Зачем мне заземление при симуляции цепи? Я думал, что напряжение было относительно между двумя узлами!

18

Электроника для меня очень новая.

Я выбрал самую простую схему, какую только мог себе представить: источник напряжения 1 В и резистор 1 Ом

Насколько я понимаю, я должен получить ток (I = V / R) 1 Ампер. Но симуляция не дает решения и говорит, что я должен иметь основания.

Зачем мне заземление, если у меня есть источник напряжения, который дает разности потенциалов с двух сторон?

Я прилагаю схему:

https://www.circuitlab.com/circuit/839aaj6y5a6t/simplest-circuit/

circuit-analysis circuit-design

— user135172
источник

6

GND - это точка, которую вы произвольно назначаете 0V. Если у вас его нет, он не может измерить какой-либо потенциал с этой точки зрения.

— PlasmaHH

Напряжение по определению является физическим измерением, включающим две точки в пространстве. Следовательно, ваши измерения должны либо идентифицировать две точки в цепи (дифференциал), либо принять одно из мест в качестве эталона (заземление).

— Викацю

2

Чтобы добавить к другим. источник напряжения может иметь внутреннюю опорную точку напряжения, но это не сделано для обеспечения большей гибкости при проектировании.

— Р.Джеши

1

Симуляторы обычно требуют графы связанных цепей (не необходимость, а огромное удобство). Симулятор почти всегда имеет наземный узел. Вышеуказанная схема будет иметь плавающий компонент и компонент, состоящий только из наземного узла.

— медь. Что

Напряжение относительно, но симулятору нужно знать, где его сделать относительно.

— user253751

26

Вы абсолютно правы: напряжение определяется только между двумя узлами.

Во многих электронных схемах есть источник постоянного напряжения *, который подключается ко многим частям схемы. По соглашению , более положительный вывод источника питания помечен "V +" или "Vcc" или ...

По соглашению , более отрицательный вывод источника питания называется «земля».

По соглашению , мы часто не рисуем ни V +, ни заземления на схемах. Вместо этого мы соединяем вещи с символом V + или с земным символом.

И наконец, по соглашению , всякий раз, когда мы говорим о напряжении в любой точке цепи, мы неявно говорим о напряжении между этой точкой и сетью заземления.

Ваш инструмент моделирования просто соблюдает это последнее соглашение. Следовательно, требуется эталонная сеть, называемая заземлением.

* или в некотором приближении

— Соломон Медленный
источник

3

Этот ответ действительно игнорирует внутренние математические механизмы симуляторов.

— Массимо

1

@MassimoOrtolano Что бы это было?

— Педро А

8

@ Hamsterrific Вкратце, поскольку токи в цепи зависят только от разности потенциалов, а не только от потенциалов, если вы не фиксируете потенциал узла, из схемы вы получаете систему уравнений, которая не является однозначно разрешимой, то есть всегда существует бесконечное число решений, для которых все напряжения различаются на постоянную. Большинство методов численного решения системы уравнений работают только в том случае, если системы уравнений имеют единственное решение, иначе они терпят неудачу. Устанавливая заземление, вы гарантируете, что решение является уникальным (если цепь четко определена).

— Массимо

1

Кроме того, даже если система выбирает рабочую точку, представление чисел с плавающей запятой имеет переменную точность, основанную на абсолютном смещении от 0.

— Коннор Вольф

2

@Massimo Ortolano: мое дело, что не только это было бы возможно , но это было бы еще проще установить систему уравнений без использования потенциалов по отношению к опорному GND узла. Причина, по которой это не сделано, заключается в человеческом соглашении, а не в математике.

— Творог

22

Специфика вопроса такова:

Насколько я понимаю, я должен получить 1 (A = V / R) 1 ампер. Но стимуляция не дает решения и говорит, что я должен иметь основания.

Зачем мне заземление, если у меня есть источник напряжения, который дает разности потенциалов с двух сторон?

Все сводится к тому, как работают симуляторы. Имитаторам требуется контрольная точка, и эта контрольная точка обозначается символом GND. внутренне, двигатель определит системное уравнение и отклики на эту ссылку.

Это ограничение не существует в реальном мире из-за физики.

— JonRB
источник

1

Точно. Там нет ничего плохого в схеме. Проблема является результатом ограничения в симуляторе.

— Пит Беккер

6

@PeteBecker Я не согласен. Сложный инструмент, такой как симулятор, вполне может выбрать произвольный узел в качестве эталона, а затем выполнить все вычисления для этой эталона, но скрыть его для пользователя и показать только разницу напряжения для пользователя. Это было бы плохо для пользователя, но это все. Поэтому для того , чтобы помочь пользователю, симуляторы требуют от пользователя выбора площадки. Это просто соглашение.

— Педро А

Но это все равно будет выбор узла .... Дело в том, что ему нужно что-то, на что можно ссылаться. Если бы он произвольно выбрал узел, как и где, и между симуляциями вы бы поставили «пробники». Каждый пробный рейс должен быть дифференциальным (это не проблема, как работает MATLAB)

— JonRB

@Hamsterrific - возможно, вы рассматривали мое использование «ограничения» как грубое. Причина, по которой эта схема не работает в симуляторе, состоит в том, что симулятор добавляет требования, которых нет в реальных цепях. Схема, как нарисовано, работает просто отлично, несмотря на то, что симулятору это не нравится.

— Пит Беккер

1

Лично я ненавижу инструменты моделирования ... слишком часто вам приходится "добавлять вещи", чтобы симуляторы были довольны, и для так называемого сложного инструмента они не настолько умны ... Тогда у вас есть плохие инженеры, которые не имеют ни малейшего представления, что такое CCT значит, занял первое место, слепо доверяя результатам

— JonRB

5

Обычно предполагается, что минусовая (-) сторона источника питания равна 0 В, поэтому, если вы подключите заземление к минусовой стороне, это будет 0 В., а плюс (+) будет 1 В (GND +). разница = 0 + 1 = 1) V.

Если вы положите землю на сторону плюс, минус будет -1V.

— Мишель Кейзерс
источник

2

В самом деле. В этой схеме есть два узла. Прикрепите GND к каждому по очереди и посмотрите, что делает симуляция; не займет много времени

— Брайан Драммонд

4

Ты совершенно прав. «Выходной» узел не может измерить напряжение, если ему не указано другое значение для сравнения. Это единственная цель «наземного» пункта.

Если вы не просите об измерении напряжения, вы можете подумать, что оно может по крайней мере измерить ток в узле. Но ПО должно рассчитывать напряжения, чтобы рассчитывать токи, поэтому для его собственных расчетов ему нужна точка отсчета заземления.

— Merlin3189
источник

2

Зачем мне заземление, если у меня есть источник напряжения, который дает разности потенциалов с двух сторон?

Причина в том, как вы описываете схему. Ты прав. все напряжение в 2 точках. Нет такой вещи, как «какое напряжение в точке IN», вы можете только сказать «каково напряжение между IN и OUT».

Поэтому, чтобы упростить разговор (и размышление) о цепи, обычной практикой является объявить что-то в цепи как «это ноль» и назвать это «заземлением». Таким образом, вы можете сказать «Напряжение на входе составляет 1 В», но на самом деле вы имеете в виду «напряжение между землей и входом составляет 1 В».

Ожидается, что симулятор не будет работать без земли, просто глядя на него. Он показывает напряжения «в точках», а не «между точками». Без установки точки отсчета невозможно представить результаты таким образом, поэтому запускать симуляцию вообще бессмысленно.

Я подозреваю, что есть некоторые симуляторы, которые будут работать. Это не техническая проблема, это проблема представления результатов .

— Agent_L
источник

1

На самом деле, вам не нужна «земля». Вам нужно соединение между нижней частью резистора и нижней (отрицательной) клеммой источника напряжения. В симуляторе это делается списком соединений. Если эти два подключены к водопроводу, верхушке катушки Тесла, 220-вольтовой сети переменного тока, верху генератора Ван-де-Графа или кайту Бена Франклина, то ток в резисторе, рассчитанный симулятором, будет одинаковым ,

Итак, вернитесь к своему симулятору и убедитесь, что есть подключения к ДВУМЯ РАЗЛИЧНЫМ точкам на источнике напряжения и к двум различным точкам на резисторе.

Помните: сопротивление бесполезно!

— richard1941
источник

0

Я постараюсь ответить на ваш вопрос в строго математическом смысле. Вы поймете, почему бедняга, называемый симулятором, не может найти решение здесь.

Ваша схема выглядит следующим образом

Давайте назовем верхний терминал A и нижний B, как показано на рисунке.

Теперь мы знаем для вашего источника напряжения $V_A - V_B = 1V$

Мы также знаем со стороны резистора, что

$I = (V_A - V_B) / R$ который $I= 1$

Теперь я могу дать вам бесконечное количество $V_A$ и $V_B$ которые до сих пор удовлетворяют $V_A - V_B = 1$

Например $V_A=5$ & $V_B=4$ все еще дает $V_A-V_B=1$ и это правильное решение.

Вы видите, почему симулятор не может решить это? БЧ нет единственного решения $V_A$ или $V_B$ Вот.

Все разности напряжений и токов все еще определены .. Но абсолютные напряжения не являются ..

Для определения абсолютного напряжения (и для вашего симулятора, чтобы бросить решение). Вам нужна ссылка. Эта ссылка обычно выбирается в качестве основания.

Когда вы определяете либо $V_A$ или $V_B$ тогда существует уникальное решение.

Общая практика $V_B=0$

Мы видим, что тогда Решение для $V_A=1$ Вы можете заставить $V_B$ на любое другое напряжение.

Подумайте о еще более простой ситуации:

Допустим, есть 20-этажное здание (скажем, каждый этаж 10 футов в высоту). и скажем, вы стоите на 12 этаже здания.

Если кто-то спросит вас, на какой высоте вы стоите ..

Каков будет ваш ответ?

120 футов? Вы уверены ?

Что если здание находится на горе Эверест (которая сама по себе находится на высоте около 29000 футов от уровня моря)?

Хотя вы можете сказать, что с 0-го этажа вам .. разница составляет 120 футов. Хотя вы можете сказать, что с 1-го этажа вам .. разница составляет 110 футов.
Вы не можете определить свою абсолютную высоту, если не знаете, откуда измеряете.

Если вы строите на горе Эверест, и ваш ориентир - уровень моря. тогда высота, на которой вы стоите, составляет 29000 футов + 120 футов.

Однако, если ваша ссылка на 0-м этаже, высота 120 футов.

Я надеюсь, вы понимаете трудности, с которыми сталкивается симулятор.

Смоделируйте две нижеприведенные схемы, и вы поймете, о чем я говорю ..

Нулевой этаж является ссылкой:
Уровень моря является эталоном:

Всего наилучшего !!

— Шаранапрасад Мелкунди
источник

1

Когда вы используете кнопку CircuitLab на панели инструментов редактора, ваши редактируемые схемы встраиваются в ваш пост. Нет необходимости в аккаунте CircuitLab. Нет скриншотов. Нет загрузки. Нет фоновой сетки.

— Транзистор

-4

На самом деле есть две причины.

Сначала это симуляция. В реальном мире, если вы подключите источник питания 1 В (с большой емкостью тока (что означает мощный источник напряжения, а не обычную батарею типа АА)) к резистору 1 Ом, вы определенно получите 1 А без заземления.

Но..

Во-вторых, он также используется в реальном мире для создания отрицательных напряжений. И симулятор хочет знать, что вы пытаетесь сделать. Если вы заземлите отрицательную сторону источника питания, схема будет равной, так как вы не заземлили ее (почти равную) Но если вы заземлите положительную сторону источника питания, хотя функция схемы не меняет измерения в цепи будет и это будет иметь значение.

В первом примере, когда вы заземлите нижнюю часть (- конец), у вас есть 1 В и 0 вольт (земля), разница составляет 1 В, а ток - 1 А. Но во втором примере, когда вы заземлите верхнюю часть (+ конец), вы будете имеют -1 В внизу и 0 Вольт сверху, разница составляет 1 В, а ток составляет 1 Ампер. Обе схемы работают точно так же, но измерения составляют от +1 до 0 против 0 до -1. И они разные в этом смысле. ТАК симулятор запрашивает у вас решение о том, кого вы хотите построить.

— мну
источник

Я подключил положительную сторону мощного 1-вольтового источника к одной стороне одноомного резистора, но ток был нулевым. Нужен ли мне более мощный источник напряжения?

— richard1941