Perché ho bisogno di una messa a terra per simulare un circuito? Pensavo che la tensione fosse relativa tra due nodi!

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L'elettronica è molto nuova per me.

Ho preso il circuito più elementare a cui potevo pensare: una sorgente di tensione di 1 V e una resistenza di 1 Ohm

Per quanto ne so, dovrei ottenere una corrente di (I = V / R) 1 Ampere. Ma la simulazione non fornisce una soluzione e ha detto che avrei dovuto fondare.

Perché dovrei avere la messa a terra se ho una sorgente di tensione che offre potenziali differenze dai suoi due lati?

Allego il circuito:

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

circuit-analysis circuit-design

— user135172
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GND è il punto a cui si assegna arbitrariamente 0V. Se non lo hai, non può misurare alcun potenziale rispetto a quel punto.

— PlasmaHH,

La tensione è per definizione una misura fisica che coinvolge due punti nello spazio. Quindi la tua misura deve identificare i due punti nel circuito (differenziale) o assumere una delle posizioni come riferimento (terra).

— Vicatcu,

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Da aggiungere agli altri. l'alimentazione di tensione potrebbe avere un punto di riferimento di tensione interno, ma ciò non viene fatto per consentire una maggiore flessibilità nella progettazione.

— R.Joshi,

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I simulatori di solito richiedono grafici dei circuiti collegati (non una necessità, ma un'enorme comodità). Il simulatore ha quasi sempre un nodo di massa. Il circuito sopra avrà un componente mobile e un componente costituito solo dal nodo di terra.

— Copper.hat il

La tensione è relativa ma il simulatore deve sapere dove renderlo relativo.

— user253751

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Hai assolutamente ragione: la tensione è definita solo tra due nodi.

In molti circuiti elettronici è presente un alimentatore a tensione costante * che si collega a molte parti del circuito. Per convenzione , il terminale più positivo dell'alimentatore è etichettato "V +" o "Vcc" o ...

Per convenzione , il terminale più negativo dell'alimentatore si chiama "terra".

Per convenzione , spesso non tracciamo né la rete V + né la rete di terra negli schemi circuitali. Invece colleghiamo le cose a un simbolo V + o, a un simbolo di terra.

E infine, per convenzione , ogni volta che parliamo della tensione in qualsiasi punto del circuito, stiamo implicitamente parlando della tensione tra quel punto e la rete di terra.

Il tuo strumento di simulazione sta semplicemente onorando quest'ultima convenzione. Pertanto richiede una rete di riferimento chiamata ground.

* o una sua approssimazione

— Salomone lento
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Questa risposta ignora davvero i meccanismi matematici interni dei simulatori.

— Massimo Ortolano,

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@MassimoOrtolano Quali sarebbero quelli?

— Pedro A,

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@Hamsterrific In breve, poiché le correnti in un circuito dipendono solo da potenziali differenze e non solo dai potenziali, se non si fissa il potenziale di un nodo, da un circuito si ottiene un sistema di equazioni non unicamente risolvibili, ovvero , c'è sempre un'infinità di soluzioni, per le quali le tensioni differiscono tutte per una costante. La maggior parte dei metodi per le soluzioni numeriche del sistema di equazioni funziona solo se i sistemi di equazioni hanno una soluzione unica, altrimenti falliscono. Fissando il terreno, si garantisce che la soluzione sia unica (se il circuito è ben definito).

— Massimo Ortolano,

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Inoltre, anche se il sistema sceglie il punto operativo, la rappresentazione del numero in virgola mobile ha una precisione variabile basata sull'offset assoluto da 0.

— Connor Wolf

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@Massimo Ortolano: il mio punto è che non solo sarebbe possibile, ma sarebbe anche più facile impostare il sistema di equazioni senza usare i potenziali rispetto a un nodo di riferimento GND. Il motivo per cui non viene fatto è a causa della convenzione umana, non a causa della matematica.

— Cagliata il

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i dettagli della domanda è:

Per quanto ho capito dovrei ottenere una curvatura di (I = V / R) 1 Amper. Ma la stimolazione non fornisce una soluzione e direi che dovrei avere terreno.

Perché dovrei avere la messa a terra se ho una sorgente di tensione che offre potenziali differenze dai suoi due lati?

Dipende da come funzionano i simulatori. I simulatori richiedono un punto di riferimento e questo punto di riferimento è designato dal simbolo GND. internamente, il motore determinerà l'equazione del sistema e le risposte rispetto a questo riferimento.

Questa limitazione non esiste nel mondo reale a causa della fisica.

— JonRB
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Esattamente. Non c'è niente di sbagliato nel circuito. Il problema è il risultato di una limitazione nel simulatore.

— Pete Becker,

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@PeteBecker Non sono d'accordo. Uno strumento complesso come un simulatore potrebbe molto probabilmente scegliere un nodo arbitrario come riferimento e quindi eseguire tutti i calcoli rispetto a quel riferimento, ma nasconderlo all'utente e mostrare solo differenze di tensione all'utente. Ciò sarebbe negativo per l'esperienza dell'utente, ma è tutto. Pertanto, in base alla progettazione , per aiutare l'utente, i simulatori richiedono all'utente di scegliere il terreno. È solo una convention.

— Pedro A

Ma sarebbe comunque scegliere un nodo .... Il punto è che ha bisogno di qualcosa a cui fare riferimento. Se scegliesse arbitrariamente un nodo come e dove e tra le simulazioni, inseriresti "sonde". Ogni sonda di viaggio dovrebbe essere differenziale (il che non è un problema, ecco come funziona MATLAB)

— JonRB,

@Hamsterrific - forse hai visto il mio uso di "limitazione" come duro. La ragione per cui questo circuito non funziona nel simulatore è che il simulatore aggiunge requisiti che non sono presenti nei circuiti del mondo reale. Il circuito come disegnato funziona bene, nonostante al simulatore non piaccia.

— Pete Becker,

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Personalmente odio gli strumenti di simulazione ... troppo spesso devi "aggiungere cose" per rendere felici i simulatori e per uno strumento così chiamato non sono così intelligenti ... Quindi hai ingegneri cattivi che non hanno idea di cosa sia il cct significava fare al primo posto fiduciosamente ciecamente i risultati

— JonRB il

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Normalmente si presume che il lato negativo (-) dell'alimentatore sia 0V, quindi se si collega la terra al lato negativo, questo sarà 0 V. e il lato positivo (+) sarà 1V (GND + differenza = 0 + 1 = 1) V.

Se mettessi il terreno sul lato positivo, il lato negativo sarebbe -1V.

— Michel Keijzers
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Infatti. Ci sono due nodi in questo circuito. Collega GND a ciascuno a sua volta e guarda cosa fa la simulazione; non ci vorrà molto.

— Brian Drummond,

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Hai abbastanza ragione. Il nodo "output" non può misurare una tensione a meno che non venga detto all'altro punto di confrontarla. Questo è l'unico scopo del punto "terreno".

Se non chiedi di misurare una tensione, potresti pensare che potrebbe almeno misurare una corrente in un nodo. Ma il SW deve calcolare le tensioni per calcolare le correnti, quindi ha bisogno di un punto di riferimento di terra per i propri calcoli.

— Merlin3189
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Perché dovrei avere la messa a terra se ho una sorgente di tensione che offre potenziali differenze dai suoi due lati?

Il motivo è come descrivi il circuito. Hai ragione. tutta la tensione è attraverso 2 punti. Non esiste "qual è la tensione nel punto IN", puoi solo dire "qual è la tensione tra IN e OUT".

Pertanto, per semplificare il parlare (e il pensare) di un circuito, è pratica comune dichiarare qualcosa nel circuito come "questo è zero" e chiamarlo "terra". Quindi puoi dire "La tensione su IN è 1 V", ma ciò che realmente intendi è "La tensione tra terra e IN è 1 V".

Si prevede che un simulatore non funzionerà senza terra semplicemente guardandolo. Mostra le tensioni "nei punti", non "tra i punti". Senza impostare il punto di base, non è possibile presentare i risultati in questo modo, quindi è inutile eseguire la simulazione.

Ho il sospetto che ci siano alcuni simulatori che funzionerebbero. Non è un problema tecnico, è il problema di come vengono presentati i risultati .

— Agent_L
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In realtà, non hai bisogno di un "terreno". Ciò di cui hai bisogno è una connessione tra la parte inferiore del resistore e il terminale inferiore (negativo) della sorgente di tensione. In un simulatore questo viene fatto da un elenco di connessioni. Se questi due sono collegati a un tubo dell'acqua, la parte superiore di una bobina di Tesla, la potenza di 220 volt CA, la parte superiore di un generatore Van De Graf o l'aquilone di Ben Franklin, la corrente nella resistenza calcolata dal simulatore sarà la stessa .

Quindi torna al tuo simulatore e assicurati che ci siano connessioni a DUE DIVERSI punti sulla sorgente di tensione e a due diversi punti sulla resistenza.

Ricorda: la resistenza è inutile!

— richard1941
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Cercherò di rispondere alla tua domanda in senso strettamente matematico. Capirai perché il povero ragazzo chiamato simulatore non è in grado di trovare una soluzione qui.

Il tuo circuito è il seguente

Consente di chiamare il terminale superiore A e quello inferiore B, come mostrato in figura.

Ora sappiamo per la tua fonte di tensione $V_A - V_B = 1V$

Sappiamo anche dal lato della resistenza che

$I = (V_A - V_B) / R$ che è $I= 1$

Ora posso darti un numero infinito di $V_A$ e $V_B$ che ancora soddisfano $V_A - V_B = 1$

Per esempio $V_A=5$ & $V_B=4$ dà ancora $V_A-V_B=1$ e questa è una soluzione valida.

Riesci a capire perché il simulatore non è in grado di risolverlo? Bcz non esiste una soluzione unica per $V_A$ o $V_B$ Qui.

Tutte le differenze di tensione e le correnti sono ancora definite .. Ma le tensioni assolute non sono ..

Per definire la tensione assoluta (e per il tuo simulatore lanciare una soluzione). Hai bisogno di un riferimento. Tale riferimento è generalmente scelto come motivo.

Quando si definisce uno dei due $V_A$ o $V_B$ allora esiste una soluzione unica.

La pratica generale è ... fare $V_B=0$

Vediamo che poi la soluzione per $V_A=1$ Puoi forzare $V_B$ a qualsiasi altra tensione.

Pensa a una situazione ancora più semplice:

Diciamo che c'è un edificio a 20 piani (supponiamo che ogni piano sia alto 10 piedi). e diciamo che sei al 12 ° piano dell'edificio.

Se qualcuno ti chiede a che altezza sei in piedi ..

Quale sarebbe la tua risposta?

120 piedi? Sei sicuro ?

E se l'edificio si trova sul Monte Everest (che a sua volta si trova a circa 29000 piedi dal livello del mare)?

Anche se puoi dirlo dal 0 ° piano a te .. la differenza è di 120 piedi. Anche se puoi dirlo dal 1 ° piano a te .. la differenza è di 110 piedi.
Non puoi definire la tua altezza assoluta se non sai da dove stai misurando.

Se stai costruendo si trova sul monte Everest e il tuo riferimento è il livello del mare. quindi l'altezza alla quale ti trovi è 29000ft + 120ft.

Se tuttavia il tuo riferimento è il 0 ° piano, l'altezza è di 120 piedi.

Spero che tu capisca la difficoltà che il simulatore sta affrontando.

Simula i due circuiti sottostanti e capirai di cosa sto parlando ..

Il pavimento Zeroth è il riferimento:
Il livello del mare è il riferimento:

Ti auguro il meglio !!

— Sharanaprasad Melkundi
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— Transistor

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In realtà ci sono due ragioni.

Innanzitutto è una simulazione. Nel mondo reale se si collega una fonte di alimentazione da 1 V (con una capacità di corrente elevata (che significa una fonte di tensione potente non una batteria di tipo AA comune)) a una resistenza da 1 Ohm, si otterrà sicuramente 1 A senza messa a terra.

Ma..

In secondo luogo, viene utilizzato anche nel mondo reale per creare tensioni negative. E il simulatore vuole sapere quale stai cercando di fare. Se si mette a terra il lato negativo della fonte di alimentazione, il circuito è uguale poiché non lo si è messo a terra (quasi uguale) Ma se si mette a terra il lato positivo della fonte di alimentazione sebbene la funzione del circuito non modifichi le misurazioni sul circuito volontà e questo farebbe la differenza.

Nel primo esempio quando si mette a terra la parte inferiore (- end) si hanno 1 V e 0 volt (terra), la differenza è 1 V e la corrente è 1 A. Ma nel secondo esempio quando si mette a terra in alto (+ end) si hanno -1 V in basso e 0 volt in alto, la differenza è 1 V e la corrente è 1 Amper. Entrambi i circuiti funzionano esattamente allo stesso modo, ma le misure vanno da +1 a 0 contro 0 a -1. E sono diversi in questo modo. Quindi il simulatore ti chiede una decisione su quale vuoi bulidare.

— MNU
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Ho collegato il lato positivo di una potente sorgente da 1 volt a un lato di un resistore da un ohm, ma la corrente era zero. Ho bisogno di una fonte di tensione più potente?

— richard1941,