Terminale “Terra” vs. “Terra” vs. comune vs. negativo

Potrei non essere laureato in ingegneria elettrica o elettronica, ma l'intera nozione di "terra" e "terra", quando usata negli schemi dei circuiti elettrici (in particolare i circuiti integrati), è estremamente confusa. Immagino che l'intera nozione di current"derivare" dal terminale positivo (che è spesso come la corrente sembra essere descritta) mi sembra arretrata e fuorviante, data la descrizione meccanica quantistica della corrente elettrica come flusso di elettroni. Quindi, vorrei solo chiarire la mia comprensione delle cose.

Per prima cosa ... assicurarsi che la mia comprensione della tensione e della corrente sia corretta. Supponendo un contesto di corrente diretta (capisco che le cose sono più complesse quando si usa la corrente alternata e capisco che è possibile avere una base su un terminale positivo in alcuni sistemi e cose del genere).

A. Il terminale positivo in un circuito è ciò che crea tensione. La tensione è un potenziale , quindi dato che sono gli ioni positivi, per esempio, in una batteria, che sono generalmente fissati in posizione, ha senso che il terminale + in un circuito crei tensione.

B. Il terminale negativo in un circuito è ciò che fornisce corrente. La corrente è il flusso di elettroni e quel flusso è diretto verso il terminale che sta creando il potenziale per la corrente.

Supponendo che queste affermazioni siano vere ... allora perché il termine "terra" (principalmente) o talvolta il simbolo di "terra" viene utilizzato così ampiamente negli schemi dei circuiti elettrici? Perché è terra o terra, piuttosto che solo un terminale negativo, o un terminale 0V, o forse solo un terminale "comune"? L'uso della terra o del simbolo della terra, in particolare negli schemi circuitali IC (che non sono necessariamente utilizzati in circuiti che sono anche lontanamente in grado di essere "messi a terra" sulla terra ... come in un aeroplano o un veicolo spaziale, o anche qualsiasi il numero di sistemi isolati e isolati che non possono essere collegati direttamente alla terra), è estremamente confuso per me.

È solo una vecchia convenzione che non è mai stata infranta? La messa a terra (il terminale GND) o il simbolo di terra in uno schema elettrico è solo una cosa che viene fatta, perché è sempre così? Perché è così che è sempre stato insegnato? Significa davvero solo un terminale negativo o un terminale da cui fluiscono gli elettroni? Quando è effettivamente necessario l'uso di una terra letterale, un punto in cui un circuito si collega effettivamente alla terra letterale? Sembra chiaro che non tutti i circuiti, come un circuito integrato, non hanno effettivamente bisogno di una connessione letterale alla terra per funzionare.

Beh, scusa se questa è una domanda strana, tuttavia, dato che gioco sempre di più con l'elettronica, e dal momento che sto alimentando la maggior parte dei miei piccoli progetti con le batterie, l'intero concetto mi sembra strano e confuso ... non c'è letterale "terra" o "terra" coinvolti nel circuito. Solo i terminali della batteria e le parti elettroniche.

I problemi:

Innanzitutto , le correnti non "provengono" dal terminale positivo. Questo è un malinteso molto comune, chiamato "errore sequenziale" nei libri di testo dell'elettricità nelle scuole elementari. Il problema di base è che i fili non sono come tubi vuoti. E l'alimentatore non li riempie. Invece, i fili sono già pre-riempiti di carica, in modo che le correnti compaiano sempre ovunque in un circuito, tutto allo stesso tempo. ("Corrente" significa flusso di carica. Quando un cerchio di cariche mobili inizia a fluire, "corrente" appare nell'intero anello. Questa è la regola di base del circuito.)

In altre parole, i circuiti elettrici si comportano come ruote e cinture. Allo stesso modo, il metallo di una catena da bici non "proviene" da una posizione particolare sul pignone. Non "inizia" ad un certo punto. Invece, l'intero cerchio è fatto di catena. Inoltre, tutta la catena era lì prima che esistesse qualsiasi alimentatore. Con le catene da bici, quando viene applicata una forza, il tutto gira. Con i circuiti, quando viene applicata una differenza di potenziale , tutte le cariche mobili all'interno dell'anello (all'interno del circuito) iniziano tutte a muoversi come un'unità, come una catena solida in un cerchio completo. Ma quelle cariche erano già all'interno dei fili prima che qualsiasi batteria fosse collegata. I cavi sono come tubi riempiti d'acqua.

In secondo luogo, il potenziale elettrico può esistere solo tra due punti e un singolo punto su un circuito non "ha mai una tensione". Questo è vero perché la tensione è un po 'come l'altitudine: un oggetto non può "avere un'altitudine", poiché l'altezza può essere misurata solo tra due punti. Non ha senso discutere l'altezza o la lunghezza o l'altitudine di un oggetto. Altitudine sopra cosa? Sopra il pavimento? Sopra il terreno fuori dall'edificio? Altitudine sopra il centro della Terra? Ogni oggetto avrà infinite altitudini contemporaneamente!

La tensione ha esattamente lo stesso problema: un terminale può solo "avere una tensione" rispetto a un altro terminale. La tensione agisce come la lunghezza: la tensione e la lunghezza sono misurazioni doppie. O in altre parole, un terminale in un circuito ha sempre molte tensioni diverse allo stesso tempo, a seconda di dove posizioniamo l' altro cavo del misuratore.

In terzo luogo , nei circuiti la forza motrice è fornita dai terminali di alimentazione positivo e negativo, entrambi contemporaneamente. E, cosa più importante: il percorso per la corrente è attraverso l'alimentazione. Gli alimentatori sono cortocircuiti. Un alimentatore ideale si comporta come un resistore a zero ohm. Pensaci: in una bobina a dinamo, le cariche passano attraverso la bobina e si ritirano di nuovo. Il filo ha una resistenza molto bassa. Stessa cosa con le batterie: il percorso per la corrente è attraverso la batteria e di nuovo indietro. Le piastre della batteria sono cortocircuitate da elettrolita molto conduttivo.

Esempio:
Ecco una descrizione corretta di una torcia. Le cariche iniziano all'interno del filamento di tungsteno. Quando l'interruttore è chiuso e il circuito è completo, un'estremità del filamento si carica positivamente, l'altra negativa. Questo costringe le stesse accuse del filamento a iniziare a fluire. Le cariche si spostano dal filamento e si trasformano in un filo, mentre allo stesso tempo, altre cariche stanno arrivando all'altra estremità del filamento. Queste cariche sono fornite dai fili metallici (e, prima che l'interruttore fosse acceso, tutti i conduttori erano già pieni di cariche mobili.) Continuando, le cariche che erano nel filamento fluiranno in un filo, si spostano lentamente verso la batteria (ci vogliono minuti o ore per arrivarci), quindi scorrere attraverso la batteria ed uscire di nuovo. Esse escono dall'altro terminale della batteria, rifluiscono all'altra estremità del filamento, quindi finiscono dove hanno iniziato. Un "circuito completo". Le cariche sono come una cinghia di trasmissione, o come una ruota rotante o una catena per bici. La batteria carica le cariche, ma non fornisce le cariche. Il rame e il tungsteno forniscono le cariche che scorrono nel circuito della torcia. Le cariche si muovono abbastanza lentamente, ma poiché iniziano a muoversi tutte contemporaneamente, la lampadina si illumina all'istante, anche se i fili sono piuttosto lunghi.

Quarto: tutti gli ioni positivi all'interno di una batteria sono estremamente mobili . Non sono certamente bloccati sul posto. Se lo fossero, le batterie sarebbero isolanti e non funzionerebbero. Alcune batterie si basano sul flusso di ioni positivi in ​​una direzione e di ioni negativi nell'altra. Le batterie al piombo acido sono diverse. Nell'acido fluiscono solo i protoni. Gli acidi sono conduttori di protoni.

Ma attenzione: le batterie aggiungono ulteriore complessità che può far deragliare una spiegazione.

Sostituisci invece la batteria della tua torcia con una bobina grande e una supermagnet. Collegalo alla lampadina. Spingi il supermagnet nella bobina e la lampadina lampeggia brevemente. Da dove vengono le accuse? In che modo un magnete mobile può creare cariche? NON. Le dinamo e le batterie sono pompe di carica. Il magnete mobile forza le stesse cariche del filo per iniziare a muoversi. (Una pompa non fornisce il materiale pompato!) Il magnete mobile provoca una corrente, perché applica una forza di pompaggio EM alle cariche mobili già all'interno del metallo.

Cattivo conduttore. Male!
Ecco un chiarimento. Molti libri di testo introduttivi forniscono la definizione errata di "conduttore". Totalmente sbagliato ed estremamente fuorviante. Ti insegneranno che i conduttori "lasciano passare le cariche" (o, passano l'elettricità o la corrente). I conduttori non sono come tubi cavi. I conduttori non sono trasparenti all'elettricità. Invece, "conduttore" significa "un materiale che è pieno di cariche mobili". I conduttori sono come serbatoi pieni d'acqua. Sono come acquari o tubi pre-riempiti. I conduttori obbediscono alla legge di ohm: quando applichiamo una differenza di tensione alle estremità di un filo, il flusso di cariche dipende dalla resistenza del filo, I = V * R. Sono le cariche del filo che fanno scorrere. Pensaci: l'aria è un isolante, anche il vuoto è un isolante, ma come può il vuoto bloccare il flusso di cariche? Il vuoto non è necessario. Non ci sono cariche mobili presenti nel vuoto, ecco cosa lo rende isolante.)

Tutto ciò porta a un concetto importante. Ogni volta che prendiamo un pezzo di filo e agganciamo le estremità per formare un anello chiuso, abbiamo creato una "cinghia di trasmissione invisibile", un anello di carica mobile all'interno del filo non mobile. Inserisci un polo magnetico nel passante metallico e tutte le cariche del filo si muoveranno come una ruota. È una piscina a forma di anello, e se spingiamo sull'acqua, possiamo far ruotare tutta l'acqua come un volano, mentre la piscina stessa rimane ferma.

QUINTO , le correnti non sono arretrate, perché le correnti elettriche non sono flussi di elettroni.

In particolare, la polarità delle cariche fluenti dipende dal tipo di conduttore. Sì, nei metalli solidi, le cariche mobili sono elettroni. Ma ci sono molti conduttori in cui nessun elettrone può muoversi. I più vicini sono il cervello e il sistema nervoso: flussi simultanei di ioni positivi e negativi in ​​direzioni opposte, senza flussi di elettroni. L'acqua salata, gli "elettroliti" compreso il suolo e gli oceani non sono conduttori di elettroni.

Esempio più strano: gli acidi sono conduttivi perché sono pieni di ioni idrogeno positivi + H. Un altro nome per uno ione + H è ... "il protone". Quando metti degli ampere attraverso l'acido, la corrente è un flusso di protoni. (Heh, se ci sono delle correnti al suolo nello sporco, e lo sporco è acido piuttosto che salato, allora quelle correnti sono flussi di protoni!)

In altre parole, "ampere" può essere il flusso di elettroni o il flusso di protoni o il sodio positivo che passa attraverso il cloruro negativo andando nell'altra direzione. Oppure, gli elettroni veloci vanno in una direzione in una scintilla, mentre gli ioni di azoto lenti vanno avanti o indietro a seconda che siano ionizzati pos o neg. E nei semiconduttori di tipo p, la corrente è un flusso di "posti vacanti reticolari" nel cristallo! (Ogni posto vacante espone un protone di silicio in eccesso, quindi ciascuno di essi ha una vera carica positiva. I "buchi" si muovono per trasferimento di elettroni, ma ogni foro è davvero carico positivamente.)

Con tutta la complessità di cui sopra, come possiamo eventualmente descrivere cosa sta succedendo all'interno dei circuiti? Facile: è già fatto per noi. Copriamo le cariche in movimento e le ignoriamo. Ignoriamo la loro velocità di flusso e la loro quantità. Ignoriamo la loro polarità. Invece sommiamo tutte le varie cariche che potrebbero essere all'interno di qualsiasi conduttore, calcoliamo la portata totale e chiamiamo questo "ampere". Il tuo conduttore è un tubo pieno d'acqua salata? Mettici attorno un amperometro a pinza e leggi le ampere. La densità di ioni non ha importanza. La velocità degli ioni non ha importanza e potrebbe persino essere un tubo acido pieno di protoni, anziché un tubo dell'acqua di mare. Gli amplificatori sono amplificatori.

Gli ampere sono anche chiamati "corrente convenzionale" o semplicemente "corrente elettrica".

Molto importante: gli ampere non sono flusso di carica. Un conduttore potrebbe avere un amplificatore, ma questo non ci dice nulla delle cariche all'interno. Potrebbero esserci alcune cariche che scorrono veloci o molte cariche che scorrono lentamente. Potrebbero esserci cariche positive che vanno avanti, o negano che vanno indietro, o entrambe allo stesso tempo (come con i corpi umani che ricevono scosse elettriche CC). Tutta quella roba è coperta, e tutto ciò che ci rimane sono le ampere ... ampere di corrente convenzionale.

OK, torniamo a GND contro COM contro TERRA.

"Terra" è confuso perché la parola è quasi sempre usata male.

Nei circuiti, scegliamo quasi sempre un terminale di alimentazione come "comune" e colleghiamo un cavo voltmetro ad esso. Non è collegato a terra, quindi non dovremmo davvero chiamarlo "terra" (non è collegato a un palo di metallo spinto nella terra!) Invece è solo il punto tradizionale per effettuare letture di tensione. È un accordo silenzioso! Poiché le tensioni sono misurazioni complicate a doppia estremità, le cose sono semplificate se pretendiamo che siano single-ended. Quindi, agganciare il cavo voltmetro nero al "circuito comune", quindi ignorarlo.

Ora fai finta che la sonda di colore rosso sul tuo voltmetro possa effettivamente misurare la TENSIONE DI UN TERMINALE. Ma i terminali non possono "avere una tensione!" Sì, giusto. Ma facciamo finta silenziosamente che lo facciano. Qualsiasi punto del circuito può avere una tensione ... in relazione a un altro punto del circuito. Se stessimo parlando di altitudini, potremmo sempre effettuare le nostre misurazioni in relazione al livello del mare, quindi non menzionare mai il livello del mare e quindi far finta che oggetti e posizioni possano "avere un'altitudine", quando in realtà è impossibile.

Quindi i nuovi studenti si confondono quando discutiamo della "tensione di un terminale". In realtà intendevamo "la tensione che appare tra un terminale e il circuito comune". Ma è troppo da ripetere tutto il tempo. Stiamo dicendo silenziosamente "voltaggio tra, voltaggio tra", mentre in realtà stiamo dicendo "voltaggio in questo punto" o in quell'altro punto. Sì, allora tutti i nuovi studenti iniziano a pensare che un singolo terminale possa avere una tensione.

Il terminale di alimentazione negativo è il circuito comune? Sì, di solito. Ho visto radio molto vecchie con transistor PNP e una tensione di alimentazione negativa con "terra positiva". Il terminale positivo della batteria è il circuito comune. Tutte le misure nello schema sono tensioni negative. Oltre alle radio degli anni '50, la stessa cosa accade nei vecchi Maggiolini VW e in alcune moto. Il terminale positivo della batteria è collegato al telaio, quindi il "terminale di alimentazione" è quello negativo. Non installare una normale autoradio in una vecchia VW, perché si accenderà o si incenderà quando si accende l'accensione. L'alimentazione era al contrario.

Tutto quello che dobbiamo fare è sbarazzarci di tutte le radio a transistor PNP giapponesi degli anni '50 da collezione, gli scarabei VW e le motociclette con messa a terra positiva, e quindi il circuito Common sarà sempre e per sempre il terminale di alimentazione negativo. Bene, a meno che non sia un sistema di sensori industriali strano e elettricamente fluttuante con un mix di alimentazione CA e circuiti op-amp di terra virtuale.

Una sorgente di tensione ha terminali sia negativi che positivi e produce una tensione (o differenza di potenziale) tra tali terminali.

In The Beginning, i primi scienziati che studiavano elettricità non avevano alcun mezzo per determinare cosa, se non altro, comprendesse una corrente elettrica, quindi in qualche modo dichiararono arbitrariamente che la corrente era un flusso di carica positiva, che fluiva dal terminale positivo della sorgente di tensione, attraverso il circuito esterno e ritorno al terminale negativo. Ora chiamiamo questo concetto "corrente convenzionale", e gli scienziati e gli ingegneri generalmente usano questo concetto quando discutono il flusso di corrente.

Ora sappiamo che, nella maggior parte dei materiali, la corrente è effettivamente trasportata da elettroni carichi negativamente. Quando sono stati sviluppati tubi a vuoto, a molti tecnici è stato insegnato usando la corrente elettronica, poiché il funzionamento interno di un tubo a vuoto non può essere facilmente descritto usando la corrente convenzionale. Sfortunatamente, la corrente dell'elettrone vive in molti luoghi, facendo confondere gli studenti tra la corrente convenzionale e la corrente dell'elettrone. Penso che sia meglio attenersi alla corrente convenzionale, poiché è quello che utilizza la maggior parte della comunità tecnica e scientifica.

"Terra" è un termine gravemente abusato in elettronica.

Nella distribuzione della corrente alternata e in alcuni sistemi di antenne radio, "Terra" significa davvero "una connessione alla Terra".

Tuttavia, nella maggior parte dei dispositivi elettronici, "Terra" è semplicemente un'etichetta che si attacca su un punto del circuito che desideriamo considerare "Zero volt" (dove mettiamo il conduttore del misuratore nero quando misuriamo le tensioni altrove). Sarebbe meglio chiamare questo punto "riferimento" o "comune", ma l'uso di "ground" è così ben consolidato che ne siamo bloccati. Questo "terreno / comune" non ha poteri magici - non è un infinito pozzo per gli elettroni - è solo un altro punto del circuito.

In questi giorni, "terra / comune" è di solito il punto più negativo nel circuito, ma a volte può essere il punto più positivo (una famiglia logica è destinata a operare da -5 volt - lì la terra è positiva). In molti circuiti audio, "terra / comune" è il punto medio dell'alimentatore e nel circuito troviamo tensioni sia positive che negative.

Innanzitutto, A e B sono semplicemente sbagliati. Data una tensione tra i punti A e B, nessuno dei due è privilegiato come "sorgente" di corrente o "sorgente" di tensione. Tutto quello che puoi dire è che se un conduttore viene utilizzato per collegare A e B, la corrente scorrerà tra A e B. Se la tensione tra A e B è positiva, in un metallo questo assumerà la forma di elettroni che fluiscono da B ad A Nei semiconduttori come i transistor la seconda parte non è (necessariamente) vera, poiché la corrente può essere causata da elettroni o da assenze di elettroni (buchi, che scorrono nell'altra direzione).

In gran parte, l'identificazione di "terra" con "terra" è davvero un incidente storico e deriva dalle pratiche utilizzate dalle prime società di distribuzione di energia. Nell'attuale terminologia americana, la terra è un punto di riferimento per misurare la tensione e la corrente in un circuito, mentre la terra è una connessione effettiva a un'asta martellata nel terreno.

L'uso più generale del terreno discende da questa pratica ed è in realtà ancora importante nei sistemi che usano una grande quantità di energia. Per i sistemi a bassa potenza, in particolare i sistemi alimentati a batteria, la terra può essere completamente staccata da qualsiasi connessione (fisica o di altro tipo) alla terra fisica. Ma qualsiasi circuito elettrico o elettronico, che si tratti di un aereo, di un'automobile o anche nello spazio, ha bisogno di un punto di riferimento per iniziare a descrivere tensioni e correnti, e quel punto di riferimento è generalmente indicato come terra.

È perfettamente possibile produrre un sistema di alimentazione con tensione costantemente negativa rispetto a terra (e terra). Sebbene non fosse più utilizzata molto, negli anni '70 e '80 la famiglia logica ad alta velocità era ECL, che utilizzava -5,2 volt come tensione di base. I computer Cray erano, per un po ', i supercomputer più veloci in circolazione, e usavano quasi esclusivamente ECL, e assorbivano molta corrente - prodotta da - alimentatori da 5,2 volt.

Quindi, quando è necessaria la connessione di terra e terra? Bene, praticamente ogni volta che parli di sistemi collegati alla rete di alimentazione CA. Se non presti attenzione a questo, rischi di ucciderti se fornisci accidentalmente un percorso involontario per il flusso di corrente. Le linee elettriche devono essere riferite alla terra per fornire cose come la protezione contro i fulmini, e quindi tali considerazioni devono essere prese in considerazione.

Voltaggio e corrente

Nell'elettricità ci sono cariche positive (di solito protoni) e cariche negative (di solito elettroni.

Quando un oggetto è caricato positivamente e un altro è caricato negativamente, allora esiste un campo elettrostatico. Questa è la tensione o il potenziale di carica che può essere spostato dal campo elettrostatico.

Se viene inserita una sorta di conduttore tra i due, scorrerà una corrente. Questi saranno o elettroni verso i protoni (come in un filo collegato a una batteria), o protoni verso gli elettroni (come all'interno di luci fluorescenti), o entrambi fluiranno in entrambe le direzioni (come in alcune batterie).

Terra / Terra / 0 V / Comune

Terra e terra provengono principalmente dall'elettricità AC. Sono usati in modo intercambiabile oggi. Nella distribuzione dell'alimentazione CA si collega letteralmente un lato del circuito a terra / terra / terra.

0V è entrato in uso perché è semplice. Se si dispone di una batteria da 6 V, come si denomina ciascun terminale se si desidera che anche i nomi contengano la tensione? + 6V e 0V sembrano il modo più semplice. + (6V) e - (6V) potrebbero anche essere usati come il lato positivo e negativo di una differenza di potenziale di 6V - ma ciò sarebbe fonte di confusione e la gente potrebbe pensare che il potenziale tra loro sia di 12V o che il potenziale da uno a terra è 6V e l'altro -6V ecc.

Comune è di nuovo diverso ed è entrato in significato con le comunicazioni. Se si invia un segnale su un filo, chiunque legga quel segnale deve misurare la tensione tra il filo e un riferimento di tensione di punto "comune" concordato.

Non sono un EE. Da quello che ho capito: la tensione è la distorsione del potenziale tra due terminali che genera flusso di elettroni attraverso conduttori, semiconduttori o carichi. Gli elettroni fluiranno dai terminali più negativi a quelli più positivi. Il termine GND, COM è un termine relativo e non è sempre uguale a 0Vcc

Supponiamo che il circuito abbia terminali: A) + 5Vdc B) 0Vdc C) + 10Vdc D) + 24Vdc
Quindi la terra per tutti i terminali è sicuramente A) 0Vdc, l'elettrone scorrerà da B a A (5v) e da B a C (10v ) e da B a D (24v). Ma + 5Vdc possono essere considerati terminali comuni sia per C che per D: poiché l'elettrone può fluire da A a C (5v) e da A a D (19v)

Alcuni circuiti hanno questo terminale (es. ATX PSU) A) -5vdc B) -12vdc C) 5vdc D) 12vdc. modifica: E) 0vdc Qualsiasi terminale a bassa tensione può essere chiamato terra per qualsiasi terminale a tensione superiore.

Isolo sempre il mio riferimento CC Psu 0v dalla mia terra / terra ca per evitare qualsiasi rumore ca nel circuito cc. Quindi proteggo sia il + che il -dc usando i ponti di nuovo in ac in caso di reintroduzione involontaria di cc in cc non protetto da terra / terra. È un metodo di sicurezza che protegge pnp, npn, persone e dispositivi. Nessun fumo o scoppi, solo un dispositivo di protezione che continuerà a inciampare a meno che l'errore non sia stato corretto. Quindi monitoro il sistema completo tramite aux / no / nc libero da volt per determinare se si trova nella logica o nel cablaggio e determinare se si verifica in un evento logico o fisico. Quindi incolpo i miei programmatori o i miei ingegneri. Nove volte su dieci devo andare a rimediare da solo.