Dlaczego obwód powinien być uziemiony?

Dlaczego obwód tranzystora powinien być uziemiony? Rozumiem, że ziemia jest nieskończonym źródłem elektronów, a więc jest równoważna ujemnemu biegunowi baterii. Ale na tej stronie znajduje się zarówno zacisk ujemny, jak i obwód jest uziemiony. Jeśli dobrze zrozumiałem, aby obwód był kompletny, potrzebujemy dodatniego zacisku, niektórych elementów obwodu i ujemnego zacisku. Jeśli uziemienie jest równoważne biegunowi ujemnemu, dlaczego potrzebujemy go w pokazanym powyżej obwodzie? (Nawiasem mówiąc, wszystkie obwody w książce, o której mówię , nie były uziemione, dopóki tranzystory nie wystartowały. Można powiedzieć, że dodało to zamieszania)

Termin „ziemia” może oznaczać różne rzeczy. Gdy obwód jest oglądany lokalnie, masa jest po prostu jedyną siecią, którą ktoś wybrał, aby wywołać 0 V, tak że wszystkie pozostałe napięcia są rozumiane jako względne. Napięcie jest przecież pojęciem względnym. Nie ma czegoś takiego jak absolut 20 V, tylko 20 V tutaj w odniesieniu do tam . „Ground” to przydatna krótka forma dla zwykłego tam, więc nie musisz powtarzać.

Takie uziemienie jest często wybierane jako ujemne napięcie zasilania. To sprawia, że ​​inne napięcia są dodatnie, co po prostu ułatwia sprawy mentalnie. Zasadniczo próbujesz wybrać masę jako punkt w sygnałach obwodu i tym podobne, do których odnoszą się poszczególne podsekcje. Zazwyczaj wybór jest jasny i oczywisty. Czasami musisz po prostu wybrać jeden.

Druga „ziemia” odnosi się do rzeczywistego potencjału ziemi, a przynajmniej potencjału ogólnego otoczenia. Ma to znaczenie, gdy moc i sygnały przychodzą lub wychodzą z twojego małego obwodu. Aby uzyskać moc i bezpieczeństwo, musisz założyć, że użytkownik może być przywiązany do tej ziemi, i musisz upewnić się, że nie masz niebezpiecznego potencjału do uziemienia, aby uniknąć zetknięcia się z kimś. Uziemienie może mieć również znaczenie dla systemów radiowych, ponieważ niektóre typy anten faktycznie używają ziemi jako części całego systemu antenowego.

Z perspektywy obwodu uziemienie jest względne - to tylko nazwa drutu (ślad, sieć, węzeł itp.), Do którego inne rzeczy mogą być mierzone lub napędzane w odniesieniu do. Jako taki jest w dużej mierze arbitralny - na przykład istnieją (lub przynajmniej były) pojazdy silnikowe, w których dodatni zacisk akumulatora zamiast ujemnego był podłączony do masy podwozia. Dodanie symbolu uziemienia do książki w tym samym momencie, w którym wprowadzono tranzystory, jest albo zmianą stylu, albo ogólnym wzrostem złożoności schematów w punkcie, w którym złożoność rośnie, a tym samym zasady organizowania takie jak idea „węzła naziemnego” bardziej wartościowego.

W obwodzie komunikacyjnym, a zwłaszcza w radiu, „ziemia” może mieć jakieś dosłowne znaczenie lub przynajmniej implikację połączenia z ziemią (potencjalnie kołek przewodzący wbity głęboko w ziemię, być może z otaczającą glebą poddaną obróbce chemicznej, jeśli nie jest wystarczająco przewodzący). Ale może nie być to niezawodnie prawdziwe w przypadku krótkofalówki z ręki, a na pewno nie jest to prawdą w przypadku instalacji radiowej samolotu - w rzeczywistości potencjał „ziemi” samolotu może się znacznie różnić od potencjału „ziemi” samolotu podczas lotu .

Ale podczas gdy w obwodach uważamy „ziemię” za czysto względną, w chemii i fizyce istnieje koncepcja ładunku neutralnego, który w rzeczywistości jest absolutny. Ładunek neutralny jest tym, co miałbyś w atomie lub cząsteczce o takiej samej liczbie protonów i elektronów, lub jakiejś większej jednostce materii o równych liczbach netto. Absolutny ładunek obiektu określa siłę reguły prawej ręki, jakiej doznałby, poruszając się przez pole magnetyczne, podczas gdy ładunek względem innego pobliskiego ładunku określi pole elektryczne (i wynikową siłę) ustawione między nimi.

Ponieważ możemy również wytworzyć pole elektryczne między dwoma punktami w obwodzie, może być kuszące, aby myśleć o „ziemi” jako o ładunku neutralnym, ale ostatecznie nie ma nic, co by tak mówiło. Rzeczywiście, w stosunku do atmosfery, Ziemia ma ładunek ujemny, chociaż nie znajduję gotowej odpowiedzi co do absolutnego ładunku ziemi, znaczącej atmosfery lub dwóch razem wziętych. Przypuszczalnie jesteśmy lekko poddani działaniu pola magnetycznego Słońca, więc jeśli Ziemia miałaby wystarczająco duży ładunek netto, spowodowałaby pewne zaburzenia orbitalne, ale wówczas przedmiot magnetyzmu słonecznego jest niezwykle skomplikowany - w tym pętle pola zwane plamami słonecznymi, które mają swoje własne oczywiste skutki dla komunikacji radiowej i długich przewodów tutaj na ziemi ...

Chris udzielił bardziej złożonej odpowiedzi, więc zrobię prostą.

To zamieszanie jest męskim problemem języka angielskiego używającego tej samej nazwy dla różnych pojęć. Mówiąc po niemiecku, ten dziwny nowy teren nazwałby się masą i jest nieco inny niż prawdziwy.

Zasadniczo masa jest po prostu wygodnym węzłem w obwodzie. Teoretycznie może to być absolutnie dowolny węzeł w obwodzie (więcej na ten temat w odpowiedzi Chrisa), ale w praktyce jest to po prostu prostszy sposób pokazania połączenia z ujemnym biegunem akumulatora. Na przykład spójrz na ten obwód. Tutaj podłączyłem ujemny zacisk akumulatora do uziemienia, a katodę diodową do uziemienia. Który jest taki sam jak ten obwód, gdy katoda jest połączona bezpośrednio z biegunem ujemnym akumulatora.

Inną rzeczą, która zwykle towarzyszy masie, jest jedno zaciskowe źródło napięcia. Spójrz na ten obwód. Jest taki sam jak pozostałe dwa, ale tutaj w ogóle nie widzimy baterii. Zaletą takiego podejścia jest to, że wchodzisz teraz w prawdziwą elektronikę i możesz spodziewać się bardziej skomplikowanych obwodów. Mogą bardzo szybko bardzo skomplikować się w odczycie, więc jedno zaciskowe źródło napięcia i symbole „uziemienia” służą do pokazania, że ​​element jest podłączony do akumulatora. Na przykład w tym obwodzie nie ma znaczenia dla samego obwodu, jak wygląda źródło napięcia i jak emiter tranzystora jest podłączony do ujemnego zacisku.

Oto dwa śmieszne zdjęcia ilustrujące ziemię grawitacyjną ...

... i uziemienie elektryczne .

Zgrubienie i uziemienie w szerszym sensie są tymi samymi koncepcjami. Są to pojęcia związane z napięciem względnym. Za każdym razem, gdy weźmiemy coś o napięciu 0 woltów (potencjał zerowy), jest to określane jako uziemienie. Dla ex.lets rozważa 5 V. Oznacza to, że płyta ujemna jest przy 0 V, a dodatni przy 5 V. Jest to wrt uziemiony, a kiedy nie bierzemy wrt do uziemienia, oznacza to, że dodatnie napięcie wynosi 2,5 V, a ujemne wynosi -2,5 V, co ponownie daje 2,5 - (- 2,5) = 5 V. . W ten sposób UZIEMIENIE jest niczym innym, jak odniesieniem do tego, co przyjmujemy wrt 0V.