Mengapa sirkuit harus di-ground?

12

Mengapa sirkuit transistor harus di-ground? Cara saya memahaminya adalah bahwa ground adalah pasokan elektron yang tak terbatas dan oleh karena itu setara dengan terminal negatif baterai. Tapi di halaman ini , ada baik terminal negatif dan sirkuit juga membumi. Jika saya mengerti dengan benar, agar suatu rangkaian menjadi lengkap, kita memerlukan terminal positif, beberapa elemen rangkaian & terminal negatif. Jika pentanahan setara dengan terminal negatif, mengapa kita membutuhkannya dalam rangkaian yang ditunjukkan di atas? (By the way, semua sirkuit di buku yang saya maksudkan adalah tidak beralasan sampai transistor dimulai. Anda bisa mengatakan bahwa menambah kebingungan)

Green Noob
sumber
Konsep tanah relatif menjadi menarik ketika Anda berurusan dengan banyak sirkuit yang berbeda, ditenagai oleh berbagai persediaan, dan berbagi sinyal data. Beberapa tahun yang lalu kami membangun sebuah pameran interaktif (menunjukkan penangkapan dan penyimpanan karbon), yang menggabungkan selusin PSU dengan berbagai voltase dc, serta sasis Instrumen Nasional yang menggerakkan beberapa sinyal dan kartu data. Hanya ketika setiap 'ground' di setiap sirkuit diikat ke ground chassis NI DAQ, pameran berhasil. (Kebanyakan adaptor DC memiliki pin pembumian plastik pada steker listrik: mereka bahkan tidak tertarik pada 'nyata'
Peter Reid

Jawaban:

14

Istilah "tanah" dapat memiliki arti yang berbeda. Ketika sebuah sirkuit dilihat secara lokal, ground adalah satu-satunya jaringan yang dipilih seseorang untuk memanggil 0V sehingga semua voltase lain dipahami relatif terhadapnya. Tegangan adalah konsep yang relatif. Tidak ada yang namanya 20V absolut, hanya 20V di sini sehubungan dengan itu . "Ground" adalah bentuk pendek yang berguna untuk orang biasa di sana sehingga Anda tidak harus terus mengatakannya.

Tanah seperti itu sering dipilih sebagai tegangan suplai negatif. Itu membuat voltase lain positif, yang hanya membuat segalanya lebih mudah secara mental. Secara umum Anda mencoba untuk memilih ground sebagai titik dalam sinyal rangkaian dan sejenisnya dirujuk oleh masing-masing subbagian. Biasanya ada pilihan yang jelas dan jelas. Terkadang Anda hanya perlu memilih satu.

"Tanah" lainnya mengacu pada potensi bumi nyata, atau setidaknya potensi lingkungan umum. Ini penting ketika daya dan sinyal datang atau keluar dari sirkuit kecil Anda. Untuk kekuatan dan keselamatan, Anda harus mengasumsikan pengguna dapat terikat ke tanah ini, dan Anda harus memastikan Anda tidak memiliki potensi berbahaya ke tanah untuk menghindari kejutan listrik pada seseorang. Tanah bumi juga penting untuk sistem radio karena beberapa jenis antena benar-benar menggunakan bumi sebagai bagian dari keseluruhan sistem antena.

Olin Lathrop
sumber
Sejumlah energi terbatas diperlukan untuk mendorong elektron pada jarak tak terbatas dari proton. Dengan demikian, seseorang dapat mendefinisikan "volt nol absolut" sebagai energi proton yang jauh dari elektron, dan menentukan tegangan lain relatif terhadap itu. Saya pikir analogi yang lebih berguna mungkin adalah peningkatan; seseorang dapat mendefinisikan ketinggian dalam hal jarak dari pusat bumi, dan secara teoritis dapat mengukur tinggi badan seseorang dengan mengurangi ketinggian kaki mereka dari kepala mereka, tetapi itu jauh lebih praktis ...
supercat
... untuk mengukur jarak antara kepala dan kaki mereka secara langsung. Dalam kasus voltase, tingkat ketidakpastian dalam pengukuran voltase absolut akan jauh melebihi voltase relatif yang diinginkan. Ukuran absolut ada secara konseptual, tetapi bukan sebagai sesuatu yang praktis berguna.
supercat
Sebagai contoh di sana , pengukur tegangan mengambil perbedaan antara kedua kabel. Dengan cara ini, pembacaan tegangan pada layar meteran merupakan perbedaan potensial relatif terhadap kabel lainnya. Lebih sering daripada tidak, salah satu lead yang Anda gunakan akan menjadi titik di sirkuit Anda yang telah Anda tetapkan sebagai ground .
sherrellbc
Juga perhatikan bahwa dari sudut pandang matematika, tegangan tidak lebih dari energi yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan unit (1 C) dari satu titik ke titik lainnya. The lainnya titik menjadi titik yang Anda minati dan mantan titik sering menjadi tanah . Tegangan diukur dalam satuan Joule / Coulomb (J / C). Dari wiki :voltage [is] work done per unit charge against a static electric field to move the charge between two points.
sherrellbc
8

Dari perspektif sirkuit, ground relatif - itu hanya nama untuk kawat (jejak, jaring, simpul, dll) yang dapat diukur atau didorong oleh hal lain. Dengan demikian sebagian besar arbitrer - misalnya, ada (atau setidaknya) kendaraan bermotor di mana terminal baterai positif daripada negatif dihubungkan ke ground chassis. Penambahan simbol dasar dalam buku Anda pada titik yang sama ketika transistor diperkenalkan adalah perubahan gaya yang bersamaan, atau peningkatan umum kecanggihan diagram pada titik ketika kompleksitas meningkat dan dengan demikian membuat prinsip-prinsip pengorganisasian seperti gagasan "simpul tanah" yang lebih berharga.

Dalam sirkuit komunikasi, terutama radio, "tanah" mungkin memiliki makna literal atau setidaknya implikasi koneksi ke tanah bumi (berpotensi pancang konduktif yang didorong jauh ke tanah, mungkin dengan tanah di sekitarnya diperlakukan secara kimia jika tidak cukup memadai). konduktif). Tapi itu mungkin tidak benar untuk walkie-talkie genggam, dan tentu saja tidak benar untuk instalasi radio pesawat - pada kenyataannya potensi "darat" pesawat mungkin menjadi sangat berbeda dari "darat" darat selama penerbangan. .

Tetapi sementara di sirkuit kita menganggap "tanah" sebagai murni relatif, dalam kimia dan fisika, ada konsep muatan netral yang sebenarnya mutlak. Muatan netral adalah apa yang akan Anda miliki dalam atom atau molekul dengan jumlah proton dan elektron yang sama, atau unit materi yang lebih besar dengan jumlah bersih yang sama. Muatan absolut dari suatu objek menentukan gaya aturan tangan kanan yang akan dialami jika bergerak melalui medan magnet, sementara muatan relatif terhadap muatan terdekat lainnya akan menentukan medan listrik (dan gaya yang dihasilkan) yang diatur di antara keduanya.

Karena kita juga dapat membuat medan listrik antara dua titik dalam suatu rangkaian, mungkin tergoda untuk menganggap "tanah" sebagai muatan netral, tetapi pada akhirnya tidak ada yang mengatakan bahwa itu yang terjadi. Memang, relatif terhadap atmosfer, bumi memiliki muatan negatif, meskipun saya tidak menemukan jawaban yang siap tentang muatan absolut bumi, atmosfer bermakna, atau keduanya disatukan. Agaknya kita sedikit tunduk pada medan magnet matahari, jadi jika bumi memiliki muatan bersih yang cukup besar itu akan menyebabkan beberapa gangguan orbital, tetapi kemudian subjek magnetisme matahari sangat rumit - termasuk bidang loop yang disebut bintik matahari yang memiliki lebih banyak efek yang jelas pada komunikasi radio dan kabel panjang di bumi ...

Chris Stratton
sumber
Jadi itu berarti tanah tidak berarti terminal negatif seperti yang saya sebutkan dalam pertanyaan saya. Ini seperti level 0 untuk mengukur perbedaan potensial. Jika saya mengukur perbedaan potensial antara ground & terminal positif sebuah sel, maka ground bertindak sebagai terminal negative yang setara. Jika saya melakukan hal yang sama untuk terminal negatif, ground sekarang bertindak seperti terminal positif yang setara. Sudahkah saya mengerti konsepnya?
Green Noob
Bahkan kemudian, saya tidak mengenali pentingnya menyebutkan dasar dalam diagram rangkaian. Bisakah Anda mengklarifikasi?
Green Noob
Signifikansi sebenarnya dari tanah umumnya tidak berasal dari yang disebut "tanah" tetapi dari apa yang Anda hubungkan dengannya. Jika Anda menghubungkannya ke terminal baterai negatif, Anda dapat mengukur tegangan positif antara terminal positif dan arde; jika Anda menghubungkan arde ke terminal baterai positif, Anda dapat mengukur tegangan negatif antara arde dan terminal negatif. Seringkali pilihan titik apa di sirkuit Anda untuk menelepon adalah murni untuk organisasi atau preferensi, meskipun mungkin ada beberapa kasus khusus di mana fisika membuat satu situasi lebih menguntungkan daripada yang lain.
Chris Stratton
Selain itu, jika Anda memiliki sirkuit terisolasi (bertenaga baterai, tidak menyentuh sesuatu yang konduktif) sama sekali tidak ada signifikansi listrik untuk menempatkan simbol ground tunggal pada diagram-nya. Namun, jika Anda menempatkan dua simbol, idenya adalah mereka terhubung oleh beberapa kabel fisik (mungkin enklosur itu sendiri) yang tidak ditampilkan pada diagram. Sirkuit yang lebih maju akan menemukan simbol tambahan untuk kabel yang tidak ditarik - biasanya memasok tegangan, dan kadang-kadang sinyal yang dinamai muncul kembali di berbagai tempat di sirkuit yang akan berantakan jika dihubungkan dengan saluran yang ditarik.
Chris Stratton
1
@Kortuk - ya, tapi itu hanya bermakna karena sumber daya telah menetapkan gagasan tentang apa "tanah" itu, yang Anda warisi ketika Anda memutuskan untuk menggunakan sumber daya itu. Dengan sumber daya yang berbeda akan ada ide yang berbeda. Dengan baterai, atau pasokan eksternal 2-kawat yang umum terisolasi, tidak ada koneksi ground eksternal yang tersedia untuk diwariskan.
Chris Stratton
8

Chris memberikan jawaban yang lebih kompleks, jadi saya akan membuat yang sederhana.

Kebingungan ini secara jantan merupakan masalah bahasa Inggris menggunakan nama yang sama untuk konsep yang berbeda. Dalam kata Jerman, tanah baru yang aneh ini akan disebut massa dan sedikit berbeda dari tanah asli.

Pada dasarnya massa hanyalah simpul yang nyaman di sirkuit. Secara teori itu bisa benar-benar setiap simpul di sirkuit (lebih pada jawaban Chris) tetapi dalam praktiknya, itu hanya cara yang lebih sederhana untuk menunjukkan koneksi ke terminal negatif baterai. Misalnya lihatlah sirkuit ini . Di sini saya menghubungkan terminal negatif baterai ke ground katoda dioda ke ground. Itu sama dengan sirkuit ini di mana katoda secara eksplisit terhubung ke terminal negatif baterai.

Hal lain yang biasanya datang dengan massa adalah sumber tegangan satu terminal. Melihat sirkuit ini . Ini sama dengan dua lainnya, tetapi di sini kita tidak melihat baterainya sama sekali. Keuntungan menggunakan pendekatan ini adalah bahwa Anda sekarang masuk ke elektronik nyata dan Anda dapat mengharapkan sirkuit yang lebih kompleks. Mereka dapat menjadi sangat cepat sangat rumit untuk dibaca, sehingga sumber tegangan satu terminal dan simbol "ground" digunakan untuk menunjukkan bahwa komponen terhubung ke baterai. Sebagai contoh dalam rangkaian ini , sama sekali tidak relevan dengan rangkaian itu sendiri bagaimana sumber tegangan terlihat dan bagaimana emitor dari transistor terhubung ke terminal negatif.

AndrejaKo
sumber
1
Seringkali Anda memiliki koneksi ground terpisah untuk menghubungkan casing dan pelindung perangkat Anda melalui ground. Ini memungkinkan sirkuit perlindungan dan melindungi pengguna dari korsleting hotline ke kasing dan membahayakan pengguna.
Kortuk
3

Berikut adalah dua gambar lucu yang menggambarkan medan gravitasi ...

Tanah gravitasi

... dan tanah listrik .

Tanah listrik

Fantasist sirkuit
sumber
0

Konsep Grouting dan Earthning dalam pengertian yang lebih luas adalah konsep yang sama. Konsep-konsep yang terkait dengan tegangan relatif. Setiap kali kita mengambil sesuatu yang 0 volt (potensial nol) itu disebut sebagai pentanahan. pada 0V dan positif pada 5V. Ini adalah wrt ground. Dan ketika kita tidak mengambil wrt ke ground itu berarti positif berada pada 2.5V dan negatif pada -2.5V yang lagi-lagi membuatnya 2.5 - (- 2.5) = 5V . Jadi GROUNDING tidak lain adalah referensi apa yang kita ambil wrt 0V.

Rohit ambasta
sumber