为什么在模拟电路时需要接地?我以为电压是两个节点之间的相对电压!


18

电子对我来说是很新的。

我采用了我能想到的最基本的电路:1V的电压源和1欧姆的电阻

据我所知,我应该获得(I = V / R)1安培的电流。但是模拟并没有给出解决方案,因此我应该有基础。

如果我有一个电压源,该电压源的两侧都有电位差,为什么还要接地?

我连接电路:

在此处输入图片说明

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


6
GND是您任意分配0V的点。如果您没有它,那么它就无法衡量任何潜在的可能性。
PlasmaHH

根据定义,电压是涉及空间中两个点的物理测量。因此,您的测量需要确定电路中的两个点(差分),或假设其中一个位置作为参考(接地)。
vicatcu

2
要添加到其他人。电源可以有一个内部参考电压,但这样做并不是为了给设计带来更大的灵活性。
R.Joshi

1
模拟器通常需要连接的电路图(不是必需的,而是极大的便利)。模拟器几乎总是有一个接地节点。上面的电路将具有一个浮动组件和一个仅由接地节点组成的组件。
copper.hat

电压是相对的,但模拟器需要知道将其相对的位置。
user253751

Answers:


26

您完全正确:电压仅在两个节点之间定义。

在许多电子电路中,都有一个恒定电压*电源连接到电路的许多部分。 按照惯例,电源的正极端子标记为“ V +”或“ Vcc”或...。

按照惯例,电源的负极端子称为“接地”。

按照惯例,我们通常不会在电路图中绘制V +网络或接地网络。相反,我们将事物连接到V +符号或接地符号。

最后,按照惯例,每当我们讨论电路任何一点的电压,我们都在隐式地谈论该点与接地网之间的电压。

您的仿真工具只是遵循了最后的约定。因此,它需要一个称为地的参考网。


*或其近似值


3
这个答案确实忽略了模拟器的内部数学机制。
Massimo Ortolano

1
@MassimoOrtolano那会是什么?
Pedro A

8
简而言之,由于电路中的电流仅取决于电势差,而不仅仅取决于电势,因此,如果不固定节点的电势,则从电路中获得的方程组不是唯一可解的,即,总是有无限的解决方案,其电压都相差一个常数。用于方程组数值解的大多数方法只有在方程组具有唯一解的情况下才起作用,否则它们将失败。通过固定接地,可以确保解决方案是唯一的(如果电路定义明确)。
Massimo Ortolano

1
另外,即使系统选择操作点,浮点数表示具有基于所述绝对从0偏移的可变精度
康纳狼

2
@Massimo Ortolano:我的观点是,不仅可以,而且无需使用相对于GND参考节点的电位,就可以更容易地建立方程系统。不这样做的原因是因为人类的惯例,而不是因为数学。
凝结

22

问题的细节是:

据我所知,我应该获得(I = V / R)1安培的电流。但是刺激并没有提供解决方案,说我应该有理由。

如果我有一个电压源,该电压源的两侧都有电位差,为什么还要接地?

它取决于模拟器的工作方式。模拟器需要一个参考点,该参考点由GND符号表示。在内部,引擎将确定系统方程式以及对此参考的响应。

由于物理原因,此限制在现实世界中不存在。


1
究竟。电路没有错。问题是模拟器限制的结果。
皮特·贝克尔

6
@PeteBecker我不同意。像模拟器这样的复杂工具很可能会选择一个任意节点作为参考,然后针对该参考执行所有计算,但将其隐藏给用户,仅向用户显示电压差。这将不利于用户体验,仅此而已。因此,根据设计,为了帮助用户,模拟器需要用户选择地面。这只是一个约定。
Pedro A

但是它仍然会选择一个节点。...要点是它需要参考一些东西。如果它随意选择一个节点,那么在仿真中如何以及在何处以及之间进行“探测”。每个航海探针都需要有所区别(这不是MATLAB的工作原理)
JonRB

@Hamsterrific-也许您看到我对“限制”的使用很苛刻。该电路无法在仿真器中工作的原因是,仿真器增加了实际电路中不存在的要求。尽管仿真器不喜欢它,但绘制的电路效果很好。
皮特·贝克尔

1
我个人讨厌模拟工具...您常常不得不“添加一些东西”以使模拟器保持快乐,而对于所谓的复杂工具,它们并不那么聪明...然后您会遇到不好的工程师,他们不知道cct是什么意味着在第一名做盲目的信任结果
JonRB

5

通常,假定电源的负(-)侧为0V,因此,如果将接地连接到负侧,则为0V。正(+)侧为1V(GND +差= 0 + 1 = 1)V。

如果将接地端置于正端,则负端将为-1V。


2
确实。该电路中有两个节点。依次将GND连接到每个GND上,看看仿真做了什么。不会花很长时间。
布赖恩·德拉蒙德

4

你说的很对。除非告知另一点将其与之比较,否则“输出”节点无法测量电压。那是“地面”点的唯一目的。

如果您不要求测量电压,您可能会认为它至少可以测量节点上的电流。但是,SW需要计算电压才能计算电流,因此它需要一个接地参考点进行自己的计算。


2

如果我有一个电压源,该电压源的两侧都有电位差,为什么还要接地?

原因是您如何描述电路。你是对的。所有电压跨越2点。没有“ IN点的电压是多少”这样的事情,您只能说“ IN和OUT之间的电压是什么”。

因此,为了简化对电路的讨论(和思考),通常的做法是在电路中将某物声明为“这是零”,然后将其称为“接地”。所以您可以说“ IN的电压为1V”,但实际上是“ Voltage地与 IN 之间的为1V”。

可以预期,仅凭模拟器,模拟器就不会没有地面。它显示“在点处”而不是“在点之间”的电压。如果不设置接地点,则不可能以这种方式显示结果,因此根本无法进行仿真。

我怀疑有些模拟器会起作用。这不是技术问题,而是结果显示方式的问题。


1

实际上,您不需要“地面”。您需要的是电阻器底部和电压源底部(负极)端子之间的连接。在模拟器中,这是通过连接列表完成的。如果将这两个连接到水管,特斯拉线圈的顶部,220伏交流电源,范德格拉夫发电机的顶部或本·富兰克林的风筝,则模拟器计算出的电阻器中的电流将相同。

因此,请回到模拟器,并确保已连接到电压源上的两个不同点和电阻上的两个不同点。

记住:抵抗是徒劳的!


0

我将尝试从严格的数学意义上回答您的问题。.您将了解为什么称为模拟器的糟糕小伙子无法在此处找到解决方案。

您的电路如下

在此处输入图片说明

如图所示,我们叫上端A和下端B。

VAVB=1V

从电阻器方面我们也知道

I=(VAVB)/RI=1

VAVBVAVB=1

VA=5VB=4VAVB=1

VAVB

仍然定义所有电压差和电流。但是没有绝对电压。

用于定义绝对电压(并为您的模拟器抛出解决方案)。您需要参考。通常选择该参考作为基础。

VAVB

VB=0

VA=1V

想想一个更简单的情况:

假设有20层楼房(假设每个楼层的高度均为10英尺)。并假设您正站在建筑物的12楼。

如果有人问你你站在什么高度。

您的答案是什么?

120英尺?你确定吗 ?

如果建筑物位于珠穆朗玛峰上(该峰本身距海平面约29000英尺)怎么办?

虽然您可以说从0楼到您。.的差是120英尺。虽然您可以说从一楼到您..区别是110ft。
除非您知道要测量的位置,否则无法定义绝对高度。

如果您的建筑位于珠穆朗玛峰上,则参考为海平面。那么您站立时的高度为29000ft + 120ft。

但是,如果您的参考位于0楼,则高度为120英尺。

我希望您了解模拟器所面临的困难。

模拟下面的两个电路,您将了解我在说什么。

  1. 零楼是参考: 在此处输入图片说明

  2. 海平面为参考:

在此处输入图片说明

祝一切顺利 !!


1
使用编辑器工具栏上的CircuitLab按钮时,可编辑的原理图将嵌入到您的帖子中。不需要CircuitLab帐户。没有屏幕抓图。没有上传。没有背景网格。
晶体管

-4

实际上有两个原因。

首先这是一个模拟。在现实世界中,如果将1 V电源(具有高电流容量(这意味着一个强大的电压源而不是普通的AA型电池)连接到1 Ohm电阻器,则您肯定会获得1 A的电流而无需接地。

但..

其次,它还用于现实世界中以产生负电压。而且仿真器想知​​道您要尝试做哪一个。如果将电源的负极接地,则电路与未接地的电路相等(几乎相等)。但是,如果将电源的正极接地,尽管电路的功能不会改变电路的测量值,意志和那将有所作为。

在第一个示例中,将底部(-端)接地1 V和0伏特(接地),压差为1 V,电流为1A。但是在第二个示例中,将顶部(+端)接地底部为-1 V,顶部为0 V,相差1 V,电流为1安培。两种电路的功能完全相同,但测量值分别为+1至0和0至-1。它们在这种方式上是不同的。因此,模拟器会要求您决定要编织哪一个。


我将一个强大的1伏电源的正极连接到一个1欧姆电阻的一侧,但电流为零。我需要更强大的电压源吗?
richard1941
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.