка, которую мы наклеиваем на точку в цепи, которую мы хотим считать «ноль вольт» (где мы помещаем черный измерительный провод при измерении напряжения в другом месте). Было бы лучше назвать этот пункт «эталонным» или «общим», но использование «основания» настолько хорошо установлено, что мы застряли с ним. Эта «земля / общее» не имеет магических сил - это не бесконечный сток электронов - это просто еще одна точка в цепи.

В наши дни «земля / общее» обычно является самой отрицательной точкой в ​​цепи, но иногда она может быть самой положительной точкой (одно семейство логики предназначено для работы от -5 вольт - там заземление положительное). Во многих звуковых цепях «земля / общее» является средней точкой источника питания, и мы обнаруживаем как положительные, так и отрицательные напряжения в цепи.

Во-первых, ваши А и Б просто неправы. Учитывая напряжение между точками A и B, ни один из них не является «источником» тока или «источником» напряжения. Все, что вы можете сказать, это то, что если проводник используется для соединения A и B, ток будет течь между A и B. Если напряжение между A и B положительное, в металле это примет форму электронов, протекающих от B к A В полупроводниках, таких как транзисторы, вторая часть не является (обязательно) истинной, поскольку ток может быть вызван либо электронами, либо отсутствием электронов (дырками, которые текут в другом направлении).

Во многом отождествление «земли» с «землей» действительно является исторической случайностью и возникает из практики, которая использовалась ранними компаниями по распределению электроэнергии. В современной американской терминологии земля - ​​это точка отсчета для измерения напряжения и тока в цепи, а земля - ​​это фактическое соединение со стержнем, вбитым в землю.

Более общее использование земли происходит от этой практики, и это на самом деле все еще важно в системах, использующих любое большое количество энергии. В системах с низким энергопотреблением, особенно в системах с батарейным питанием, заземление может быть полностью отсоединено от любого соединения (физического или иного) с физическим заземлением. Но любая электрическая или электронная схема, будь то в самолете, в автомобиле или даже в космическом пространстве, нуждается в исходной точке, с которой нужно начинать описание напряжений и токов, и эта контрольная точка обычно называется заземлением.

Вполне возможно создать систему питания с постоянным отрицательным напряжением относительно земли (и земли). Хотя в 70-х и 80-х годах он больше не использовался, самым быстродействующим логическим семейством был ECL, в котором в качестве базового напряжения использовалось -5,2 Вольт. Некоторое время компьютеры Cray были самыми быстрыми суперкомпьютерами в мире, и они использовали почти исключительно ECL и потребляли много тока - от 5,2 вольт.

Итак, когда необходимо соединение земли и земли? Ну, в основном, когда вы говорите о системах, подключенных к электросети переменного тока. Если вы не обращаете на это внимание, вы рискуете покончить с собой, если случайно предоставите непреднамеренный путь для протекания тока. Линии электропередачи должны быть привязаны к земле, чтобы обеспечить такие вещи, как защита от молнии, и поэтому такие соображения должны быть приняты во внимание.

Напряжение и ток

В электричестве присутствуют положительные заряды (обычно протоны) и отрицательные заряды (обычно электроны).

Когда один объект заряжен положительно, а другой заряжен отрицательно, тогда существует электростатическое поле. Это напряжение или потенциал заряда, который может быть перемещен электростатическим полем.

Если какой-то проводник будет проложен между ними, будет течь ток. Это могут быть либо электроны к протонам (как в проводе, подключенном к батарее), либо протоны к электронам (как внутри флуоресцентного света), либо оба потока в обоих направлениях (как в некоторых батареях).

Земля / Земля / 0 В / Общие

Земля и земля в основном происходят от переменного тока. Они используются взаимозаменяемо сегодня. В распределении мощности переменного тока вы буквально подключаете одну сторону цепи к земле / земле / терре.

0V вошел в использование, потому что это просто. Если у вас батарея 6 В, что вы называете на каждой клемме, если хотите, чтобы имена также содержали напряжение? + 6В и 0В кажется самым простым способом. + (6 В) и - (6 В) также можно использовать как положительную и отрицательную сторону разности потенциалов 6 В, но это может сбить с толку, и люди могут подумать, что потенциал между ними составляет 12 В или что потенциал от одного к земле 6 В, а другой -6 В и т. д.

Общее снова отличается и вошло в смысл с коммуникациями. Если вы посылаете сигнал по одному проводу, то любой, кто читает этот сигнал, должен измерить напряжение между проводом и согласованным эталонным напряжением в «общей» точке.

Я не EE. Из того, что я понимаю: напряжение - это смещение потенциала между двумя клеммами, которое генерирует поток электронов через проводник, полупроводник или нагрузку. Электроны будут течь от самых отрицательных к большинству положительных терминалов. Термин GND, COM является относительным термином и не всегда совпадает с 0Vdc.

Допустим, цепь имеет клеммы: A) + 5 В постоянного тока B) 0 В постоянного тока C) + 10 В постоянного тока D) + 24 В постоянного тока
Итак, заземление для всех клемм определенно равно A) 0 В пост. Тока, электрон будет течь из B в A (5 В) и из В в C (10 В) ) и от B до D (24 В). Но + 5 В пост. Тока можно считать общим выводом для C и D: потому что электрон может течь из A в C (5v) и из A в D (19v)

Некоторые цепи имеют эти клеммы (например, ATX PSU) A) -5 В постоянного тока B) -12 В постоянного тока C) 5 В постоянного тока D) 12 В постоянного тока. edit: E) 0vdc Любая из клемм более низкого напряжения может называться заземлением для любых клемм более высокого напряжения.

Я всегда изолирую свой источник постоянного тока Psu 0v от моего заземления / переменного тока, чтобы избежать любого шума переменного тока в цепи постоянного тока. Затем я защищаю и +, и -dc, используя мосты, обратно к переменному току в случае непреднамеренного повторного введения переменного тока в постоянный ток без защиты от земли / земли. Это отказоустойчивый метод, который защищает pnp, npn, людей и устройства. Никакого дыма или ударов, только защитное устройство, которое будет срабатывать, пока неисправность не будет устранена. Затем я отслеживаю всю систему с помощью aux / no / nc без напряжения, чтобы определить, присутствует ли она в логике или проводке, и определить, происходит ли она в логическом или физическом событии. Затем я обвиняю своих программистов или инженеров. Девять раз из десяти я должен идти и исправлять это сам.