Может ли напряжение быть отрицательным. Отрицательное напряжение: что это такое и как его получить

Любое напряжение может быть положительным, отрицательным или нулевым.

Разница между положительным (+) и отрицательным (-) напряжением заключается в полярности напряжения. Полярность напряжения может изменяться в зависимости от эталона, как если бы точка с более высоким потенциалом была взята за эталон для измерения более низкого потенциала. Разность потенциалов будет отрицательной, что соответствует отрицательному напряжению. И когда точка с более низким потенциалом берется за точку отсчета для измерения более высокого потенциала, разность потенциалов будет положительной. Полярность напряжения также влияет на ориентацию источника постоянного тока. Для источника переменного тока со временем полярность напряжения изменяется, так как для положительной половины сигнала переменного тока напряжение является положительным, а для отрицательной половины — отрицательным.

Как получить отрицательное напряжение. » Хабстаб

Оказалось, что когда речь заходит об отрицательном напряжении, первый вопрос, который возникает у людей: «Как такое может быть? Как напряжение может быть отрицательным?»
Поэтому хотел бы чуть подробнее остановиться на том, что такое отрицательное напряжение и где оно может пригодиться.

Если меня спросят на каком этаже я живу, то не задумываясь скажу, что на пятом и мой ответ понятен каждому, всё дело в том, что мы привыкли отсчитывать этажи от земли. А для соседа с 10 этажа, если он свой этаж примет за точку отсчёта, я живу на -5 этаже. Так же и в электронике, измеряемое напряжение зависит от точки отсчёта, от точки которую мы приняли за ноль. Обычно такую точку, относительно которой ведётся отсчёт, называют землёй и тогда становится понятно, что раз напряжение — величина относительная, то может быть равна как 5 так и -5 вольтам, всё зависит от точки отсчёта.

Давайте рассмотрим схемы, изображённые ниже.

На схеме изображён делитель напряжения, который запитан от 10 вольт. Если мы будем измерять напряжение относительно отрицательного провода, то в точке B будет 5 вольт, а в точке С будет 10 вольт. А давайте в качестве точки отсчёта выберем точку B(средняя схема), тогда в точке А у нас будет -5 вольт, а в точке С будет 5 вольт. Ну а если примем за точку отсчёта точку С(правая схема), то в точках B и A у нас будет, -5 и -10 вольт соответственно.

Но что интересно,нельзя найти устройство, которое питается отрицательным напряжением, а услышать про отрицательное напряжение можно лишь, когда речь заходит о двухполярном питании. Ну вот только с одним, чуть разобрались и снова, какие-то умные слова. На самом деле ничего хитрого в двухполярном питании нет. Если для работы электронного компонента необходимо положительное и отрицательное напряжение(средняя схема на картинке выше), то говорят, что ему необходимо двухполярное питание.

В каком случае двухполярное питание может пригодиться? Рассмотрим простой пример, если на один из входов ОУ, питающегося положительным напряжением, подать отрицательное напряжение, то ничего не произойдёт, он просто не знает про существование отрицательного напряжения и сделать с ним ничего не может.

Кто-то из читателей, может подумать: «Вон выше схема на резисторах, используешь её и получаешь двухполярное питание, чего тут дальше читать?» А нет, всё не так просто, у схемы на резисторах есть один недостаток — отсутствие стабилизации средней точки, то есть при разной нагрузке в плечах, будет смещаться напряжение общей точки, тогда при подключении разной нагрузки на выходе будет не 5 и -5 вольт, а например, 4 и -6 вольт. Поэтому схема на резисторах — не самый лучший вариант.

Чёт мы я отвлёкся от темы, и так мне надо было организовать двухполярное питание и вопрос возникал в том как получить -5 вольт с током до 20мА. Дабы не усложнять себе жизнь, использовал две последовательно включенные зарядки от телефона. Точку в которой соединялся плюс одной зарядки с минусом другой принял за точку отсчёта(землю), тогда зарядка, у которой остался не подключённым плюсовой вывод, использовалась для получения 5 вольт, та у которой не подключён минусовой вывод для получения -5 вольт.

Прошло немного времени и стало понятно, что таскать две зарядки для одного устройства неудобно и хорошо было найти более простой способ получить отрицательное напряжение. Вариантов было два: первый — это собрать на рассыпухе источник отрицательного напряжения, второй — купить готовую микросхему, которая бы из положительного напряжения сделала отрицательное. Немного поискав в интернете, нашёл LM828, которая при подаче на вход положительного напряжения, на выходе выдавала такое же только отрицательной полярности. Идея использовать такую микросхему, показалась мне очень заманчивой поэтому сразу сделал заказ на али. Когда микросхема пришла, вытравил маленькую платку и монтировал её на основную плату и теперь для пользования устройством нужна только одна зарядка. Хотелось бы отметить, что номинал конденсаторов в обвязке микросхемы по даташиту равен 10uF, но при увеличении нагрузки микросхема начала пищать, поэтому увеличил их значение до 47uF.

LM828 покупал тут.

Напряжение — номер Digilent

Основной единицей любой электрической цепи является электрический заряд. Цель любой электрической цепи состоит в том, чтобы перемещать заряд таким образом, чтобы выполнить желаемую задачу. (Например, мы можем создать свет с помощью лампы накаливания, пропуская электрические заряды через нить достаточно быстро, чтобы нагреть нить до такой степени, что она начнет светиться.) Электрический заряд переносится электронами в атомах, поэтому нас в основном интересует с перемещением электронов таким образом, чтобы достичь какой-то цели (например, создать свет в лампочке).

Хотя заряд является нашей основной единицей, инженеры, как правило, непосредственно не интересуются самими зарядами. Как было сказано выше, именно движение зарядов решает нашу задачу. Инженерам удобнее описывать движение зарядов через вторичные величины напряжения и тока. В этом разделе мы обсудим напряжение.

Перемещение зарядов обычно требует затрат энергии. Напряжение — это мера энергии, доступной для перемещения заряда из одной точки цепи в другую. Поскольку разность напряжений в цепи создает силу, которую можно использовать для перемещения зарядов, ее иногда называют электродвижущей силой или ЭДС.

Примечание: Эта концепция аналогична подъему веса в гравитационном поле — подъем веса требует затрат энергии, а опускание веса дает энергию, которую можно использовать для других целей. Потенциальная энергия определяет количество энергии, доступной для перемещения массы вверх или вниз в гравитационном поле, точно так же, как напряжение определяет количество энергии, доступной для перемещения зарядов. Из-за этой аналогии напряжение иногда называют электрическим потенциалом.

Единицами напряжения являются вольты (В). Разность напряжений в три вольта обычно обозначается как 3 В. Небольшие напряжения часто представляют в милливольтах (сокращенно мВ, один милливольт равен одной тысячной вольта). Эти единицы используются соответствующим образом, когда Analog Discovery отображает напряжения.

Полярность напряжения

Важным аспектом любого значения напряжения является его полярность. Напряжение — это разница уровней энергии между двумя точками, а полярность напряжения просто указывает, какая точка имеет более высокий уровень энергии. Полярность напряжения обычно обозначается на принципиальных схемах знаками «+» и «-», как показано на рис. 1. Клякса на рис. 1 обозначает электрическую цепь или элемент цепи. Две клеммы схемы доступны и обозначены как A и B на рис. 1. Напряжение между этими двумя клеммами обозначено как VAB. Знак + возле клеммы А и знак «-» возле клеммы В указывают на то, что напряжение на клемме А выше, чем напряжение на клемме В.

Приведенная выше интерпретация полярности верна только в том случае, если напряжение VAB является положительным числом. Если VAB является отрицательным числом, напряжение на клемме A выше, чем напряжение на клемме B, на отрицательную величину — это эквивалентно утверждению, что напряжение на клемме A ниже, чем напряжение на клемме B.

Примечание: Полярность напряжения, указанная на принципиальных схемах, обеспечивает только условное обозначение, по которому интерпретируются напряжения. Он указывает полярность, связанную с положительным напряжением. Если напряжение отрицательное, полярность просто меняется. Следовательно, если мы переопределим полярность разности напряжений на рис. 1, как показано на рис. 2, напряжение V _BA на рис. 2 является просто отрицательным значением напряжения V

Заземление

Напряжение всегда представляет собой разницу в энергии между двумя точками . Однако часто бывает удобно указать опорный уровень напряжения «ноль» вольт, а затем выразить напряжения в других точках цепи относительно этого напряжения. Когда мы делаем это, кажется, что мы говорим о напряжении в одной точке, но на самом деле мы выражаем напряжение в этой точке относительно некоторого (довольно произвольного) эталонного напряжения, которое принимается равным нулю. Это опорное напряжение называется землей.

Приведенная выше интерпретация полярности верна только в том случае, если напряжение V _AB является положительным числом . Если V _AB является отрицательным числом , напряжение на клемме A выше, чем напряжение на клемме B, на отрицательную величину — это эквивалентно утверждению, что напряжение на клемме A на ниже, чем напряжение на клемме . Б.

Примечание: Общая идея аналогична той, что используется при определении высоты в географии. Высоты, по общему согласию, указаны относительно уровня моря. «Уровень моря» дает довольно произвольное определение того, где находится «нулевая» высота. Высота может быть как положительной (над уровнем моря), так и отрицательной (ниже уровня моря), точно так же, как напряжения могут быть положительными или отрицательными относительно земли.

Земля на схемах электрических цепей обозначается одним из символов, показанных на рис. 3. Хотя все три символа определяют уровень нуля для любых других напряжений на схеме, они не означают одно и то же. Заземление, рис. 3(а), использует условное обозначение потенциальной энергии земли, равное нулю вольт — это определение заземления является основой большинства правил техники безопасности. Заземление на электрической схеме подразумевает, что существует некоторая физическая связь между цепью и землей. Заземление сигнала, рис. 3(b), и заземление шасси, рис. 3©, не обязательно означают наличие физического соединения с землей — эти символы подходят, например, для цепей на спутнике, вращающемся вокруг Земли.

На данный момент мы будем использовать в качестве нашего единственного определения земли «сигнальную землю». На принципиальных схемах сигнальная земля обозначена символом, показанным на рис. 3(b). Более подробно о различиях между различными основаниями мы поговорим в другом проекте.

Измерение напряжения

Разность напряжений обычно измеряют вольтметром. Вольтметр будет иметь две клеммы или выводы, которые подключены к двум точкам нашей цепи, где мы хотим измерить напряжение. Например, предположим, что мы хотим измерить напряжение в цепи 2 (V ₂ ), показанные на рис. 4(а). Мы просто подключаем клеммы вольтметра к клеммам цепи 2, чтобы измерить напряжение на цепи 2, как показано на рис. 4(b).

Как правило, вольтметры реализуются как одна из функций цифрового мультиметра или цифрового мультиметра. Цифровые мультиметры являются одним из наиболее распространенных элементов электрического испытательного оборудования — большинство цифровых мультиметров измеряют как минимум напряжение, ток и сопротивление. Поскольку цифровые мультиметры имеют несколько функций, на измерителе имеется несколько «настроек» (выбираемых с помощью кнопок или поворота диска) и несколько способов подключения терминалов к цифровому мультиметру (путем вставки выводов цифрового мультиметра в разные порты). на счетчике). При использовании цифрового мультиметра для измерения постоянного напряжения соответствующая настройка обозначается буквой «V» с чертой над ней, а клеммы подключаются к портам, помеченным как «V/Ω» и «COM» (для общего). Клемма «V/Ω» подключается к клемме предполагаемого положительного напряжения в вашей цепи, а клемма «COM» подключается к клемме предполагаемого отрицательного напряжения в вашей цепи. Обычно красный провод используется для клеммы «V/Ω», а черный — для клеммы «COM».

Важные моменты

• Напряжение — это разница уровней энергии между двумя точками. Эту разницу в энергии можно использовать для перемещения зарядов. Единицами напряжения являются вольты, сокращенно V.

• Чтобы указать напряжение, вы должны указать не только величину (количество вольт), но и полярность. Полярность напряжения обозначается знаками «+» и «-» на принципиальной схеме. Знак «+» находится в точке, где предполагается, что напряжение выше, а знак «-» — в точке, где предполагается, что напряжение ниже. Эта полярность не обязательно соответствует фактической полярности напряжения, но показывает направление, связанное с положительным напряжением.

• Величина напряжения может быть как положительной, так и отрицательной. Если величина напряжения положительна, напряжение имеет ту же полярность, как показано на диаграмме. Если величина напряжения отрицательна, полярность напряжения противоположна показанной на диаграмме. Переключение полярности на диаграмме просто меняет знак напряжения и наоборот.

• Напряжение измеряется вольтметром. Чтобы измерить напряжение в цепи, просто соедините клеммы вольтметра в двух точках, в которых требуется разность напряжений.

Проверьте свои знания

1. Для приведенных ниже элементов схемы указана разность напряжений и полярность. Укажите, какая клемма находится под более высоким напряжением и какова разница напряжений.

1. Заземление и разность напряжений показаны для элементов цепи ниже. Определите напряжение узла «а» относительно земли.

Ответы

1.

• Узел a на 3 В выше, чем узел b.

• Узел a на 3 В выше, чем узел b. (Напряжение отрицательное, что переключает назначенную полярность.)

• Узел b на 3 В выше, чем узел a.

• Узел b на 3 В выше, чем узел b. (Отрицательный знак напряжения меняет указанную полярность.

2.

• Напряжение в узле a находится на 2 В ниже уровня земли.

• Напряжение в узле a ниже уровня земли на 3 В. (Это минус 3 В над землей, отрицательный знак меняет полярность. )

• Напряжение в узле a ниже уровня земли на 3 В.

• Напряжение в узле a ниже уровня земли на 3 В. (Отрицательно на 3 В над землей, значит, положительно на 3 В под землей.)

учиться, основы, схемы, напряжение

Что такое отрицательное напряжение? — Обмен стека электротехники

спросил 12 лет, 1 месяц назад

Изменено 4 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 284 тыс. раз

\$\начало группы\$

Просто общий вопрос по электронике: что такое отрицательное напряжение, например -5 вольт?

Насколько мне известно, энергия генерируется электронами, блуждающими от отрицательной к положительной стороне источника питания (здесь подразумевается мощность постоянного тока). Является ли отрицательное напряжение, когда электроны блуждают от + к -?

Зачем он вообще нужен некоторым устройствам, что в нем такого особенного?

• напряжение

\$\конечная группа\$

10

\$\начало группы\$

У кого-то могут быть лучшие слова, чтобы объяснить это, чем у меня, но важно помнить, что напряжение — это разность потенциалов. В большинстве случаев «разностная» часть представляет собой разницу между некоторым потенциалом и потенциалом земли. Когда кто-то говорит -5v, они говорят, что вы находитесь под землей.

Вы также должны иметь в виду, что напряжение является относительным. Итак, как я упоминал ранее, большинство людей ссылаются на «землю»; но что такое земля? Вы можете сказать, что земля — это земля, но как насчет случая, когда у вас есть устройство с батарейным питанием, которое не имеет контакта с землей. В этой ситуации мы должны рассматривать некоторую произвольную точку как «землю». Обычно отрицательная клемма на аккумуляторе — это то, что мы рассматриваем в этой ссылке.

Теперь рассмотрим случай, когда у вас последовательно соединены 2 батареи. Если бы оба были 5 вольт, то вы бы сказали, что у вас всего 10 вольт.

Но предположение, что вы получаете 0/+10, основано на «земле» как на отрицательной клемме батареи, которая не касается другой батареи, а затем на 10 В как на расположении положительной клеммы, которая не касается другой батареи. касаясь другой батареи. В этой ситуации мы можем принять решение, что мы хотим сделать соединение между двумя батареями нашей «землей». Это приведет к +5 В на одном конце и -5 В на другом конце.

Вот что я пытался объяснить:

 +10В +++ +5В
       | |
       | | < Аккумулятор
       | |
+5В --- 0В
       +++
       | |
       | | < Другая батарея
       | |
0В --- -5В
 

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

Представьте, что вы измеряете высоту автомобиля. Вы можете взять рулетку и измерить расстояние от земли до крыши автомобиля. «Крыша этой машины находится на высоте 4 фута над землей».

Можно также встать на крышу машины и свесить ту же рулетку на землю. «Земля находится на 4 фута ниже крыши этой машины».

Напряжение работает так же. Знак минус — это просто условность, точно так же, как автомобиль имеет одинаковую высоту, независимо от того, как вы его измеряете. Переверните выводы мультиметра, и отрицательный знак исчезнет.

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

Напряжение – это разность потенциалов. Если я подключаю клемму A устройства к потенциалу 30 вольт, а клемму B к потенциалу 20 вольт. Потенциал от А до В равен 10 вольт, но потенциал от В до А равен - 10 вольт.

Представьте себе высокое здание Чтобы подняться с 30 этажа на 20 этаж, вы спуститесь на 10 этажей.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

а почему бы и нет..

Сказать, что у вас есть напряжение +5 В в точке А, означает, что точка А на 5 В больше положительного, чем выбранная вами земля.

Сказать, что у вас есть напряжение -5 В в точке B, означает, что «земля» на 5 вольт больше, чем точка B.

Знак просто указывает полярность напряжения по отношению к узлу земли.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

На первую часть этого вопроса уже дан очень хороший ответ.

Что касается второй части, вы могли бы взять самую низкую клемму питания от источника питания и назвать это 0V, тогда все остальные напряжения будут положительными. Однако для многих схем это было бы очень неудобно. Например, обычные источники питания для схемы операционного усилителя имеют напряжение +12 В и -12 В. Вы можете перемаркировать выход -12 В как «землю», тогда старая земля будет +12 В, а старая + 12 В будет +24 В. Кроме того, все ваши сигналы будут привязаны к +12 В, и вам придется учитывать это каждый раз, когда вы измеряете вещи. Кроме того, большая часть энергии используется между самым высоким и средним выходом (по сути, заряд в верхнем выходе изначально был получен от среднего выхода и хочет вернуться туда), то же самое с самым низким выходом. В целом проще пометить средний вывод 0V (земля) и работать с положительным и отрицательным напряжением.

Игнорирование заземления. В реальной жизни часто земляной выход питания буквально заземлен, и думать, что вся Земля находится под напряжением +12 В, было бы просто странно.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Некоторые ОУ, например ветеран 741, требуют их питания в виде двух напряжений, одного положительного, а другого отрицательного по отношению к земле или нулевому уровню сигнала на входе и выходе. В этом контексте естественно говорить о питание составляет +15 В и -15 В (это значения, обычно указанные для 741) 9{B} \vec{E}.d\vec{\ell}, \$

где \$\vec{E}\$ — электрическое поле на пути интегрирования.

\$V_{AB}\$ становится отрицательным или положительным (или просто нулем) в соответствии с этим интегрированием. Например, если поменять местами точки \$A\$ и \$B\$, знак изменится.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Если, например, ваш источник питания показывает землю, 5 В, -5 В, тогда ваша клемма заземления положительна на -5 В, таким образом вы получаете 5 В от земли. Если вы используете клеммы 5 В и -5 В, то вы будете использовать -5 В в качестве земли, и вы получите 10 В от клеммы 5 В. Если, скажем, есть клемма 3 В, вы получите 8 В от клеммы 3 В, используя - 5В в качестве земли. Простой вопрос, простой ответ, люди. Я, наверное, знаю об этом меньше, чем все остальные, кто комментировал здесь.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Ну, просто чтобы добавить свои пять копеек, скажем, у вас есть незаземленное устройство. При +10 вольт вы ожидаете, что ток пойдет от батареи, через виджет, а потом... куда? Это всего лишь 10 вольт, поэтому дуга через воздух на землю на самом деле невозможна, но она может пройти через корпус в руку пользователя, или заряд может просто остаться на дальнем конце виджета. Итак, теперь у вас есть +10 вольт с одной стороны и +8 вольт или что-то с другой относительно земли. Однако Wiget видит разницу всего в 2 вольта.

При +5В и -5В ток как вводится в виджет, так и вытягивается из виджета.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Энергия не генерируется блуждающими вокруг электронами.