Perché un circuito dovrebbe essere messo a terra?

Perché un circuito a transistor dovrebbe essere messo a terra? Il modo in cui lo capisco è che la massa è una scorta infinita di elettroni e quindi equivale al terminale negativo di una batteria. Ma in questa pagina , c'è sia un terminale negativo che il circuito è anche messo a terra. Se ho capito bene, affinché un circuito sia completo, abbiamo bisogno di un terminale positivo, alcuni elementi del circuito e un terminale negativo. Se la messa a terra equivale a un terminale negativo, perché ne abbiamo bisogno nel circuito mostrato sopra? (A proposito, tutti i circuiti nel libro a cui mi riferisco non erano collegati a terra fino a quando i transistor non si sono avviati. Si potrebbe dire che ciò ha aggiunto confusione)

Il termine "terreno" può significare cose diverse. Quando un circuito viene guardato localmente, la terra è semplicemente la rete che qualcuno ha scelto di chiamare 0V in modo che tutte le altre tensioni siano considerate relative ad esso. Dopo tutto, la tensione è un concetto relativo. Non esiste una cosa come 20 V assoluti, solo 20 V qui rispetto a lì . "Terra" è una pratica forma abbreviata per un comune lì, quindi non devi continuare a dirlo.

Una tale terra viene spesso scelta come tensione di alimentazione negativa. Ciò rende le altre tensioni positive, il che rende le cose mentalmente più facili. In generale si tenta di scegliere la terra come punto nei segnali del circuito e simili a cui fanno riferimento singole sottosezioni. Di solito c'è una scelta chiara ed evidente. A volte devi solo sceglierne uno.

L'altro "terreno" si riferisce al potenziale reale della terra, o almeno al potenziale dell'ambiente generale. Questo è importante quando l'alimentazione e i segnali provengono o escono dal tuo piccolo circuito. Per potere e sicurezza, devi presumere che un utente possa essere legato a questo terreno e devi assicurarti di non avere un potenziale pericoloso a terra per evitare di uccidere qualcuno. La messa a terra può anche essere importante per i sistemi radio poiché alcuni tipi di antenne effettivamente utilizzano la terra come parte del sistema di antenne complessivo.

Dal punto di vista del circuito, la terra è relativa - è solo un nome per un filo (traccia, rete, nodo, ecc.) A cui altre cose possono essere misurate o guidate in riferimento. Come tale è in gran parte arbitrario - per esempio, ci sono (o almeno c'erano) veicoli a motore in cui il terminale positivo della batteria piuttosto che il negativo era collegato alla terra del telaio. L'aggiunta di un simbolo di base nel tuo libro nello stesso momento in cui sono stati introdotti i transistor è o un cambio di stile coincidente o un aumento generale della raffinatezza dei diagrammi in un punto in cui la complessità aumenta e quindi rendendo i principi organizzativi come l'idea di un "nodo di terra" più prezioso.

In un circuito di comunicazione, in particolare una radio, "terra" può avere un significato letterale o almeno implicare la connessione a una terra (potenzialmente un palo conduttivo guidato lontano nel terreno, possibilmente con il terreno circostante trattato chimicamente se non è sufficientemente conduttivo). Ma ciò potrebbe non essere vero in modo affidabile per un walkie-talkie portatile, e certamente non è vero per un'installazione radio dell'aeromobile - in effetti il ​​potenziale del "terreno" dell'aeromobile potrebbe diventare molto diverso da quello del "terreno" di terra durante il volo .

Ma mentre nei circuiti pensiamo al "terreno" come puramente relativo, in chimica e fisica, esiste un concetto di carica neutra che in realtà è assoluto. Una carica neutra è ciò che avresti in un atomo o molecola con un uguale numero di protoni ed elettroni, o qualche unità di materia più grande con uguali numeri netti. La carica assoluta di un oggetto determina la forza della mano destra che sperimenterebbe se si muovesse attraverso un campo magnetico, mentre la carica relativa a un'altra carica vicina determinerà il campo elettrico (e la forza risultante) impostato tra i due.

Poiché possiamo anche creare un campo elettrico tra due punti in un circuito, potrebbe essere allettante pensare che la "terra" abbia una carica neutra, ma alla fine non c'è nulla che dica che debba essere così. In effetti, rispetto all'atmosfera, la terra ha una carica negativa, sebbene non trovo una risposta pronta per quanto riguarda la carica assoluta della terra, l'atmosfera significativa o le due cose prese insieme. Presumibilmente siamo leggermente soggetti al campo magnetico del sole, quindi se la terra avesse una carica netta abbastanza sostanziale causerebbe qualche perturbazione orbitale, ma poi il soggetto del magnetismo solare è enormemente complicato - compresi i loop di campo chiamati macchie solari che hanno il loro più effetti evidenti sulle comunicazioni radio e sui cavi lunghi qui sulla terra ...

Chris ha fornito una risposta più complessa, quindi ne farò una semplice.

Questa confusione è un problema virile della lingua inglese che usa lo stesso nome per concetti diversi. In tedesco, questa strana nuova terra si chiamerebbe massa ed è un po 'diversa dalla terra reale.

Fondamentalmente la massa è solo un nodo conveniente nel circuito. In teoria può essere assolutamente qualsiasi nodo nel circuito (più su questo nella risposta di Chris) ma in pratica, è solo un modo più semplice di mostrare la connessione al terminale negativo della batteria. Ad esempio, dai un'occhiata a questo circuito. Qui ho collegato il terminale negativo della batteria per mettere a terra un diodo catodico a terra. Questo è lo stesso di questo circuito in cui il catodo è esplicitamente collegato al terminale negativo della batteria.

Un'altra cosa che di solito arriva con la massa è la fonte di tensione di un terminale. Dai un'occhiata a questo circuito. È uguale agli altri due, ma qui non vediamo affatto la batteria. Il vantaggio di utilizzare questo approccio è che ora stai entrando nell'elettronica reale e puoi aspettarti circuiti più complessi. Possono essere molto rapidamente molto complicati da leggere, quindi la sorgente di tensione di un terminale e i simboli "terra" vengono utilizzati per mostrare che il componente è collegato alla batteria. Ad esempio, in questo circuito, è del tutto irrilevante per il circuito stesso l'aspetto della sorgente di tensione e il modo in cui l'emettitore del transistor è collegato al terminale negativo.

Ecco due immagini divertenti che illustrano un terreno gravitazionale ...

... e una terra elettrica .

Grouding e Earthning in senso lato sono gli stessi concetti. Sono i concetti relativi alla tensione relativa. Ogni volta che prendiamo qualcosa di 0 volt (potenziale nullo) viene indicato come grounding. Per es. Prese in considerazione 5 V. Significa che la piastra negativa è a 0 V e positivo è a 5 V. Questo è wrt ground. E quando non prendiamo wrt a terra significa che il positivo è a 2,5 V e il negativo è a -2,5 V che lo rende nuovamente 2,5 - (- 2,5) = 5 V . Quindi la MESSA A TERRA non è altro che il riferimento a ciò che stiamo prendendo wrt 0V.