Warum sollte ein Stromkreis geerdet werden?

Warum sollte eine Transistorschaltung geerdet werden? So wie ich es verstehe, ist Erde eine unendliche Menge an Elektronen und entspricht dem negativen Pol einer Batterie. Aber in dieser Seite gibt es sowohl einen negativen Anschluss und die Schaltung ist ebenfalls geerdet. Wenn ich richtig verstanden habe, benötigen wir für eine vollständige Schaltung einen positiven Anschluss, einige Schaltungselemente und einen negativen Anschluss. Wenn die Erdung einem negativen Anschluss entspricht, warum benötigen wir sie in der oben gezeigten Schaltung? (Übrigens waren alle Schaltkreise in dem Buch, auf das ich mich beziehe , nicht geerdet, bis die Transistoren ansprangen. Man könnte sagen, dass dies zu der Verwirrung beitrug.)

Der Begriff "Boden" kann verschiedene Dinge bedeuten. Wenn ein Stromkreis lokal betrachtet wird, ist Masse einfach dasjenige Netz, das jemand ausgewählt hat, um 0 V zu nennen, so dass alle anderen Spannungen als relativ zu ihm verstanden werden. Spannung ist schließlich ein relativer Begriff. Es gibt keine absoluten 20V, nur 20V hier in Bezug auf dort . "Ground" ist eine handliche Kurzform für eine gemeinsame dort , damit Sie es nicht halten müssen sagen.

Eine solche Masse wird oft als negative Versorgungsspannung gewählt. Das macht andere Spannungen positiv, was die Dinge nur mental einfacher macht. Im Allgemeinen versuchen Sie, Masse zu wählen, da der Punkt in den Schaltungssignalen und dergleichen durch einzelne Unterabschnitte referenziert wird. Normalerweise gibt es eine klare und offensichtliche Wahl. Manchmal muss man einfach eine auswählen.

Der andere "Boden" bezieht sich auf das reale Erdpotential oder zumindest das Potential der allgemeinen Umgebung. Dies ist wichtig, wenn Strom und Signale von Ihrem kleinen Stromkreis kommen oder außerhalb desselben gehen. Aus Gründen der Kraft und Sicherheit müssen Sie davon ausgehen, dass ein Benutzer an diesen Grund gebunden sein könnte, und Sie müssen sicherstellen, dass Sie kein gefährliches Potenzial für den Grund haben, um das Zappen von Personen zu vermeiden. Erdung kann auch für Funksysteme von Bedeutung sein, da einige Antennentypen die Erde tatsächlich als Teil des gesamten Antennensystems verwenden.

Aus der Sicht der Schaltung ist Masse relativ - es ist nur ein Name für eine Leitung (Leiterbahn, Netz, Knoten usw.), an der andere Dinge gemessen oder in Bezug auf sie angesteuert werden können. Als solches ist es größtenteils willkürlich - zum Beispiel gibt es (oder gab es zumindest) Kraftfahrzeuge, bei denen der positive Batterieanschluss und nicht der negative mit der Karosseriemasse verbunden war. Das Hinzufügen eines Erdungssymbols in Ihrem Buch zum selben Zeitpunkt, als die Transistoren eingeführt wurden, ist entweder eine zufällige Änderung des Stils oder eine allgemeine Verbesserung der Verfeinerung der Diagramme zu einem Zeitpunkt, an dem die Komplexität zunimmt und somit Organisationsprinzipien hervorruft wie die Idee eines "Bodenknotens" wertvoller.

In einem Kommunikationsschaltkreis, insbesondere in einem Funkgerät, kann "Erde" eine wörtliche Bedeutung haben oder zumindest die Verbindung mit einer Erdung implizieren (möglicherweise ein leitfähiger Pfahl, der weit in den Boden getrieben wird, möglicherweise mit dem umgebenden Boden, der chemisch behandelt wird, wenn er nicht ausreichend ist leitend). Dies gilt jedoch möglicherweise nicht für ein tragbares Walkie-Talkie, und dies gilt sicherlich nicht für eine Flugzeugfunkanlage. Tatsächlich kann sich das Potenzial des "Bodens" des Flugzeugs während des Flugs erheblich von dem des "Bodens" unterscheiden .

Während wir in der Schaltungstechnik "Masse" als rein relativ betrachten, gibt es in Chemie und Physik einen Begriff der neutralen Ladung, der tatsächlich absolut ist. Eine neutrale Ladung ist das, was Sie in einem Atom oder Molekül mit der gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen oder einer größeren Einheit von Materie mit der gleichen Nettozahl haben würden. Die absolute Ladung eines Objekts bestimmt die Kraft der rechten Hand, die es erfahren würde, wenn es sich durch ein Magnetfeld bewegen würde, während die Ladung relativ zu einer anderen Ladung in der Nähe das elektrische Feld (und die resultierende Kraft) bestimmt, die sich zwischen den beiden aufbaut.

Da wir auch ein elektrisches Feld zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis erzeugen können, könnte es verlockend sein, sich vorzustellen, dass "Masse" eine neutrale Ladung hat, aber letztendlich gibt es nichts, was besagt, dass dies der Fall sein muss. In der Tat hat die Erde im Verhältnis zur Atmosphäre eine negative Ladung, obwohl ich keine eindeutige Antwort auf die absolute Ladung der Erde, der sinnvollen Atmosphäre oder der beiden zusammen finde. Vermutlich sind wir geringfügig dem Magnetfeld der Sonne ausgesetzt. Wenn die Erde also eine ausreichende Nettoladung hätte, würde dies zu einer Orbitalstörung führen, aber das Thema Sonnenmagnetismus ist immens kompliziert - einschließlich der Feldschleifen, die als Sonnenflecken bezeichnet werden und ihre eigenen mehr haben offensichtliche Auswirkungen auf die Funkkommunikation und lange Drähte hier auf der Erde ...

Chris gab eine komplexere Antwort, also mache ich eine einfache.

Diese Verwirrung ist ein männliches Problem der englischen Sprache, die denselben Namen für verschiedene Konzepte verwendet. In etwa Deutsch würde dieses seltsame Neuland Masse heißen und ist ein bisschen anders als echtes Terrain.

Grundsätzlich ist die Masse nur ein bequemer Knoten in der Schaltung. Theoretisch kann es sich um absolut jeden Knoten in der Schaltung handeln (mehr dazu in Chris 'Antwort), aber in der Praxis ist es nur eine einfachere Möglichkeit, die Verbindung zum Minuspol der Batterie zu zeigen. Schauen Sie sich zum Beispiel diese Schaltung an. Hier habe ich den Minuspol der Batterie mit Masse und die Diodenkathode mit Masse verbunden. Dies ist das Gleiche wie bei dieser Schaltung, bei der die Kathode explizit mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist.

Eine andere Sache, die normalerweise mit der Masse kommt, ist die eine Klemmenspannungsquelle. Schauen Sie sich diese Schaltung an. Es ist dasselbe wie bei den anderen beiden, aber hier sehen wir die Batterie überhaupt nicht. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Sie sich jetzt mit echter Elektronik befassen und komplexere Schaltungen erwarten können. Das Ablesen kann sehr schnell sehr kompliziert werden, so dass die eine Klemmenspannungsquelle und die "Masse" -Symbole verwendet werden, um anzuzeigen, dass die Komponente an die Batterie angeschlossen ist. Beispielsweise ist es in dieser Schaltung für die Schaltung selbst völlig irrelevant, wie die Spannungsquelle aussieht und wie der Emitter des Transistors mit dem negativen Anschluss verbunden ist.

Hier sind zwei lustige Bilder, die einen Gravitationsgrund veranschaulichen ...

... und eine elektrische Masse .

Erdung und Erdung im weiteren Sinne sind die gleichen Konzepte. Dies sind die Konzepte, die sich auf die relative Spannung beziehen. Wenn wir etwas von 0 Volt (Nullpotential) nehmen, wird dies als Erdung bezeichnet bei 0V und positiv ist bei 5V. Dies bedeutet, dass positiv bei 2,5V und negativ bei -2,5V ist, was wiederum 2,5 - (- 2,5) = 5V ergibt . Somit ist ERDUNG nichts anderes als die Referenz, die wir für 0 V nehmen.