พื้นคืออะไรและทำอะไร?

ฉันสับสนเกี่ยวกับแนวคิดของพื้นดินและอาจเป็นแรงดันไฟฟ้าเช่นกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพยายามวิเคราะห์วงจร เมื่อฉันเรียนรู้เกี่ยวกับกฎของโอห์มในโรงเรียนเกรดฉันได้เรียนรู้วิธีการใช้กฎหมายเพื่อคำนวณกระแสแรงดันและความต้านทานของวงจรง่าย

ตัวอย่างเช่นหากเราได้รับวงจรต่อไปนี้:

เราอาจถูกขอให้คำนวณกระแสที่ไหลผ่านวงจร ในเวลานั้นฉันแค่คำนวณ (ตามกฎที่ให้ไว้) 1.5V / 1Ohms = 1.5A

อย่างไรก็ตามต่อมาฉันได้เรียนรู้ว่าสาเหตุของแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานจะเป็น 1.5V เพราะแรงดันไฟฟ้านั้นมีความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดและความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าข้ามแบตเตอรี่จะเหมือนกันกับ ตัวต้านทาน (แก้ไขให้ฉันถ้าฉันเข้าใจผิด) หรือ 1.5V ฉันสับสนอย่างไรก็ตามหลังจากการแนะนำแนวคิดของพื้นดิน

ครั้งแรกที่ฉันพยายามทำการคำนวณปัจจุบันสำหรับวงจรที่คล้ายกับวงจรก่อนหน้านี้ในเครื่องจำลองโปรแกรมบ่นว่าไม่มีพื้นดินและ "แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าลอย" หลังจากการค้นหาเล็กน้อยฉันได้เรียนรู้ว่าวงจรต้องการพื้นเป็นจุดอ้างอิงหรือเพื่อความปลอดภัย มีการกล่าวถึงในคำอธิบายเดียวว่าสามารถเลือกโหนดใดก็ได้สำหรับกราวด์แม้ว่ามันจะเป็นธรรมเนียมในการออกแบบวงจรดังนั้นจึงมี "สถานที่ที่ง่าย" ในการเลือกกราวด์

ดังนั้นสำหรับวงจรนี้

ฉันเลือกกราวด์ที่ด้านล่าง แต่มันจะโอเคที่จะเลือกกราวด์ระหว่างตัวต้านทาน 7 โอห์มและ 2 โอห์ม - หรือที่อื่น ๆ ? และอะไรคือความแตกต่างเมื่อวิเคราะห์วงจร

ฉันได้อ่านแล้วว่ามีสัญลักษณ์ภาคพื้นดิน 3 แบบที่มีความหมายต่างกัน - กราวด์แชสซี, กราวด์ดินและกราวด์สัญญาณ วงจรจำนวนมากที่ฉันเคยเห็นใช้ในการออกกำลังกายใช้พื้นดินหรือพื้นดินสัญญาณ มีจุดประสงค์อะไรในการใช้พื้นดิน? สัญญาณกราวด์เชื่อมต่อกับอะไร?

คำถามอื่น: เนื่องจากพื้นดินมีความเป็นไปได้ที่ไม่ทราบแน่ชัดว่าจะมีกระแสไหลเข้าหรือออกจากพื้นดินไปยังวงจรหรือไม่? จากสิ่งที่ฉันได้อ่านเราปฏิบัติต่อพื้นดินเป็น 0V แต่จะไม่มีผลกระทบใด ๆ เนื่องจากความแตกต่างของศักยภาพของวงจรและพื้นดินหรือไม่ เอฟเฟกต์จะแตกต่างกันหรือไม่ขึ้นอยู่กับการใช้งานบนพื้นดิน?

ในที่สุด: ในการวิเคราะห์ที่เป็นปมหนึ่งจะทำการเลือกกราวด์ที่ขั้วลบของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหลายแหล่งบางแหล่งก็จะ "ลอย" แรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดแรงดันลอยตัวมีความหมายอะไร?

ครั้งแรกที่ฉันพยายามทำการคำนวณปัจจุบันสำหรับวงจรที่คล้ายกับวงจรก่อนหน้านี้ในเครื่องจำลองโปรแกรมบ่นว่าไม่มีพื้นดินและ "แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าลอย"

เครื่องมือจำลองของคุณต้องการทำการคำนวณและรายงานแรงดันไฟฟ้าของแต่ละโหนดที่สัมพันธ์กับการอ้างอิงบางส่วนแทนที่จะต้องรายงานความแตกต่างระหว่างทุกคู่ที่เป็นไปได้ของโหนด มันต้องการให้คุณบอกว่าโหนดใดเป็นโหนดอ้างอิง

นอกจากนั้นสำหรับวงจรที่ออกแบบมาอย่างดี "กราวด์" นั้นไม่มีความสำคัญในการจำลอง หากคุณออกแบบวงจรที่ไม่มีเส้นทาง dc ระหว่างสองโหนดวงจรจะไม่สามารถแก้ไขได้ โดยทั่วไปแล้วเครื่องจำลองแบบ SPICE แก้ปัญหานี้โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานพิเศษโดยทั่วไปคือ 1 GOhm ระหว่างโหนดและพื้นดินดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่าการเลือกโหนดพื้นดินอาจส่งผลต่อผลการจำลองวงจรอิมพีแดนซ์ที่มีความต้านทานสูงมาก

ฉันเลือกกราวด์ที่ด้านล่าง แต่มันจะโอเคที่จะเลือกกราวด์ระหว่างตัวต้านทาน 7 โอห์มและ 2 โอห์ม - หรือที่อื่น ๆ ? และอะไรคือความแตกต่างเมื่อวิเคราะห์วงจร

คุณสามารถเลือกโหนดใดก็ได้เป็นพื้นที่อ้างอิงของคุณ บ่อยครั้งที่เราคิดล่วงหน้าและเลือกโหนดที่จะกำจัดเงื่อนไขสำหรับสมการ (โดยการตั้งค่าให้เท่ากับ 0) หรือทำให้วงจรง่ายขึ้น (โดยทำให้เราสามารถระบุการเชื่อมต่อผ่านสัญลักษณ์ภาคพื้นดินแทนการเชื่อมต่อกันเป็นเส้น)

ฉันได้อ่านแล้วว่ามีสัญลักษณ์ภาคพื้นดิน 3 แบบที่มีความหมายต่างกัน - กราวด์พื้น, กราวด์ดินและกราวด์สัญญาณ วงจรจำนวนมากที่ฉันเคยเห็นในการออกกำลังกายใช้พื้นดินหรือพื้นดินสัญญาณ มีจุดประสงค์อะไรในการใช้พื้นดิน? สัญญาณกราวด์เชื่อมต่อกับอะไร?

พื้นดินใช้เพื่อระบุการเชื่อมต่อกับสิ่งที่เชื่อมต่อทางกายภาพกับพื้นดินที่อยู่ใต้เท้าของเรา ลวดที่ทอดผ่านอาคารลงไปจนถึงแท่งทองแดงที่ถูกขับลงบนพื้นในกรณีทั่วไป พื้นดินนี้ใช้เพื่อความปลอดภัย เราคิดว่าคนที่จัดการอุปกรณ์ของเราจะเชื่อมต่อกับเท้าของพวกเขาเหมือนพื้นดิน ดังนั้นพื้นดินเป็นโหนดวงจรที่ปลอดภัยที่สุดสำหรับพวกเขาที่จะสัมผัสเพราะมันจะไม่ขับกระแสผ่านร่างกายของพวกเขา

แชสซีกราวด์เป็นเพียงศักยภาพของเคสหรือเคสของวงจรของคุณ เพื่อความปลอดภัยมักจะเป็นการดีที่สุดที่จะเชื่อมต่อกับพื้นโลก แต่เรียกมันว่า "แชสซี" แทน "แผ่นดิน" หมายความว่าคุณยังไม่ได้คิดว่ามันจะเชื่อมต่อ

สัญญาณภาคพื้นดินนั้นมักจะแตกต่างจากพื้นดิน (และบางส่วนแยกออกจากกัน) เพื่อลดความเป็นไปได้ที่กระแสน้ำไหลผ่านสายกราวด์ดินจะรบกวนการวัดสัญญาณที่สำคัญ

คำถามอื่น: เนื่องจากพื้นดินมีความเป็นไปได้ที่ไม่ทราบแน่ชัดว่าจะมีกระแสไหลเข้าหรือออกจากพื้นดินสู่วงจรหรือไม่?

โปรดจำไว้ว่าต้องใช้วงจรที่สมบูรณ์เพื่อให้กระแสไหล คุณจะต้องเชื่อมต่อกับพื้นดินในสองสถานที่ในปัจจุบันเพื่อไหลเข้าและออกจากวงจรของคุณจากพื้นดิน ในความเป็นจริงคุณต้องมีแหล่งจ่ายแรงดัน (แบตเตอรี่หรือเสาอากาศหรืออะไรบางอย่าง) ในหนึ่งในเส้นทางการเชื่อมต่อเหล่านั้นเพื่อให้มีการไหลเวียนกลับไปกลับมาระหว่างวงจรของคุณและโลก

อย่างไรก็ตามเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหลายแหล่งบางแหล่งก็จะ "ลอย" แรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดแรงดันลอยตัวมีความหมายอะไร?

ถ้าผมมีแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าที่มีค่าVระหว่างโหนดและBก็หมายความว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างและBจะเป็นVโวลต์ แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่สมบูรณ์แบบจะสร้างกระแสไฟฟ้าใด ๆ ก็ตามที่จำเป็นเพื่อให้เกิดขึ้น หากโหนดใดโหนดหนึ่งเกิดการกราวด์โหนดจะให้ค่าที่โหนดอื่นในระบบการอ้างอิงของคุณทันที หากไม่มีโหนดใดที่จะ "กราวด์" คุณจะต้องมีการเชื่อมต่ออื่น ๆ เพื่อกำหนดค่าของแรงดันไฟฟ้าที่aและb ที่สัมพันธ์กับกราวด์

บางครั้งผู้คนสับสนเพียงแค่คำจำกัดความมากมายของคำ

คำนามพื้นดิน

1. พื้นผิวแข็งของโลก; ดินแดนที่มั่นคงหรือแห้งแล้ง: ล้มลงกับพื้น
2. บ่อยครั้งที่บริเวณ รากฐานหรือพื้นฐานที่ความเชื่อหรือการกระทำวางอยู่ หรือเหตุผลสาเหตุ: พื้นที่สำหรับการเลิกจ้าง

$6\cdot10^{24} kg$

แน่นอนว่าโลกนั้นใหญ่จริงๆ ไม่ใช่ทุกอย่างที่มีศักยภาพเท่ากัน ในความเป็นจริงไม่ได้ปิด สนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ของโลกกำลังเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและก่อให้เกิดกระแสทั่วโลก คนอื่นมีแท่งของตัวเองติดอยู่ในโลกและวางกระแสในโลก สายฟ้าเคลื่อนที่กระแสอันมหาศาลในโลก เนื่องจากโลกนั้นไม่ได้เป็นตัวนำที่สมบูรณ์แบบและโดยกฎของโอห์มกระแสใด ๆ ก็ตามผ่านการต่อต้านใด ๆ ที่มาพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าศักยภาพระหว่างจุดสองจุดบนโลกจึงไม่เหมือนกันเว้นแต่คุณจะโชคดีหรือจุดนั้นอยู่ใกล้กันมาก

และหากคุณเคยใช้งานอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่คุณจะรู้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่ต้องเชื่อมต่อกับโลก แต่อุปกรณ์เหล่านี้มีพื้น ดังนั้นนี่อาจไม่ใช่ความรู้สึกของพื้นดินที่คุณควรใช้เพื่อความเข้าใจพื้นฐานทางไฟฟ้าของคุณ อีกแง่หนึ่งซึ่งเป็นพื้นฐานของความเชื่อนั้นน่าจะเป็นการเริ่มต้นที่ดีกว่า

$0V$$0V$

แล้วแรงดันคืออะไร? คำที่เข้มงวดมากขึ้นเพราะมันเป็นไฟฟ้าความต่างศักย์ คำทั้งสามเป็นส่วนหนึ่งของความเข้าใจเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า ไฟฟ้าชัดเจน

แล้วศักยภาพล่ะ ศักยภาพมีความหมายเฉพาะในวิชาฟิสิกส์ ที่มีศักยภาพพลังงานคือความสามารถในการจัดเรียงของสิ่งที่จะทำบางอย่างในการทำงาน ตัวอย่างเช่นสปริงที่ถูกบีบอัดคันธนูที่ยืดออกหรือถังแก๊สแรงดันสูงมีศักยภาพในการทำงานหากปล่อยออกมา

ลองนึกภาพลูกบอลที่ด้านบนของทางลาด หากลูกบอลได้รับอนุญาตให้กลิ้งลงทางลาดที่ด้านล่างมันจะเคลื่อนที่เร็วมาก มันได้รับพลังงานจลน์นี้จากพลังงานศักย์ที่มันมีที่ด้านบนสุดของทางลาด หากไม่มีการสูญเสียอื่น ๆ (แรงเสียดทานตัวอย่าง) แล้วพลังงานจลน์ได้รับจากลูกเท่ากับพลังงานที่มีศักยภาพมันหายไปโดยกฎหมายของการอนุรักษ์พลังงาน

นั่นคือมีศักยภาพพลังงาน ศักยภาพเพียงอย่างเดียวนั้นมีคำจำกัดความที่แตกต่าง: มันคือพลังงานศักย์ต่อหน่วยของบางสิ่งในระบบ เห็นได้ชัดว่าลูกบอลขนาดใหญ่ที่ด้านบนของทางลาดมีพลังงานที่อาจเกิดขึ้นได้มากกว่าลูกบอลขนาดเล็กที่ด้านบนของทางลาดเดียวกัน ดังนั้นลูกบอลสองลูกจึงมีพลังงานศักย์ต่างกันที่ด้านบนของทางลาด แต่พวกมันก็มีศักยภาพเท่ากัน

$J/kg$$J/C$

ดังนั้นก่อนหน้านี้เรากล่าวว่าแรงดันไฟฟ้าที่มีศักยภาพที่แตกต่างกัน ความแตกต่างคืออะไร? ลองนึกภาพทางลาดของเราอีกครั้ง หากคุณคิดว่าแรงโน้มถ่วงมีความแข็งแรงเท่ากันทุกที่บนโลก (นี่เป็นเพียงความจริงโดยประมาณแต่เป็นข้อสมมติฐานที่ทำให้เข้าใจง่ายสำหรับวิศวกรรมเชิงปฏิบัติมาก) แล้วตำแหน่งของทางลาดนั้นเป็นเช่นไร? มันอาจจะอยู่ในหุบเขามรณะหรือบนภูเขาเอเวอเรสต์ : ลูกบอลหลังจากกลิ้งลงบนทางลาดจะมีพลังงานจลน์เดียวกัน ศักยภาพที่ด้านบนและด้านล่างของทางลาดนั้นไม่เกี่ยวข้อง สิ่งสำคัญคือความแตกต่างในศักยภาพระหว่างด้านบนและด้านล่าง หากเราสมมติว่าสนามแรงโน้มถ่วงของโลกนั้นเหมือนกันทุกที่ที่เราอาจใช้ทางลาดนี้มากกว่าความสูงของทางลาดก็มีความเกี่ยวข้อง

$5V$$5V$

$8848 m$$8848m$ $237m$$21229 m$

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$จนกว่าเราจะกำหนดสิ่งที่เป็นเช่นนี้ โดยปกติมันเป็นเพียงสิ่งที่เราตัดสินใจที่จะติดสัญลักษณ์พื้นดิน เราสามารถใส่ได้ทุกที่ที่ต้องการ แต่โดยปกติแล้วเราจะวางไว้ตรงจุดที่ทำให้การคำนวณง่ายที่สุดและอภิปรายง่ายที่สุด

คำถามที่เกี่ยวข้อง:

• แรงดันไฟฟ้าเป็นเดลต้าหรือไม่ สามารถใช้เป็นความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากจุดอ้างอิงได้หรือไม่?
• ความแตกต่างระหว่างขั้วลบกับกราวด์ทองแดงหรือไม่?

ดูคำตอบของฉันที่นี่เกี่ยวกับสิ่งที่เป็นพื้นและวิธีการใช้คำว่า "ดิน" ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนสำคัญของคำตอบนั้นเกี่ยวข้องกับคำถามที่นี่