Co to jest napięcie ujemne?

Ogólne pytanie dotyczące elektroniki: co to jest napięcie ujemne, na przykład -5 woltów?

Z mojej podstawowej wiedzy wynika, że ​​energia jest generowana przez elektrony wędrujące od strony minusowej do dodatniej strony źródła zasilania (zakładając tutaj moc prądu stałego). Czy napięcie ujemne, gdy elektrony wędrują od + do -?

Dlaczego niektóre urządzenia nawet tego potrzebują, co jest w tym takiego wyjątkowego?

Ktoś może lepiej wytłumaczyć to niż ja, ale najważniejsze jest, aby pamiętać, że napięcie to potencjalna różnica. W większości przypadków część „różnica” jest różnicą między pewnym potencjałem a potencjałem ziemi. Kiedy ktoś mówi -5v, mówi, że jesteś pod ziemią.

Należy również pamiętać, że napięcie jest względne. Tak jak wspomniałem wcześniej, większość ludzi odnosi się do „ziemi”; ale co jest mielone? Można powiedzieć, że uziemienie jest uziemieniem, ale co z przypadkiem, gdy masz urządzenie zasilane bateryjnie, które nie ma kontaktu z uziemieniem. W tej sytuacji musimy potraktować dowolny arbitralny punkt jako „grunt”. Zwykle ujemny zacisk na baterii jest tym, co rozważamy na podstawie tego odniesienia.

Teraz rozważ przypadek, w którym masz 2 baterie szeregowo. Gdyby oba były 5 woltów, to powiedziałbyś, że miałbyś łącznie 10 woltów.

Ale założenie, że otrzymujesz 0 / + 10, opiera się na „uziemieniu” jako ujemnym biegunie akumulatora, który nie dotyka drugiej baterii, a następnie 10 V jako położeniu dodatniego bieguna, który nie dotyka inna bateria. W tej sytuacji możemy podjąć decyzję, aby połączenie między dwoma akumulatorami było naszym „uziemieniem”. To spowodowałoby + 5 V na jednym końcu i -5 V na drugim końcu.

Oto, co próbowałem wyjaśnić:

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

Wyobraź sobie, że mierzysz wysokość samochodu. Możesz wziąć centymetr i zmierzyć odległość od ziemi do dachu samochodu. „Dach tego samochodu znajduje się 4 stopy nad ziemią”.

Możesz także stanąć na dachu samochodu i zwisać taśmą mierniczą aż do ziemi. „Ziemia znajduje się 4 stopy poniżej dachu tego samochodu”.

Napięcie działa w ten sam sposób. Znak ujemny jest tylko konwencją, w taki sam sposób, w jaki samochód ma tę samą wysokość, niezależnie od tego, w jaki sposób go mierzysz. Odwróć przewody multimetru, a znak ujemny zniknie.

dlaczego nie ..

Powiedzieć, że masz napięcie + 5 V w punkcie A oznacza, że ​​punkt A jest o 5 woltów bardziej dodatni niż wybrana masa.

Powiedzieć, że masz napięcie -5 V w punkcie B oznacza, że ​​„masa” jest o 5 woltów dodatnia niż w punkcie B.

Znak informuje tylko o polaryzacji napięcia względem węzła uziemienia.

Napięcie jest różnicą potencjału. Jeśli podłączę zacisk A urządzenia do potencjału 30 woltów, a zacisk B do potencjału 20 woltów. Potencjał od A do B wynosi 10 woltów, ale potencjał od B do A wynosi - 10 woltów.

Pomyśl o tym, że jest to wysoki budynek Aby przejść z piętra 30 na piętro 20, zejdź 10 pięter.

Odpowiedź na pierwszą część tego pytania jest bardzo dobra.

Co do drugiej części, to możeweź najniższy zacisk zasilania z zasilacza i wywołaj 0 V, wtedy każde inne napięcie będzie dodatnie. Byłoby to jednak bardzo niewygodne dla wielu obwodów. Na przykład typowe źródła zasilania obwodu wzmacniacza operacyjnego to + 12V i -12 V. Możesz ponownie oznaczyć wyjście -12V jako „uziemienie”, wtedy stare uziemienie będzie + 12V, a stare + 12V będzie +24 V. Ponadto wszystkie twoje sygnały będą odnosić się do + 12V i będziesz musiał wziąć to pod uwagę przy każdym pomiarze. Ponadto, duża moc jest wykorzystywana między najwyższą a środkową mocą wyjściową (w efekcie ładunek na górnej mocy pierwotnie pochodził ze środkowej mocy wyjściowej i chce tam wrócić), to samo z najniższą mocą wyjściową. Podsumowując, łatwiej jest oznaczyć środkowe wyjście 0 V (masa) i pracować z dodatnimi i ujemnymi napięciami.

Wszystko to ignoruje problemy z uziemieniem. W prawdziwym życiu często moc wyjściowa uziemienia jest dosłownie uziemiona, a myślenie o całej Ziemi jako o napięciu + 12V byłoby po prostu dziwne.

Niektóre wzmacniacze operacyjne, na przykład weteran 741, wymagają zasilania w postaci dwóch napięć, jednego dodatniego, a drugiego ujemnego w stosunku do uziemienia lub zera poziomu wejściowego i wyjściowego sygnału. W tym kontekście naturalne jest mówienie o zasilaniu jest + 15v i -15v (są to wartości powszechnie podawane dla 741)

Napięcie przemienne, takie jak napięcie sieciowe prądu przemiennego, waha się dodatnio i ujemnie względem linii neutralnej, która jest bardzo bliska potencjałowi ziemi, więc „neutralny” jest uważany za napięcie zerowe.

Napięcie między dwoma punktami fizycznymi i jest zdefiniowane jako$A$$B$

$V_{AB} = - \displaystyle \int\limits_{A}^{B} \vec{E}.d\vec{\ell},$

gdzie jest polem elektrycznym na ścieżce integracji.$\vec{E}$

A $V_{AB}$ staje się ujemne lub dodatnie (lub po prostu zero) zgodnie z tą integracją. Na przykład, jeśli zamienisz punkty i , znak się zmieni.$A$$B$

Jeśli na przykład twój zasilacz pokazuje uziemienie, 5 V, -5 V, wtedy twój zacisk uziemienia jest dodatni względem -5 V, dostajesz 5 V z ziemi w ten sposób. Jeśli użyjesz zacisków 5v i -5v, będziesz używał -5v jako uziemienia i dostaniesz 10v z zacisku 5v Jeśli powiesz, że był też zacisk 3v, dostaniesz 8v z zacisku 3v używając - 5v jako ziemia. Proste pytanie, prosta odpowiedź dla ludzi. Prawdopodobnie wiem o tym mniej niż wszyscy inni, którzy tutaj skomentowali.

Cóż, po prostu wrzuć moje dwa centy, powiedzmy, że masz nieuziemione urządzenie. Przy napięciu +10 wolisz oczekiwać prądu z baterii poprzez widżet, a potem ... gdzie? To tylko 10 woltów, więc łuk w powietrzu do ziemi nie jest tak naprawdę możliwy, ale może przejść przez obudowę do ręki użytkownika lub ładunek może po prostu pozostać na drugim końcu widżetu. Więc teraz masz +10 woltów z jednej strony i +8 woltów lub coś z drugiej, względem ziemi. Jednak peruka widzi tylko różnicę 2 woltów.

Przy aa + 5 V i -5 V prąd jest wpychany do widżetu i wyciągany z widżetu.

Energia nie jest generowana przez wędrujące elektrony. W rzeczywistości elektron może wędrować po całym miejscu bez żadnego napięcia. Energii nie można wytworzyć ani zniszczyć. Pochodzi z jakiegoś miejsca i gdzieś idzie. Na przykład, gdy obracasz korbą generatora, tak naprawdę nie generujesz mocy; po prostu przenosicie moc, którą rośliny pochłonęły od słońca, zanim jecie i trawicie. Powinieneś sprzedawać taki generator jak „zasilany przez termojądrową syntezę jądrową”.