Gibt es wirklich so etwas wie eine negative Gleichspannung (in Bezug auf Erde)?

Die Spannung kann als Maß der potentiellen Energie einer theoretischen Testladung geteilt durch ihre Größe interpretiert werden (dimensional gesehen sind Volt Joule pro Coulomb). Wie bei vielen Potentialen in der klassischen Physik ist dies eine relative Größe, was bedeutet, dass Ihre Messung eines Potentials zwischen zwei Punkten oder Zuständen liegt.

Physikalisch ist nichts mit der Vorstellung unvereinbar, dass das relative Potential eines Punktes P negativ ist, wenn es auf Erde oder irgendeine andere Referenz in Bezug auf diese Angelegenheit bezogen wird. Dies bedeutet lediglich, dass eine theoretische positive Ladung eine gewisse Menge an potenzieller Energie verlieren würde, wenn sie sich von Ihrer Erdung oder Ihrem Bezug zu P bewegt.

Wir können dies leicht durch Demonstration mit einer Reihe von Beispielen realisieren, die beweisen sollen, dass es "wirklich" eine negative Gleichspannung in Bezug auf Erde gibt:

1. Elektrochemisch: Angenommen, der Erdungsstift links ist physisch geerdet, indem er mit Erde verbunden wird (z. B. indem eine Elektrode im Freien in nasser Erde vergraben wird). Das -5VEtikett hat eindeutig und nachweislich eine negative Spannung gegenüber Erde.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

2. Ladungspumpen und Schaltregler: Es gibt eine Reihe von Schaltungstopologien, die bei positiver Versorgung eine negative Spannung erzeugen können. Am einfachsten wäre eine Ladungspumpe, bei der ein Kondensator abwechselnd geladen und entladen wird:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Gehen Sie wie zuvor davon aus, dass das Erdungssymbol als Erdung oder die Verwendung eines beliebigen für Sie geeigneten Bezugs verstanden werden kann.

Anfänglich sind SW1 und SW3 geschlossen, wodurch das Potential bei A über das Potential bei B ansteigt. Dann werden SW1 und SW3 geöffnet und dann werden SW2 und SW4 geschlossen. Da A unter B liegt, aber A jetzt mit Masse verbunden ist (sei es Erdung, die GND-Verbindung Ihres Arduino, Mars-Masse usw.), liegen B und VOUT daher beide unter Erdung. Durch das Hinzufügen zusätzlicher Kondensatoren und die Verwendung schneller Halbleiterschalter wird dies kommerziell als praktische Möglichkeit realisiert, Spannungen zu erzeugen, die niedriger sind als Ihre niedrigste Versorgung.

Mit den entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen und geeigneten Komponenten und Messwerkzeugen sollten Sie in der Lage sein, diese beiden Beispiele und Behauptungen selbst zu überprüfen, wenn Sie dies wünschen.

Ja ist es. Ihr Problem ist, dass Sie das Terminal namens GND mit dem großen Erdball verwechseln, der die Erde ist. Sie können verbunden sein oder nicht.

Wenn Sie in Ihrem Beispiel einen Erdstab in den Boden hämmern und dann einen Draht von diesem an die mit +5 V gekennzeichnete Klemme anschließen, liegt die mit GND gekennzeichnete Klemme 5 V unter der Erdspannung. Es wird bei -5 V liegen.

Die Tatsache, dass es mit GND gekennzeichnet ist, ist irrelevant.

Wenn Sie jedoch sowohl GND als auch den +5V-Anschluss mit Erde verbinden, entsteht ein Kurzschluss.

Es ist möglicherweise einfacher, dies mit zwei 5-V-Batterien in Betracht zu ziehen. Jeder hat Anschlüsse, die mit + und - gekennzeichnet sind, und keiner der Anschlüsse ist mit GND gekennzeichnet. Führen Sie ein Kabel vom Erdungsstab zum Minuspol einer der Batterien. Der andere Anschluss liegt jetzt auf +5 V relativ zur Erde. Verbinden Sie nun auch dieses Kabel mit dem + Pol der anderen Batterie. Der - Anschluss dieser zweiten Batterie liegt bei -5 V relativ zur Erde.

Jede unabhängige Stromversorgung liefert uns eine schwebende Ausgangsspannung, da sie von der Quelle isoliert ist. Daher können Sie keine Spannungen zwischen 2 verschiedenen Netzteilen messen.

Wenn wir über den Gleichstrom sprechen, ist normalerweise der GND-Pin (oder der gemeinsame, wie er am häufigsten verwendet wird) etwas, das nicht mit der Erdung verbunden ist und absolut nichts damit zu tun hat.

Wenn Sie also ein Netzteil mit 2 Ausgängen (oder 3 Ausgangsanschlüssen) haben, befinden sich nur 2 Netzteile in derselben Box, die bis zu den Ausgangsanschlüssen, an denen die Vcc von 2. anliegt, voneinander isoliert sind Einer ist mit dem gemeinsamen (oder GND) am Ausgang verbunden.

Ich hoffe, ich habe Ihre Frage beantwortet.