Por que um circuito deve ser aterrado?

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Por que um circuito de transistor deve ser aterrado? Pelo que entendi, o solo é um suprimento infinito de elétrons e, portanto, é equivalente ao terminal negativo de uma bateria. Mas, na desta página , não é tanto um terminal negativo e o circuito também está ligado à terra. Se entendi corretamente, para que um circuito seja concluído, precisamos de um terminal positivo, alguns elementos do circuito e um terminal negativo. Se o aterramento é equivalente a um terminal negativo, por que precisamos dele no circuito mostrado acima? (A propósito, todos os circuitos do livro que estou me referindo não foram aterrados até o início dos transistores. Você poderia dizer que isso foi adicionado à confusão)

Green Noob
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O conceito de um aterramento relativo se torna interessante quando você lida com muitos circuitos diferentes, alimentados por uma variedade de suprimentos e compartilhando sinais de dados. Alguns anos atrás, construímos uma exposição interativa (demonstrando captura e armazenamento de carbono), que incorporava uma boa dúzia de PSUs de tensões variadas de CC, bem como um chassi da National Instruments dirigindo alguns sinais e cartões de dados. Somente quando todos os 'terra' de todos os circuitos foram amarrados ao terra do chassi do NI DAQ, a exibição funcionou. (Adaptadores maioria DC tem um pino terra de plástico sobre a ficha da tomada: eles não estão mesmo interessados em 'real'
Peter Reid

Respostas:

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O termo "base" pode significar coisas diferentes. Quando um circuito é examinado localmente, o terra é simplesmente a rede que alguém escolheu para chamar 0V, de modo que todas as outras tensões sejam relativas a ele. Afinal, a tensão é um conceito relativo. Não existe um valor absoluto de 20V, apenas 20V aqui em relação a . "Terreno" é uma forma curta e prática para um local comum , para que você não precise continuar dizendo isso.

Esse aterramento é geralmente escolhido como a tensão de alimentação negativa. Isso torna outras tensões positivas, o que apenas facilita as coisas mentalmente. Em geral, você tenta escolher o terra como o ponto nos sinais do circuito e similares são referenciados por subseções individuais. Geralmente, há uma escolha clara e óbvia. Às vezes você só precisa escolher um.

O outro "solo" refere-se ao potencial real da terra, ou pelo menos ao potencial do ambiente geral. Isso importa quando energia e sinais estão saindo ou saindo do seu pequeno circuito. Para poder e segurança, você deve presumir que um usuário pode estar vinculado a esse ponto e ter a certeza de que não tem um potencial perigoso de aterrar para evitar atrapalhar alguém. O aterramento da terra também pode ser importante para os sistemas de rádio, pois alguns tipos de antenas realmente usam a terra como parte do sistema geral de antenas.

Olin Lathrop
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Uma quantidade finita de energia seria necessária para impulsionar um elétron a uma distância infinita de um próton. Como tal, pode-se definir "zero volts absoluto" como a energia de um próton que está infinitamente longe de um elétron e definir outras tensões relativas a isso. Eu acho que uma analogia mais útil pode ser elevação; pode-se definir a elevação em termos de distância do centro da terra, e poderia, teoricamente, medir a estatura de uma pessoa, subtraindo a elevação dos seus pés daquela de sua cabeça, mas é muito mais prático ...
supercat
... para medir diretamente a distância entre a cabeça e os pés. No caso de tensões, o nível de incerteza em qualquer medida de tensão absoluta excederia em muito as tensões relativas de interesse. A medida absoluta existe conceitualmente, mas não como algo praticamente útil.
Super12
Como um exemplo para , um medidor de tensão toma a diferença entre os dois condutores. Dessa forma, a tensão lida na tela do medidor é a diferença de potencial em relação ao outro condutor. Frequentemente, um dos condutores que você usa será o ponto em seu circuito que você definiu como terra .
precisa saber é o seguinte
Observe também que, do ponto de vista matemático, a tensão nada mais é do que a energia necessária para mover uma carga unitária (1 C) de um ponto para outro. O outro ponto é o seu ponto de interesse e o ponto anterior é frequentemente fundamentado . A tensão é medida em unidades de Joules / Coulomb (J / C). Do wiki :voltage [is] work done per unit charge against a static electric field to move the charge between two points.
sherrellbc
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Do ponto de vista do circuito, o terra é relativo - é apenas um nome para um fio (traço, rede, nó etc.) ao qual outras coisas podem ser medidas ou acionadas em referência. Como tal, é amplamente arbitrário - por exemplo, existem (ou pelo menos havia) veículos a motor em que o terminal positivo da bateria e não o negativo estava conectado ao terra do chassi. A adição de um símbolo de base em seu livro no mesmo momento em que os transistores foram introduzidos é uma mudança coincidente de estilo ou um aumento geral na sofisticação dos diagramas em um ponto em que a complexidade está aumentando e, assim, criando princípios organizadores como a idéia de um "nó de terra" mais valioso.

Em um circuito de comunicação, especialmente um rádio, "terra" pode ter algum significado literal ou pelo menos implicar a conexão com uma terra (potencialmente uma estaca condutora conduzida para dentro da terra, possivelmente com o solo circundante quimicamente tratado se não for suficientemente condutor). Mas isso pode não ser confiável para um walkie-talkie portátil, e certamente não é verdade para uma instalação de rádio da aeronave - na verdade, o potencial do "solo" da aeronave pode se tornar bastante diferente daquele do "solo" do solo durante o vôo .

Mas enquanto nos circuitos pensamos no "solo" como puramente relativo, na química e na física, existe um conceito de carga neutra que é realmente absoluto. Uma carga neutra é o que você teria em um átomo ou molécula com um número igual de prótons e elétrons, ou alguma unidade maior de matéria com números líquidos iguais. A carga absoluta de um objeto determina a força de regra da mão direita que ele experimentaria se se movesse através de um campo magnético, enquanto a carga relativa a outra carga próxima determinará o campo elétrico (e a força resultante) configurada entre os dois.

Como também podemos criar um campo elétrico entre dois pontos em um circuito, pode ser tentador pensar em "terra" como tendo carga neutra, mas, em última análise, não há nada que diga que deve ser esse o caso. De fato, em relação à atmosfera, a Terra tem carga negativa, embora eu não esteja encontrando uma resposta pronta para a carga absoluta da Terra, atmosfera significativa ou as duas tomadas juntas. Presumivelmente, estamos um pouco sujeitos ao campo magnético do sol; portanto, se a Terra tivesse uma carga líquida substancial o suficiente, isso causaria alguma perturbação orbital, mas o assunto do magnetismo solar é extremamente complicado - incluindo os loops de campo chamados manchas solares, que têm suas próprias características. efeitos óbvios nas comunicações de rádio e fios longos aqui na terra ...

Chris Stratton
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Então isso significa que um terra não significa um terminal negativo, como mencionei na minha pergunta. É algo como um nível 0 para medir diferenças de potencial. Se eu medir a diferença de potencial entre o terra e o terminal positivo de uma célula, o solo atua como um equivalente terminal negativo. Se eu fizer o mesmo com o terminal negativo, o terra agora age como um terminal positivo equivalente. Eu entendi o conceito certo?
Green Noob
Mesmo assim, não reconheço o significado de mencionar o solo no diagrama de circuitos. Você pode esclarecer por favor?
Green Noob
O significado real do solo geralmente não vem do fato de ser chamado de "solo", mas do que você se conecta a ele. Se você conectá-lo ao terminal negativo da bateria, poderá medir uma tensão positiva entre o terminal positivo e o terra; se você conectar o terra ao terminal positivo da bateria, poderá medir uma tensão negativa entre o terra e o terminal negativo. Freqüentemente, a escolha de qual ponto do seu circuito chamar de base é puramente de organização ou preferência, embora possa haver alguns casos especiais em que a física torna uma situação mais vantajosa que a outra.
Chris Stratton
Além disso, se você possui um circuito isolado (alimentado por bateria, sem tocar em nada condutor), não há absolutamente nenhum significado elétrico para colocar um único símbolo de aterramento em seu diagrama. No entanto, se você colocar dois símbolos, a idéia é que eles estejam conectados por algum fio físico (talvez o próprio gabinete) que não é mostrado no diagrama. Circuitos mais avançados inventarão símbolos adicionais para fios não desenhados - normalmente fornecem voltagens e, ocasionalmente, sinais nomeados que aparecem novamente em vários locais do circuito, o que seria uma bagunça ao se conectar com linhas traçadas.
Chris Stratton
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@ Kortuk - sim, mas isso só é significativo porque a fonte de energia estabeleceu uma idéia do que é "base", que você herda quando decide usar essa fonte de energia. Com uma fonte de energia diferente, haveria uma ideia diferente. Com baterias ou uma fonte externa isolada de 2 fios comum, não há uma conexão de terra externa disponível para herdar.
Chris Stratton
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Chris forneceu uma resposta mais complexa, por isso vou simplificar.

Essa confusão é um problema viril da língua inglesa, usando o mesmo nome para diferentes conceitos. No alemão, por exemplo, esse novo terreno estranho seria chamado de massa e é um pouco diferente do terreno real.

Basicamente, a massa é apenas um nó conveniente no circuito. Em teoria, pode haver absolutamente qualquer nó no circuito (mais sobre isso na resposta de Chris), mas, na prática, é apenas uma maneira mais simples de mostrar a conexão ao terminal negativo da bateria. Por exemplo, dê uma olhada neste circuito. Aqui liguei o terminal negativo da bateria para aterrar um catodo de diodo no chão. É o mesmo que isso circuito em que o cátodo é explicitamente conectado ao terminal negativo da bateria.

Outra coisa que geralmente vem com a massa é a fonte de tensão de um terminal. Dê uma olhada neste circuito. É o mesmo que os outros dois, mas aqui não vemos a bateria. A vantagem de usar essa abordagem é que agora você está entrando em eletrônicos reais e pode esperar circuitos mais complexos. Eles podem ficar muito rapidamente muito complicados de ler, então a fonte de tensão de um terminal e os símbolos de "terra" são usados ​​para mostrar que o componente está conectado à bateria. Por exemplo, neste circuito, é completamente irrelevante para o próprio circuito a aparência da fonte de tensão e a forma como o emissor do transistor está conectado ao terminal negativo.

AndrejaKo
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Muitas vezes, você tem uma conexão à terra separada para conectar a caixa e a blindagem do seu dispositivo através da terra. Isso permite circuitos de proteção e protege os usuários do curto-circuito da linha direta para o gabinete e põe em perigo o usuário.
Kortuk
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Aqui estão duas fotos engraçadas que ilustram um campo gravitacional ...

Solo gravitacional

... e um aterramento elétrico .

Terra elétrica

Circuit fantasist
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Agrupamento e Earthning, em sentido mais amplo, são os mesmos conceitos. Eles são os conceitos relacionados à tensão relativa. Sempre que tomamos algo errado em 0 volts (potencial nulo), ele é chamado de aterramento. Por exemplo, as tomadas consideram 5V. Em 0V, o positivo está em 5V. Isso é errado, e quando não tomamos o peso errado, significa que o positivo está em 2,5V e o negativo está em -2,5V, o que novamente torna 2,5 - (- 2,5) = 5V . Assim, o ATERRAMENTO não é senão a referência ao que estamos tomando 0V errado.

Rohit embaixta
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