“地” vs.“地球” vs.普通vs.负极


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这可能只是我没有电气工程或电子学的学位,但是在电路图(尤其是集成电路)中使用时,“接地”和“接地”的整个概念极为混乱。current考虑到电流作为电子流动的量子力学描述,我猜想“来自”正极端子的整个概念(通常似乎是如何描述电流)似乎是倒退的,并且对我产生了误导。所以,我只是想澄清我对事物的理解。

首先,要确保我对电压和电流的理解正确。假设存在直流环境(我理解使用交流电时情况会更加复杂,并且我理解在某些系统中可能会在正极端子处接地,诸如此类。)


:电路中的正极端子会产生电压。电压是电位,因此假设它是电池中的正离子(通常固定在适当的位置),则电路中的+端子会产生电压是有意义的。

B.电路中的负极端子是提供电流的电源。电流是电子的流动,并且流向正在产生电流电势的终端。


假设这些陈述是正确的……那么,为什么在电路图中如此广泛地使用术语“接地”(主要)或有时使用“接地”的符号呢?为什么它接地,而不是仅仅接地,还是0V端子,还是“普通”端子?接地或接地符号的使用,尤其是在IC电路图中(不一定在甚至能够远程“接地”到地球的电路中使用的……),例如在飞机或航天器中,甚至在任何数量的无法直接连接到地面的隔离绝缘系统)令我感到非常困惑。

这只是一些从未被打破的旧约定吗?电路图中的接地(GND端子)或接地符号仅仅是完成的事情,因为这总是这样做的吗?因为那是总是被教导的方式?它真的只是意味着一个负端子,还是一个电子从其流出的端子?什么时候使用实际接地,实际上是电路实际连接到实际接地的点?显然,并非每个电路都像IC一样,实际上并不一定需要接地就可以正常工作。

好吧,很抱歉,如果这是一个奇怪的问题,但是随着我越来越多地使用电子产品,并且由于我用电池为我的大部分小项目供电,整个概念对我来说似乎很奇怪并且令人困惑……没有字面意义电路中涉及的“接地”或“接地”。仅电池端子和电子零件。


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非常相似的问题(几乎重复):了解地面符号
尼克Alexeev

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是的,我之前发现了这个问题……不过,它并没有真正回答我的问题。它只是说出地面(无论是什么……这是我的问题的核心)都可以在电路周围移动,并且仍然可以执行相同的工作。
jrista 2014年

您可以从电池的(-)侧擦除接地符号,然后在(+)侧重新绘制。电子将以相同的方式保持流动。该电路将以相同的方式工作。在大多数情况下,地面的概念只是工程上的简写。这是一种非常常见的速记,也是一种有用的速记,每个人都习惯了。(您的问题并没有解决电击危险等问题。相反,我认为您正在努力了解接地符号的基本知识。在交流电源线中,“接地”具有特定的物理含义。打算去那里)。
尼克Alexeev

Answers:


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问题:

首先,电流不会从正极端子“流出”。这是一个非常普遍的误解,在小学电力课本中被称为“顺序谬误”。基本问题是电线不像空管道。而且,电源无法充满它们。取而代之的是,导线已经预先充满了电荷,因此电流总是同时出现在电路的任何地方。(“电流”表示电荷流动。当一圈可移动电荷开始流动时,“电流”出现在整个环中。这是基本的电路规则。)

换句话说,电路的行为就像轮子和皮带。同样,自行车链条的金属也不是“来自”链轮上的特定位置。它不会一开始就“开始”。相反,整个圆圈由链条组成。同样,所有电源都在这里存在。使用自行车链条,当施加力时,整个过程就会转动。对于电路,当施加电势时,环内部(电路内部)中的所有可移动电荷都将开始整体移动,就像一个完整的圆中的实心链一样。但是在连接任何电池之前,这些电荷已经在导线内部。电线就像充水的软管。

其次,电位只能存在于两点之间,电路上的一个点永远不会“有电压”。之所以如此,是因为电压有点像海拔高度:物体不能“具有海拔高度”,因为只能在两点之间测量高度。讨论物体的高度,长度或高度是没有意义的。 海拔高于什么? 在地板上方?建筑物外地面上方?地球中心上方的海拔?任何物体都将同时具有无限多个高度!

电压具有完全相同的问题:与另一端子相比,一个端子只能“具有电压”。电压就像长度一样:电压和长度是双端测量。换句话说,电路中的一个端子总是同时具有许多不同的电压,这取决于我们将另一根仪表导线放置在何处。

第三,在电路中,驱动力由正电源端子负电源端子同时提供。而且,最重要的是: 电流路径是通过电源的。 电源是短路。理想的电源就像零欧姆电阻一样。想一想:在发电机线圈中,电荷穿过线圈并再次返回。导线的电阻非常低。电池也是如此:电流的路径是通过电池,然后再次流出。电池板被导电性很强的电解质短路。

例:
这是对手电筒的正确描述。电荷开始于钨丝内部。当开关闭合且电路完成时,灯丝的一端带正电,另一端带负电。这迫使灯丝自身的电荷开始流动。电荷从灯丝中移出并进入一根导线,同时,更多的电荷进入灯丝的另一端。这些电荷由金属线提供(在打开开关之前,所有导体都已经充满了可移动的电荷。)继续,灯丝中的电荷将流到一根导线中,并缓慢移动到电池中(需要几分钟或几小时才能到达那里),然后流过电池,然后再次退出。它们从电池的另一个端子退出,流回到细丝的另一端,然后在开始的地方结束。一个“完整的电路”。电荷就像皮带一样,或者像是旋转轮或自行车链条。电池推动电量,但不提供电量。铜和钨提供在闪光灯电路中流动的电荷。电荷移动非常缓慢,但是由于它们都同时开始移动,因此即使电线很长,灯泡也会立即点亮。

第四: 电池内部的任何阳离子都是极易移动的。它们肯定没有锁定在适当的位置。如果是这样,则电池将成为绝缘体,并且将无法工作。一些电池基于一个方向的正离子流动和另一个方向的负离子流动。铅酸电池是不同的。在酸中只有质子在流动。酸是质子导体。

但要注意:电池会增加复杂性,这可能会使解释脱节。

相反,请使用大线圈和超级磁铁替换手电筒电池。将其连接到灯泡。将超级磁铁推入线圈中,灯泡短暂闪烁。收费从何而来?运动磁铁如何产生电荷?没有。发电机和电池是电荷泵。移动的磁铁迫使导线自身的电荷开始移动。(泵不提供被泵送的物料!)可移动的磁体会产生电流,因为它向金属内部已经存在的可移动电荷施加了EM泵送力。

导体不良。坏!
这是一个澄清。许多介绍性教科书提供了错误的“导体”定义。完全错误,极具误导性。他们会教你导体“让电荷通过”(或者,他们通过电流或电流)。不。导体不像空心管。导体对电不是透明的。相反,“导体”是指“充满移动电荷的材料”。导体就像装满水的坦克。它们就像水族馆或预先填充的管道。导体遵循欧姆定律:当我们在电线的两端施加电压差时,电荷的流动取决于电线的电阻,I = V * R。导线自身的电荷会引起流动。想想看:空气是绝缘体,甚至真空是绝缘体,但是真空如何阻止电荷流动呢?真空不需要。真空中不存在可移动电荷,这就是使其绝缘的原因。)

所有这些导致一个重要的概念。每当我们拿起一根电线并将其末端钩在一起以形成一个闭环时,我们就创建了一个“隐形传动带”,即不动电线内部的可动电荷回路。将磁极推入金属环,导线的所有电荷将像一个轮子一样移动。这是一个环形游泳池,如果我们推水,我们可以使所有水像飞轮一样旋转,而游泳池本身保持静止。

第五,电流不会倒流,因为电流不是电子的流动。

具体而言,流动电荷的极性取决于导体的类型。是的,在固体金属中,可移动电荷是电子。但是,有许多导体没有电子可以移动。最接近的是您的大脑和神经系统:正负离子在相反方向上同时流动,根本没有电子流动。盐水,包括地面和海洋在内的“电解质”都不是电子导体。

奇怪的例子:酸是导电的,因为它们充满+ H正氢离子。+ H离子的另一个名称是“质子”。当您在酸中加入一些安培时,电流就是质子流。(嘿,如果污垢中有一些接地电流,并且污垢是酸性而不是咸的,那么这些电流就是质子流!)

换句话说,“安培”可以是电子流过,或质子流过,或者是正钠通过负氯化物而以其他方式流动。或者,快电子在火花中以一种方式前进,而慢速氮离子则根据是正离子还是负离子而前进或后退。在p型半导体中,电流是晶体中“晶格空位”的流动!(每个空位都会暴露出过量的硅质子,因此每个空位都带有真正的正电荷。“孔”通过电子转移移动,但每个空穴实际上都是带正电的。)


由于上述所有复杂性,我们如何描述电路内部发生的事情?容易:已经为我们完成了。我们掩盖了动静的电荷,而忽略了它们。我们忽略了它们的流速及其数量。我们忽略了它们的极性。取而代之的是,我们将可能存在于任何导体内的所有各种电荷相加,计算总流量,并将其称为“安培”。您的指挥家的软管里充满盐水吗?在其周围放一个钳形电流表,并读出安培数。离子密度无关紧要。离子速度无关紧要,它甚至可以是充满质子的酸软管,而不是海水软管。安培是安培。

安培也称为“常规电流”,或简称为“电流”。

非常重要:安培不是电荷流。导体可能只有一个安培,但这并不能告诉我们有关内部电荷的任何信息。可能有少量电荷快速流动,或大量电荷缓慢流动。可能有正电荷向前移动,或有负电荷向后移动,或同时出现两者(就像人体受到直流电冲击一样。)所有东西都被掩盖了,剩下的就是安培...常规电流。


OK,回到GND vs COM vs EARTH。

“地面”令人困惑,因为该词几乎总是被错误地使用。

在电路中,我们几乎总是选择一个电源端子作为“公共”端子,并且将一根电压表引线连接到该端子。它没有接地,所以我们真的不应该将其称为“接地”(它没有连接到被污垢污染的金属桩上!)相反,它只是进行电压读数的传统方法。这是一个无声的协议!由于电压是复杂的双端测量,因此如果我们假装它们是单端的,事情就变得简单了。因此,将您的黑色电压表的导线连接到“公共电路”,然后将其忽略。

现在,假设电压表上的红色探针可以实际测量端子的电压。但是终端不能“有电压!” 是的,对。但是我们默默地假装他们这样做。电路上的任何点都可以相对于另一个电路点具有电压。如果我们在谈论海拔,我们总是可以相对于海平面进行测量,然后再不提及海平面,然后假装物体和位置可以“具有海拔”,而实际上这是不可能的。

因此,当我们讨论“端子的电压”时,新学生会感到困惑。实际上,我们的意思是“出现端子和电路公共端之间的电压”。但这太多了,无法一直重复。我们是在无声地说“之间的电压,在它们之间的电压”,而实际上是在说“此点或另一点的电压”。是的,那么所有的新生都开始认为一个端子可以有电压。

负电源端的电路常见?是的,通常。我见过带有PNP晶体管的老式收音机,以及带有“正接地”的负电源电压。电池正极为电路公共端。原理图中的所有测量均为负电压。除了1950年代的收音机外,老式大众甲壳虫和某些摩托车中也发生了同样的事情。电池正极连接到机箱,因此“电源端子”是负极。不要在旧的大众汽车上安装普通的汽车收音机,因为当您打开点火开关时,它会短路或着火。电源落后。

我们要做的就是摆脱所有可收集的1950年代日本PNP晶体管收音机,大众甲虫和正接地的摩托车,然后Circuit Common将永远永远是负电源终端。好吧,除非它是某种奇怪的,带有交流电源和虚拟接地运算放大器电路的电气浮动工业传感器系统。


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我见过的关于电压和电流的最好的解释之一。谢谢,这里有很多很棒的信息。
Cthutu

很好的解释,谢谢!但是我想缺少第6点(好吧,它和第5点混杂在一起)。第五点应该(我认为)集中在:“不仅电子在流动”。第六项应着眼于:“什么是放大器”?[我听不懂](然后,“ GND vs COM vs EARTH”的第七个标题会更清楚)
JinSnow

安培:“将电线中的电能视为管道中的水。电流是流量,伏特是从管道一端到另一端的压降,而瓦特是移动水所需的功率-或功率就像在水力发电机中一样,通过移动水而产生。” electronics.stackexchange.com/a/267900/60167
JinSnow

Granpa的Austin 8也是+ ve底盘,因此您可能要将其添加到列表中!
Indraneel

电线未充满电。导线具有松散结合的电子,这些电子会脱落并引起电流。铜线的净零电荷。长度不是相对的:端到端不是相对的。另外,您的灯丝示例中的电池肯定可以提供电荷。电池被充电是有原因的。您的传送带从某处装载。
HörmannHH

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电压源具有负端子和正端子,并在这些端子之间产生电压(或电势差)。

在起初,研究电的早期科学家无法确定什么构成电流,如果有的话,因此他们有些随意地宣布电流是从电压源的正端流过正电荷的正电荷流。外部电路,并返回到负极端子。我们现在将此概念称为“常规电流”,科学家和工程师在讨论电流时通常会使用此概念。

现在我们知道,在大多数材料中,电流实际上是由带负电荷的电子携带的。开发真空管时,许多技术人员都被教给了电子电流知识,因为使用常规电流无法轻易描述真空管的内部操作。不幸的是,电子电流存在于许多地方,这使学生对常规电流和电子电流感到困惑。我认为最好坚持使用“常规电流”,因为这是大多数技术和科学界所使用的。

“地”是电子产品中严重滥用的术语。

在交流电源分配和某些无线电天线系统中,“地面”的确表示“与地球的连接”。

但是,在大多数电子产品中,“接地”只是我们在电路中希望标记为“零伏”的点上贴上的标签(在其他地方测量电压时,我们将黑表笔放在那里)。最好将这一点称为“参考”或“公共”,但是“接地”的使用已被很好地确立,以至于我们一直坚持下去。这种“地/共”没有神奇的力量-它不是电子的无限吸收区-它只是电路中的另一点。

如今,“接地/公共”通常是电路中最负的点,但有时也可能是最正的点(一个逻辑系列旨在在-5 V电压下工作-地为正极)。在许多音频电路中,“接地/公共”是电源的中点,我们在电路中发现正电压和负电压。


嗯 对我来说,电子电流更有意义,因为这似乎可以描述实际发生的事情。除非我没有记错,否则阳离子通常是构成电线,电阻器,电容器等材料的一部分。因此,它们不会自由地流过电路。通常是电子“反向”流经电路以产生我们所描述的电流,对吗?正电荷不流动,负电荷流动?我想我的电子学问题是,在我们理解实际发生的事情之前,它已经沉浸在古老的观念中了……
jrista 2014年

...现在我们有了类似“常规电流”之类的东西,至少在我的理解中,描述了不存在的正电荷“流”。还是那是错误的……带正电的离子实际上流过电路了吗?
jrista 2014年

我还有另一个与地面问题有关的问题。我发现许多电路图似乎只有一个正电压源和一个地。我经常找不到负端子或类似的东西。在这种电路中,接地与电池的负极端子是否相同?由于常规电流和电子电流之间的差异,我不确定如何阅读此类图表...我不知道如何完成电路,除非它只是在接地点完成。
jrista 2014年

@jrista:是的,“地”通常是电源的负极。在许多电路中,您将看到接地符号散布在图形周围-这些都应连接在一起。使用此类接地符号旨在减少图形中的拥塞。通常,您还会看到隔离的“ Vcc”符号-它们也都连接在一起,并连接到电源的正极。
Peter Bennett

是的,这正是我所看到的,尤其是在IC原理图中。接地符号散布在整个地方,至少有一个Vcc。谢谢(你的)信息。
jrista 2014年

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首先,您的A和B完全是错误的。给定点A和点B之间的电压,都不能将其特权为电流的“源”或电压的“源”。您只能说,如果使用导体连接A和B,则电流将在A和B之间流动。如果A和B之间的电压为正,在金属中,它将采取电子从B到A流动的形式。在诸如晶体管之类的半导体中,第二部分不是(必须)正确的,因为电流可能是由电子引起的,也可能是由于缺乏电子(沿另一个方向流动的空穴)引起的。

在很大程度上,“地面”与“地球”的识别确实是历史性的事故,并且源于早期配电公司的实践。在当前的美国术语中,接地是用于测量电路中电压和电流的参考点,而接地是与直插到接地棒的实际连接。

地面的更广泛用途是这种做法的结果,在使用大量功率的系统中,地面实际上仍然很重要。对于低功率系统,尤其是电池供电的系统,可以将接地与物理接地的任何连接(物理或其他方式)完全断开。但是,无论是在飞机,汽车,甚至在外太空中的任何电路,都需要一个参考点来开始描述电压和电流,该参考点通常称为接地。

完全有可能生产出电压相对于地面(地)始终为负的电力系统。尽管不再使用,但在70年代和80年代,最高速度的逻辑系列是ECL,它使用-5.2伏作为其基本电压。一段时间以来,Cray计算机是最快的超级计算机,它们几乎完全使用ECL,并吸收了5.2伏电源产生的大量电流。

那么,何时需要接地?好吧,基本上,每当您在谈论连接到交流电网的系统时。如果不注意这一点,如果不小心提供了电流流动的路径,则可能会自杀。电源线必须接地,以提供诸如防雷之类的功能,因此必须考虑这些因素。


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我对“漏洞”的整个概念感到好奇。空穴真的像电子一样流过电路吗?如果是这样,“孔”到底是什么?还是那又是另一个抽象概念?从量子力学的角度来看,我认为实际上唯一可以流过由金属和半导体组成的电路的是电子本身。我认为等离子体会有所不同,因为在等离子体中,离子和电子都可以自由流动...但是我对于直流电子应用的问题非常明确。
jrista 2014年

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想想中国跳棋板的漏洞。在规则的网格上有一堆凹陷,每个凹陷都将大理石固定在适当的位置。但是,如果有地方可以移动并弹起,则大理石可以移动。现在取出一块大理石。这在大理石阵列中留下了一个孔。如果您稍微倾斜木板并摇动木板,大理石将缓慢向下移动以填充孔,但这样做会自己留下孔。您可以将净大理石运动想像为许多大理石向下运动的缓慢运动,或单孔向上运动的运动。
WhatRoughBeast

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我懂了。因此,这是一个抽象概念……电子仍在移动,但是当它们在电路中移动时,它们以多种方式影响电荷。有趣的...
jrista 2014年

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是的 在某些方面,这是方便的问题。如果您专注于电子的行为,那么当您处理网格中弹子的撞击时,它会变得很杂乱,并且您必须处理许多电子的总体统计行为。处理空穴可以实现相同的净电荷转移,但是就单个“虚拟”粒子而言,空穴的移动速度要比许多单个电子的移动速度慢。(这就是为什么p型MOSFET的电阻要高于等效n型晶体管的原因)。
WhatRoughBeast

好的,我明白这一点。但是,仅需简单介绍一下电容器,电感器和电阻器,便可以回到基础知识。如果我遇到一个电路图,该电路图的一个角上有+ 5V连接,而另一个角上有Earth符号(我认为使用Earth符号将是无效的,但我已经在很多场合看到过,因此我问了一个问题:P)...地球符号,那是地面...它也是负极端子吗?换句话说,将“接地”连接到电池的-端子以完成电路并使其真正起作用吗?
jrista 2014年

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电压电流

在电中,有正电荷(通常是质子)和负电荷(通常是电子)。

当一个物体带正电,而另一个物体带负电时,则存在静电场。这是电压,或电荷能够通过静电场移动的电位。

如果在两者之间放置某种导体,则会流过电流。这要么是朝向质子的电子(如连接到电池的电线中的电子),要么是朝向电子的质子(如在荧光灯内部的电子),或两者都在两个方向上流动(如在某些电池中)。

地线/地线/ 0V /普通

地面和大地主要来自交流电。它们今天可以互换使用。在交流配电中,实际上是将电路的一侧连接到地面/大地/大地。

因为它很简单,所以开始使用0V。如果您有一个6V的电池,如果您希望这些名称也包含电压,该给每个端子命名吗?+ 6V和0V似乎是最简单的方法。+(6V)和-(6V)也可以用作6V电位差的正负-但这会造成混淆,人们可能会认为它们之间的电位为12V,或者从一个到地的电位是6V,其他-6V等

共同再次不同,并在交流中变得有意义。如果您要通过一根电线发送信号,则读取该信号的任何人都需要测量电线与公认的“公共”点参考电压之间的电压。


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我不是EE。据我了解:电压是两个端子之间的电势偏置,它使电子流过导体,半导体或负载。电子将从最负的端子流到最正的端子。术语GND,COM​​是相对术语,并不总是与0Vdc相同

假设电路具有端子:A)+ 5Vdc B)0Vdc C)+ 10Vdc D)+ 24Vdc
因此,所有端子的接地绝对是A)0Vdc,电子将从B流到A(5v)和B流到C(10v )和B至D(24v)。但是+ 5Vdc可以视为C和D的公共端子:因为电子可以从A流到C(5v),而从A流到D(19v)

某些电路具有此端子(例如ATX PSU)A)-5vdc B)-12vdc C)5vdc D)12vdc。编辑:E)0vdc任何低电压端子都可以称为任何高电压端子的接地。


我不确定这是否是正确的答案。0Vdc并不是实际存在的不可思议的事物,它始终是定义的点(并且很可能标记为GND或COM),因此ATX PSU也具有0Vdc端子,否则您将无法测量任何其他电压。
阿森纳

我遇到了同时具有GND和COM的电路。在设备的手册中完全提到了COM(端子X1的公共接地),它是24v的源极输入。当通过连接到COM(作为参考)的万用表GND测量时,电位为12v。当GND(作为参考)连接到X1时,电位为12v。当COM(作为参考)连接到X1时,电位为24v。如此总结。
哈利夫·罗斯兰

可以得出这样的结论:GND为0Vdc,COM为-12Vdc,X1为12Vdc,而X1通过外部继电器开关输入的信号为24Vdc。最初,我的想法是将0Vdc作为绝对值,并且始终为GND或COM,并且它们是相同的。但是,由于我看到了那条赛道,所以改变了我的理解。
哈利夫·罗斯兰

并且在手册中,他们特别提到要隔离GND和COM,我不确定是因为隔离噪声还是因为GND和COM之间存在电流。
哈利夫·罗斯兰

更正:或者因为GND和COM之间存在电位。
哈利夫·罗斯兰

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我总是将我的直流Psu 0v参考电压与交流接地隔离,以避免直流电路中出现交流噪声。然后,在无意间将交流电重新引入不受地线保护的直流电的情况下,我使用回到交流电的电桥来保护+和-dc。这是一种保护pnp,npn,人员和设备的故障安全方法。没有烟雾或爆炸,只有保护装置可以一直跳闸,除非故障已得到纠正。然后,我通过无电压aux / no / nc监视整个系统,以确定它是否在逻辑或布线中,并确定它是否在逻辑或物理事件中发生。然后,我责怪我的程序员或工程师。十分之九,我必须自己去纠正。

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