¿Por qué un circuito debe estar conectado a tierra?

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¿Por qué un circuito de transistor debe estar conectado a tierra? Según tengo entendido, la tierra es un suministro infinito de electrones y, por lo tanto, es equivalente al terminal negativo de una batería. Sin embargo, en esta página , no es tanto un terminal negativo y el circuito también está conectada a tierra. Si he entendido correctamente, para que un circuito esté completo, necesitamos un terminal positivo, algunos elementos del circuito y un terminal negativo. Si la conexión a tierra es equivalente a una terminal negativa, ¿por qué la necesitamos en el circuito que se muestra arriba? (Por cierto, todos los circuitos en el libro al que me refiero no estaban conectados a tierra hasta que los transistores comenzaron. Se podría decir que eso se sumó a la confusión)

basic grounding Novato verde
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El concepto de una tierra relativa se vuelve interesante cuando se trata de muchos circuitos diferentes, alimentados por una variedad de suministros y compartiendo señales de datos. Hace unos años construimos una exhibición interactiva (que demuestra la captura y el almacenamiento de carbono), que incorporó una buena docena de PSU de diferentes voltajes de CC, así como un chasis de National Instruments que maneja algunas tarjetas de señal y datos. Solo cuando la 'tierra' en cada circuito estaba amarrada a la tierra del chasis NI DAQ, la exhibición funcionaba. (La mayoría de los adaptadores de CC tienen un pin de tierra de plástico en el enchufe de la red: ni siquiera están interesados ​​en 'real'
Peter Reid el

Respuestas:

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El término "tierra" puede significar cosas diferentes. Cuando se mira un circuito localmente, la tierra es simplemente la red que alguien eligió para llamar 0V, de modo que se entienda que todos los demás voltajes son relativos a él. El voltaje es, después de todo, un concepto relativo. No hay 20V absolutos, solo 20V aquí con respecto a allá . "Ground" es una forma corta y práctica para un común allí, por lo que no tiene que seguir diciéndolo.

Tal tierra a menudo se elige como el voltaje de suministro negativo. Eso hace que otros voltajes sean positivos, lo que facilita las cosas mentalmente. En general, intenta elegir tierra como el punto en el que las señales del circuito y similares se refieren a subsecciones individuales. Por lo general, hay una opción clara y obvia. A veces solo tienes que elegir uno.

El otro "terreno" se refiere al potencial real de la tierra, o al menos al potencial del entorno general. Esto es importante cuando la energía y las señales provienen o salen de su pequeño circuito. Para poder y seguridad, debe suponer que un usuario podría estar atado a este terreno, y debe asegurarse de no tener un potencial peligroso para aterrizar para evitar golpear a alguien. La conexión a tierra también puede ser importante para los sistemas de radio, ya que algunos tipos de antenas en realidad usan la tierra como parte del sistema de antena general.

Olin Lathrop
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Se requeriría una cantidad finita de energía para impulsar un electrón a una distancia infinita de un protón. Como tal, uno podría definir "cero voltios absolutos" como la energía de un protón que estaba infinitamente lejos de un electrón, y definir otros voltajes relativos a eso. Creo que una analogía más útil podría ser la elevación; uno podría definir la elevación en términos de distancia desde el centro de la tierra, y en teoría podría medir la estatura de una persona restando la elevación de sus pies de la de su cabeza, pero es mucho más práctico ...
supercat
... para medir la distancia entre su cabeza y pies directamente. En el caso de los voltajes, el nivel de incertidumbre en cualquier medida de voltaje absoluto excedería por mucho cualquier voltaje relativo de interés. La medida absoluta existe conceptualmente, pero no como algo prácticamente útil.
supercat
Como un ejemplo para allí , un medidor de tensión toma la diferencia entre los dos conductores. De esta manera, el voltaje leído en la pantalla del medidor es la diferencia de potencial en relación con el otro cable. La mayoría de las veces, uno de los cables que usa será el punto de su circuito que ha definido como tierra .
sherrellbc
También tenga en cuenta que desde un punto de vista matemático, el voltaje no es más que la energía requerida para mover una unidad de carga (1 C) de un punto a otro. El otro punto es su punto de interés y el primer punto a menudo es fundamental . El voltaje se mide en unidades de Julios / Coulomb (J / C). De 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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Desde la perspectiva de un circuito, la tierra es relativa: es solo un nombre para un cable (traza, red, nodo, etc.) al que se pueden medir o controlar otras cosas en referencia. Como tal, es en gran medida arbitrario; por ejemplo, hay (o al menos hubo) vehículos de motor en los que el terminal positivo de la batería en lugar del negativo estaba conectado a la tierra del chasis. La adición de un símbolo de tierra en su libro en el mismo momento en que se introdujeron los transistores es un cambio de estilo coincidente o un aumento general en la sofisticación de los diagramas en un momento en que la complejidad aumenta y, por lo tanto, hace que los principios de organización como la idea de un "nodo de tierra" más valioso.

En un circuito de comunicación, especialmente en una radio, "tierra" puede tener un significado literal o, al menos, implicar la conexión a una tierra física (potencialmente una estaca conductora conducida lejos en la tierra, posiblemente con el suelo circundante tratado químicamente si no es lo suficientemente conductivo). Pero eso puede no ser confiablemente cierto para un walkie-talkie de mano, y ciertamente no es cierto para una instalación de radio de una aeronave; de ​​hecho, el potencial de la "tierra" de la aeronave podría ser bastante diferente del de la "tierra" terrestre durante el vuelo .

Pero mientras que en los circuitos pensamos que el "terreno" es puramente relativo, en química y física, existe un concepto de carga neutral que en realidad es absoluto. Una carga neutra es lo que tendría en un átomo o molécula con el mismo número de protones y electrones, o alguna unidad más grande de materia con números netos iguales. La carga absoluta de un objeto determina la fuerza de la regla de la mano derecha que experimentaría si se moviera a través de un campo magnético, mientras que la carga relativa a otra carga cercana determinará el campo eléctrico (y la fuerza resultante) establecida entre los dos.

Debido a que también podemos crear un campo eléctrico entre dos puntos en un circuito, puede ser tentador pensar que "tierra" tiene carga neutral, pero en última instancia no hay nada que diga que ese debe ser el caso. De hecho, en relación con la atmósfera, la tierra tiene carga negativa, aunque no encuentro una respuesta inmediata sobre la carga absoluta de la tierra, la atmósfera significativa o las dos cosas juntas. Presumiblemente, estamos ligeramente sujetos al campo magnético del sol, por lo que si la Tierra tuviera una carga neta lo suficientemente sustancial, causaría cierta perturbación orbital, pero el tema del magnetismo solar es enormemente complicado, incluidos los bucles de campo llamados manchas solares que tienen sus propias características. efectos obvios en las comunicaciones de radio y cables largos aquí en la tierra ...

Chris Stratton
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Eso significa que una conexión a tierra no significa una terminal negativa, como he mencionado en mi pregunta. Es algo así como un nivel 0 para medir las diferencias potenciales. Si mido la diferencia de potencial entre la tierra y el terminal positivo de una celda, entonces la tierra actúa como un terminal negativo equivalente. Si hago lo mismo para el terminal negativo, la tierra ahora actúa como un terminal positivo equivalente. ¿Tengo el concepto correcto?
Green Noob el
Incluso entonces, no reconozco la importancia de mencionar el terreno en el diagrama del circuito. ¿Puedes aclarar por favor?
Green Noob el
El significado real de la tierra generalmente no proviene de que se le llame "tierra" sino de lo que se conecta a ella. Si lo conecta al terminal negativo de la batería, puede medir un voltaje positivo entre el terminal positivo y tierra; Si conecta la tierra al terminal positivo de la batería, puede medir un voltaje negativo entre la tierra y el terminal negativo. A menudo, la elección de a qué punto de su circuito llamar tierra es puramente por organización o preferencia, aunque puede haber algunos casos especiales en los que la física hace que una situación sea más ventajosa que otra.
Chris Stratton el
Además, si tiene un circuito aislado (alimentado por batería, sin tocar nada conductor), no hay absolutamente ningún significado eléctrico al colocar un solo símbolo de tierra en su diagrama. Sin embargo, si coloca dos símbolos, la idea es que estén conectados por algún cable físico (tal vez el recinto mismo) que no se muestra en el diagrama. Los circuitos más avanzados inventarán símbolos adicionales para cables sin estirar, por lo general suministran voltajes y ocasionalmente señales con nombre que se muestran nuevamente en varios lugares del circuito que sería complicado conectar con líneas trazadas.
Chris Stratton el
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@Kortuk: sí, pero eso solo tiene sentido porque la fuente de energía ha establecido una idea de lo que es "tierra", que heredas cuando decides usar esa fuente de energía. Con una fuente de energía diferente habría una idea diferente. Con baterías o un suministro externo de 2 hilos aislado común, no hay una conexión a tierra externa disponible para heredar.
Chris Stratton
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Chris proporcionó una respuesta más compleja, así que haré una simple.

Esta confusión es un problema varonil del idioma inglés que usa el mismo nombre para diferentes conceptos. En alemán, este extraño nuevo terreno se llamaría masa y es un poco diferente al terreno real.

Básicamente, la masa es solo un nodo conveniente en el circuito. En teoría, puede ser absolutamente cualquier nodo en el circuito (más sobre eso en la respuesta de Chris), pero en la práctica, es solo una forma más simple de mostrar la conexión al terminal negativo de la batería. Por ejemplo, eche un vistazo a este circuito. Aquí conecté el terminal negativo de la batería a tierra y el cátodo de diodo a tierra. Eso es lo mismo que este circuito donde el cátodo está explícitamente conectado al terminal negativo de la batería.

Otra cosa que generalmente viene con la masa es la fuente de voltaje de un terminal. Echa un vistazo a este circuito. Es igual que los otros dos, pero aquí no vemos la batería en absoluto. La ventaja de usar este enfoque es que ahora te estás metiendo en la electrónica real y puedes esperar circuitos más complejos. Pueden volverse muy rápidamente muy complicados de leer, por lo que la fuente de voltaje de un terminal y los símbolos de "tierra" se usan para mostrar que el componente está conectado a la batería. Por ejemplo, en este circuito, es completamente irrelevante para el circuito en sí mismo cómo se ve la fuente de voltaje y cómo el emisor del transistor está conectado al terminal negativo.

AndrejaKo
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A menudo tiene una conexión a tierra separada para conectar la carcasa y el escudo de su dispositivo a través de la tierra. Esto permite circuitos de protección y protege a los usuarios del cortocircuito de la línea directa al caso y pone en peligro al usuario.
Kortuk
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Aquí hay dos imágenes divertidas que ilustran un terreno gravitacional ...

Suelo gravitacional

... y una tierra eléctrica .

Tierra electrica

Circuito fantasioso
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Grouding y Earthning en sentido más amplio son los mismos conceptos. Son los conceptos relacionados con el voltaje relativo. Cada vez que tomamos algo wrt 0 voltios (potencial nulo) se conoce como tierra. Para ex.lets considere 5V. Significa que la placa negativa es a 0V y positivo a 5V. Esto es wrt a tierra. Y cuando no tomamos wrt a tierra significa que positivo es a 2.5V y negativo es a -2.5V, lo que nuevamente lo hace 2.5 - (- 2.5) = 5V . Por lo tanto, GROUNDING no es más que la referencia de lo que estamos tomando wrt 0V.

Rohit Ambasta
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