Dlaczego potrzebuję uziemienia podczas symulacji obwodu? Myślałem, że napięcie jest względne między dwoma węzłami!

Elektronika jest dla mnie bardzo nowa.

Wziąłem najbardziej podstawowy obwód, jaki mogłem wymyślić: źródło napięcia 1 V i rezystor 1 Ohm

O ile rozumiem, powinienem uzyskać prąd (I = V / R) 1 Amper. Ale symulacja nie daje rozwiązania i powiedziała, że ​​powinienem mieć grunt.

Dlaczego powinienem mieć uziemienie, jeśli mam źródło napięcia, które daje różnice potencjałów z jego dwóch stron?

Załączam obwód:

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

Masz całkowitą rację: napięcie jest definiowane tylko między dwoma węzłami.

W wielu obwodach elektronicznych znajduje się zasilacz o stałym napięciu *, który łączy się z wieloma częściami obwodu. Zgodnie z konwencją , bardziej dodatni zacisk zasilacza jest oznaczony „V +” lub „Vcc” lub…

Umownie , bardziej ujemny zacisk zasilacza nazywa się „masą”.

Zgodnie z konwencją często nie rysujemy ani siatki V +, ani siatki uziemienia na schematach obwodów. Zamiast tego łączymy rzeczy z symbolem V + lub z symbolem uziemienia.

I wreszcie, zgodnie z konwencją , ilekroć mówimy o napięciu w dowolnym punkcie obwodu, domyślnie mówimy o napięciu między tym punktem a siecią naziemną.

Twoje narzędzie do symulacji po prostu honoruje ostatnią konwencję. Dlatego wymaga siatki referencyjnej o nazwie ziemia.

* lub ich przybliżenie

specyfika pytania brzmi:

O ile rozumiem, powinienem uzyskać prąd (I = V / R) 1 Amper. Ale stymulacja nie daje rozwiązania i mówię, że powinienem mieć grunt.

Dlaczego powinienem mieć uziemienie, jeśli mam źródło napięcia, które daje różnice potencjałów z jego dwóch stron?

Wszystko sprowadza się do działania symulatorów. Symulatory wymagają punktu odniesienia, który jest oznaczony symbolem GND. wewnętrznie silnik określi równanie systemu i reakcje na to odniesienie.

To ograniczenie nie istnieje w świecie rzeczywistym z powodu fizyki.

Zwykle „zakłada się”, że strona ujemna (-) zasilacza wynosi 0 V, więc jeśli podłączysz uziemienie do strony ujemnej, będzie to 0 V., a strona dodatnia (+) będzie wynosić 1 V (GND + różnica = 0 + 1 = 1) V.

Jeśli umieścisz grunt po stronie dodatniej, stroną ujemną będzie -1 V.

Masz rację. Węzeł „wyjściowy” nie może zmierzyć napięcia, chyba że powie mu się inny punkt do porównania. Jest to jedyny cel punktu „naziemnego”.

Jeśli nie poprosisz o pomiar napięcia, możesz pomyśleć, że może on przynajmniej zmierzyć prąd w węźle. Ale SW musi obliczyć napięcia, aby obliczyć prądy, więc potrzebuje własnego punktu odniesienia dla własnych obliczeń.

Dlaczego powinienem mieć uziemienie, jeśli mam źródło napięcia, które daje różnice potencjałów z jego dwóch stron?

Powodem jest to, jak opisujesz obwód. Masz rację. napięcie jest w poprzek 2 punktów. Nie ma czegoś takiego jak „jakie jest napięcie w punkcie IN”, można jedynie powiedzieć „jakie jest napięcie między IN a OUT”.

Dlatego, aby uprościć mówienie (i myślenie) o obwodzie, powszechną praktyką jest deklarowanie czegoś w obwodzie jako „to zero” i nazywanie go „uziemieniem”. Możesz więc powiedzieć „Napięcie przy IN wynosi 1 V”, ale tak naprawdę masz na myśli „Napięcie między ziemią a IN wynosi 1 V.”

Oczekuje się, że symulator nie będzie działał bez podłoża, patrząc tylko na niego. Pokazuje napięcia „w punktach”, a nie „między punktami”. Bez ustawienia punktu początkowego nie jest możliwe prezentowanie wyników w ten sposób, więc uruchomienie symulacji w ogóle nie ma sensu.

Podejrzewam, że istnieją pewne symulatory, które mogłyby działać. To nie jest problem techniczny, to problem prezentacji wyników .

W rzeczywistości nie potrzebujesz „podłoża”. Potrzebne jest połączenie między dolną częścią rezystora a dolną (ujemną) końcówką źródła napięcia. W symulatorze odbywa się to za pomocą listy połączeń. Jeśli te dwa są podłączone do rury wodociągowej, górnej części cewki Tesli, 220 V prądu przemiennego, góry generatora Van De Graf lub latawca Bena Franklina, prąd w rezystorze obliczony przez symulator będzie taki sam .

Wróć więc do symulatora i upewnij się, że istnieją połączenia z DWÓMI RÓŻNYMI punktami na źródle napięcia i dwoma różnymi punktami na rezystorze.

Pamiętaj: opór jest daremny!

Spróbuję odpowiedzieć na twoje pytanie w ścisłym sensie matematycznym. Zrozumiesz, dlaczego biedny facet zwany symulatorem nie jest w stanie znaleźć rozwiązania.

Twój obwód jest następujący

Wywołaj górny zacisk A i dolny B, jak pokazano na rysunku.

$V_A - V_B = 1V$

Wiemy również od strony rezystora, że

$I = (V_A - V_B) / R$$I= 1$

Teraz mogę dać ci nieskończoną liczbę $V_A$$V_B$$V_A - V_B = 1$

$V_A=5$$V_B=4$$V_A-V_B=1$

$V_A$$V_B$

Wszystkie różnice napięć i prądów są nadal określone. Ale napięcia absolutne nie są…

Aby zdefiniować napięcie bezwzględne (i aby Twój symulator rzucił rozwiązanie). Potrzebujesz referencji. Odniesienie to jest zwykle wybierane jako podstawa.

$V_A$$V_B$

$V_B=0$

$V_A=1$$V_B$

Pomyśl o jeszcze prostszej sytuacji:

Powiedzmy, że jest 20 piętrowy budynek (powiedzmy, że każde piętro ma 10 stóp wysokości). i powiedzmy, że stoisz na 12. piętrze budynku.

Jeśli ktoś zapyta Cię, na jakiej wysokości stoisz ...

Jaka byłaby twoja odpowiedź?

120 stóp? Jesteś pewny ?

Co jeśli budynek znajduje się na Mount Everest (który sam w sobie jest około 29000 stóp od poziomu morza)?

Chociaż możesz powiedzieć, że od 0 piętra do ciebie .. różnica wynosi 120 stóp. Chociaż można powiedzieć, że od 1. piętra do ciebie .. różnica wynosi 110 stóp.
Nie możesz określić swojej bezwzględnej wysokości, chyba że wiesz, skąd mierzysz.

Jeśli budujesz, to na Mount Everest, a twoim odniesieniem jest poziom morza. wtedy wysokość, na której stoisz, wynosi 29000 stóp + 120 stóp.

Jeśli jednak Twoim odniesieniem jest 0 piętro, wysokość wynosi 120 stóp.

Mam nadzieję, że rozumiesz trudność, przed którą stoi symulator.

Symuluj poniższe dwa obwody, a zrozumiesz, o czym mówię ...

1. Podłoga Zeroth stanowi odniesienie:

2. Poziom morza stanowi odniesienie:

Wszystkiego najlepszego !!

Właściwie są dwa powody.

Po pierwsze to symulacja. W prawdziwym świecie, jeśli podłączysz źródło zasilania 1 V (o wysokiej wydajności prądowej (co oznacza potężne źródło napięcia, a nie zwykłą baterię typu AA)) do rezystora 1 Ohm, na pewno otrzymasz 1 A bez uziemienia.

Ale..

Po drugie, jest również używany w świecie rzeczywistym do tworzenia ujemnych napięć. Symulator chce wiedzieć, który próbujesz zrobić. Jeśli uziemisz ujemną stronę źródła zasilania, obwód jest równy, ponieważ go nie uziemiłeś (prawie równy). Ale jeśli uziemisz dodatnią stronę źródła zasilania, chociaż funkcja obwodu nie zmienia pomiarów w obwodzie i to by miało znaczenie.

W pierwszym przykładzie, gdy uziemisz dolną część (- koniec), masz 1 V i 0 V (uziemienie), różnica wynosi 1 V, a prąd wynosi 1 A. Ale W drugim przykładzie, gdy uziemisz górną (+ koniec), będziesz mają -1 V na dole i 0 V na górze, różnica wynosi 1 V, a prąd wynosi 1 Amper. Oba obwody działają dokładnie w ten sam sposób, ale pomiary wynoszą od +1 do 0 w porównaniu z 0 do -1. I różnią się w ten sposób. SO symulator prosi o decyzję, którą z nich chcesz zbudować.