Was ist negative Spannung?

Jemand hat vielleicht bessere Worte, um dies zu erklären als ich, aber die große Sache, an die Sie sich erinnern müssen, ist, dass Spannung eine Potentialdifferenz ist. In den meisten Fällen ist der "Differenz"-Teil eine Differenz zwischen einem gewissen Potential und Massepotential. Wenn jemand -5V sagt, sagt er, dass Sie unter der Erde sind.

Sie müssen auch bedenken, dass die Spannung relativ ist. Wie ich bereits erwähnt habe, beziehen sich die meisten Leute auf "Boden"; aber was ist Boden? Sie können sagen, Masse ist Erde, aber was ist, wenn Sie ein batteriebetriebenes Gerät haben, das keinen Kontakt zur Masse hat? In dieser Situation müssen wir einen beliebigen Punkt als "Boden" behandeln. Normalerweise ist der Minuspol der Batterie das, was wir aus dieser Referenz betrachten.

Betrachten Sie nun den Fall, dass Sie 2 Batterien in Reihe haben. Wenn beide 5 Volt wären, würden Sie sagen, Sie hätten insgesamt 10 Volt.

Die Annahme, dass Sie 0 / +10 erhalten, basiert jedoch auf "Masse", da es sich um den Minuspol der Batterie handelt, der die andere Batterie nicht berührt, und dann auf 10 V als Position des Pluspols, der die nicht berührt andere Batterie. In dieser Situation können wir die Entscheidung treffen, dass wir die Verbindung zwischen den beiden Batterien zu unserer "Masse" -Referenz machen wollen. Dies würde dann zu +5 V an einem Ende und -5 V am anderen Ende führen.

Hier ist, was ich versucht habe zu erklären:

+10v   +++   +5v
       | |
       | | < Battery
       | |
+5v    ---   0v
       +++
       | |
       | | < Another Battery
       | |
0v     ---   -5v

Stellen Sie sich vor, Sie messen die Höhe eines Autos. Sie könnten ein Maßband nehmen und den Abstand vom Boden zum Dach des Autos messen. "Das Dach dieses Autos ist 4 Fuß über dem Boden."

Du könntest auch auf dem Dach des Autos stehen und dasselbe Maßband auf den Boden baumeln lassen. "Der Boden ist 4 Fuß unter dem Dach dieses Autos."

Spannung funktioniert genauso. Das negative Vorzeichen ist nur eine Konvention, genauso wie das Auto die gleiche Höhe hat, unabhängig davon, wie Sie es messen. Drehen Sie Ihre Multimeterleitungen um, und das negative Vorzeichen verschwindet.

Spannung ist ein Potentialunterschied. Wenn ich Klemme A eines Geräts mit einem Potential von 30 Volt und Klemme B mit einem Potential von 20 Volt verbinde. Das Potential von A nach B beträgt 10 Volt, aber das Potential von B nach A beträgt -10 Volt.

Stellen Sie sich ein hohes Gebäude vor. Um vom 30. in den 20. Stock zu gelangen, gehen Sie 10 Stockwerke nach unten.

Ach, warum nicht ..

Zu sagen, dass Sie an Punkt A eine Spannung von +5 V haben, bedeutet, dass Punkt A 5 Volt positiver ist als die von Ihnen gewählte Masse.

Zu sagen, dass Sie an Punkt B eine Spannung von -5 V haben, bedeutet, dass "Masse" 5 Volt positiver ist als Punkt B.

Das Vorzeichen gibt nur die Polarität der Spannung in Bezug auf den Erdungsknoten an.

Der erste Teil dieser Frage wurde bereits sehr gut beantwortet.

Was den zweiten Teil betrifft, könnten SieNehmen Sie die unterste Versorgungsklemme von der Stromversorgung und nennen Sie diese 0 V, dann wäre jede andere Spannung positiv. Dies wäre jedoch für viele Schaltungen sehr unpraktisch. Übliche Stromversorgungen für eine Operationsverstärkerschaltung sind beispielsweise +12 V und -12 V. Sie könnten den -12-V-Ausgang als "Masse" umbenennen, dann wäre die alte Masse +12 V und die alten +12 V wären +24 V. Außerdem würden alle Ihre Signale auf +12 V bezogen, und Sie müssten dies bei jeder Messung berücksichtigen. Außerdem wird viel Strom zwischen dem höchsten und mittleren Ausgang verbraucht (tatsächlich kommt die Ladung im oberen Ausgang ursprünglich vom mittleren Ausgang und will dorthin zurück), ebenso beim niedrigsten Ausgang. Insgesamt ist es einfacher, den mittleren Ausgang mit 0V (Masse) zu beschriften und mit positiven und negativen Spannungen zu arbeiten.

All dies ignoriert Erdungsprobleme. Im wirklichen Leben ist der Masseausgang der Versorgung oft buchstäblich geerdet, und es wäre einfach seltsam, sich vorzustellen, dass die gesamte Erde auf +12 V liegt.

Einige Operationsverstärker, zum Beispiel der Veteran 741, benötigen ihre Versorgung in Form von zwei Spannungen, eine positiv und die andere negativ in Bezug auf den Masse- oder Nullpegel des Signaleingangs und -ausgangs. In diesem Zusammenhang spricht man natürlich von der Versorgung +15 V und -15 V (dies sind die Werte, die üblicherweise für den 741 angegeben werden)

Eine Wechselspannung, wie z. B. die Wechselstromversorgung, schwingt in Bezug auf den Neutralleiter, der sehr nahe am Erdpotential liegt, positiv und negativ, sodass "neutral" als Nullspannung angesehen wird.

Spannung zwischen zwei physikalischen Punkten$A$und$B$ist definiert als

$V_{AB} = - \displaystyle \int\limits_{A}^{B} \vec{E}.d\vec{\ell},$

wo$\vec{E}$ist das elektrische Feld auf dem Weg der Integration.

$V_{AB}$wird entsprechend dieser Integration negativ oder positiv (oder einfach Null). Zum Beispiel, wenn Sie die Punkte tauschen$A$und$B$, das Vorzeichen ändert sich.

Wenn zum Beispiel Ihr Netzteil Masse, 5 V, -5 V anzeigt, dann ist Ihr Masseanschluss positiv gegenüber -5 V, Sie erhalten auf diese Weise 5 V von der Masse. Wenn Sie die 5-V- und -5-V-Anschlüsse verwenden, verwenden Sie -5 V als Masse und erhalten 10 V vom 5-V-Anschluss. Wenn Sie sagen, es gäbe auch einen 3-V-Anschluss, würden Sie 8 V vom 3-V-Anschluss mit - 5V als Masse. Leute, einfache Frage, einfache Antwort. Ich weiß wahrscheinlich weniger darüber als alle anderen, die hier kommentiert haben.

Nun, nur um meinen Senf dazuzugeben, nehmen wir an, Sie haben ein nicht geerdetes Gerät. Bei +10 Volt erwarten Sie, dass der Strom von der Batterie durch das Widget kommt, und dann ... wo? Es sind nur 10 Volt, also ist ein Lichtbogen durch die Luft zur Erde nicht wirklich möglich, aber es könnte durch das Gehäuse in die Hand des Benutzers gelangen, oder die Ladung könnte einfach am anderen Ende des Widgets bleiben. Jetzt haben Sie also +10 Volt auf der einen Seite und +8 Volt oder so etwas auf der anderen Seite relativ zur Masse. Das Wiget sieht jedoch nur einen Unterschied von 2 Volt.

Mit aa +5V und -5V wird der Strom sowohl in das Widget geschoben als auch aus dem Widget herausgezogen.

Strom wird nicht durch herumwandernde Elektronen erzeugt. Tatsächlich könnte ein Elektron überall herumwandern, ohne dass überhaupt eine Spannung angelegt wird. Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Es kommt irgendwo her und es geht irgendwo hin. Wenn Sie beispielsweise an der Kurbel eines Generators drehen, erzeugen Sie nicht wirklich Strom; Sie übertragen lediglich die Kraft, die Pflanzen von der Sonne aufgenommen haben, bevor Sie sie gegessen und verdaut haben. Sie sollten einen solchen Generator als "powered by thermonuclear fusion" vermarkten.