グラウンドとは何ですか？

特に回路を解析しようとするとき、私はグランドの概念、そしておそらく電圧についても少し混乱しています。小学校でオームの法則を知ったとき、簡単な回路の電流、電圧、抵抗を計算するために法則を適用する方法を学びました。

たとえば、次の回路が与えられた場合：

回路を流れる電流を計算するように求められます。当時、私は単純に（与えられたルールに基づいて）1.5V / 1Ohms = 1.5Aを計算していました。

しかし、後で、抵抗の電圧が1.5Vになる理由は、電圧は実際には2点間の電位差であり、バッテリー全体の電圧の差は、抵抗器（間違えた場合は修正してください）、または1.5V。しかし、地面の概念を導入した後、私は混乱しました。

シミュレータで前の回路と同様の回路の電流計算を初めて試みたとき、プログラムはグランドと「フローティング電圧源」を持たないことについて不平を言いました。少し調べた後、基準点として、または安全上の理由から、回路がグランドを必要とすることを知りました。回路を設計するのが慣習であるため、グランドを選択するための「簡単な場所」があるので、グランドのノードを選択できることが1つの説明で言及されました。

したがって、この回路の

底部でグランドを選択しましたが、7オームと2オームの抵抗器の間のグランドを選択しても問題ありませんか？そして、回路を分析するときの違いは何ですか？

シャーシアース、アースアース、シグナルアースという、異なる意味を持つ3つの典型的なアース記号があることを読みました。私が演習で使用した多くの回路は、接地または信号接地を使用します。アースを使用する目的は何ですか？シグナルグランドは何に接続されていますか？

別の質問：接地は未知の電位にあるので、接地と回路の間で電流が流れることはありませんか？私が読んだことから、グラウンドを0Vとして扱いますが、回路とグラウンドの電位差のために何らかの効果はありませんか？使用したグラウンドによって効果は異なりますか？

最後に：節点解析では、通常、バッテリーのマイナス端子でグランドを選択します。ただし、複数の電圧源がある場合、それらの一部は「フローティング」です。フローティング電圧源の電圧にはどのような意味がありますか？

シミュレータで前の回路と同様の回路の電流計算を初めて試みたとき、プログラムはグランドと「フローティング電圧源」を持たないことについて不平を言いました。

シミュレーターは、ノードの可能なすべてのペア間の差を報告するのではなく、計算を実行して、基準に対する各ノードの電圧を報告できるようにしたいと考えています。どのノードが参照ノードであるかを伝える必要があります。

それ以外は、適切に設計された回路の場合、シミュレーションでは「グランド」は重要ではありません。ただし、2つのノード間にDCパスがない回路を設計する場合、回路は解決できません。典型的なSPICEのようなシミュレーターは、すべてのノードとグランドの間に追加の抵抗（通常1Ω）を接続することでこれを解決します。そのため、グランドノードの選択は、非常に高いインピーダンスの回路のシミュレーション結果に人為的に影響を与える可能性が考えられます。

底部でグランドを選択しましたが、7オームと2オームの抵抗器の間のグランドを選択しても問題ありませんか？そして、回路を分析するときの違いは何ですか？

基準点として任意のノードを選択できます。多くの場合、先を考えて、方程式の項を削除するノードを選択するか（0に等しく設定する）、または回路図を単純化します（一緒に接続する多数の線ではなく、グラウンドシンボルを介して接続を示すことができます）。

シャーシアース、アースアース、シグナルアースという、異なる意味を持つ3つの典型的なアース記号があることを読みました。私が演習で使用した多くの回路は、アースまたは信号グランドを使用しています。アースを使用する目的は何ですか？シグナルグランドは何に接続されていますか？

アースは、足の下の地面に物理的に接続されている何かへの接続を示すために使用されます。典型的な場合、建物を通り抜けて地面に打ち込まれた銅棒に至るワイヤ。このアースは安全のために使用されます。私たちの機器を扱う人は、自分の足でアースのようなものに接続されると想定しています。そのため、アースは身体に電流を流さないため、接地するのが最も安全な回路ノードです。

シャーシの接地は、回路のケースまたはエンクロージャーの電位にすぎません。安全のため、多くの場合、これをアースに接続するのが最善です。しかし、それを「地球」ではなく「シャーシ」と呼ぶことは、接続されていると想定していないことを意味します。

多くの場合、信号線の接地は、接地線を流れる電流が重要な信号の測定を妨害する可能性を最小限に抑えるために、接地と区別されます（部分的に絶縁されます）。

もう1つの質問：グランドは未知の電位にあるので、グランドとの間で電流が回路に流れることはないでしょうか？

電流が流れるには完全な回路が必要であることを忘れないでください。電流がアースから回路に出入りするためには、2つの場所でアースに接続する必要があります。現実的には、これらの接続経路の1つに何らかの種類の電圧源（バッテリー、アンテナ、または何か）が必要であり、回路と大地の間を行き来する流れを維持します。

ただし、複数の電圧源がある場合、それらの一部は「フローティング」です。フローティング電圧源の電圧にはどのような意味がありますか？

Iは、値と電圧源を使用している場合Vノード間のA及びBは、電圧差を意味し、BはであろうVボルト。完全な電圧源は、これを実現するために必要な電流を生成します。ノードの1つがグラウンドになった場合、参照システム内の他のノードの値がすぐに得られます。これらのノードのいずれもが「グラウンド」であることを起こるなら、あなたは時の電圧の値を確立するために、いくつかの他の接続が必要になりますAとBの地面に相対。

言葉の多くの定義だけで混乱することもあります。

地上
名詞

1. 地球の固体表面; 固いまたは乾燥した土地：地面に落ちる
2. 多くの場合、根拠。信念または行動が基礎となる基盤または基盤; 理由または原因：解雇の根拠。

$6\cdot10^{24} kg$

もちろん、地球は本当に大きいです。すべてが同じ可能性があるわけではありません。実際、近くさえありません。地球の巨大な磁場は常に変化しており、地球全体に電流を誘導しています。他の人は、地球に自分の棒を突き刺して、地球に電流を流します。雷は地球のすさまじい流れを動かします。地球は完全な導体ではなく、オームの法則により、抵抗を通る電流には電圧が大きく伴うため、地球上の2つのポイント間の電位は、運がよければ、またはポイントが互いに非常に近い場合を除き、同じではありません。

また、バッテリー駆動のデバイスを操作したことがある場合、電子デバイスは地球に接続しなくても完全に機能することがわかります。しかし、これらのデバイスには基盤があります。したがって、これはおそらく、電気的理解の基礎として使用すべきグランドセンスではありません。他の感覚、つまり信念に基づいた根拠は、おそらくより良い出発点です。

$0V$$0V$

では、電圧とは何ですか？より厳密な用語は、電位差です。3つの単語はすべて、電圧の理解の一部です。電気は明らかです。

何についての可能性？ポテンシャルは物理学で特定の意味を持ちます。ポテンシャルエネルギーは、仕事をするための物事の何らかの取り決めの能力です。たとえば、圧縮されたバネ、伸びた弓、またはガスの高圧タンクは、解放された場合に機能する可能性があります。

ランプの上部にあるボールを想像してください。ボールがランプの底を転がり落ちるのを許可されている場合、ボールは非常に速く移動します。この運動エネルギーは、ランプの上部にあるポテンシャルエネルギーから取得しました。他の損失（例えば摩擦が、）がなかった場合は、ボールによって得られる運動エネルギーはで、それが失われたポテンシャルエネルギーに等しいエネルギー保存の法則。

それがポテンシャルエネルギーです。ただ、可能性自体によって異なる定義があります。それは、システム内のいくつかの時点でのものの単位当たりのエネルギーです。明らかに、ランプの上部にある大きなボールは、同じランプの上部にある小さなボールよりも多くのポテンシャルエネルギーを持っています。したがって、2つのボールはランプの上部で異なるポテンシャルエネルギーを持ちますが、同じポテンシャルにあります。

$J/kg$$J/C$

だから、以前の私たちは、電圧が電位であると述べた違い。何の違いは？再びランプを想像してください。地球上のどこでも重力が同じように強いと仮定した場合（これはほぼ正しいだけですが、多くの実用的な工学にとって有効な単純化の仮定です）、ランプの位置は重要ですか？それはデスバレーまたはエベレストにある可能性があります。ボールは、ランプを転がり落ちた後、最後に同じ運動エネルギーを持ちます。ランプの上部と下部の電位は無関係です。重要なことは違いです上部と下部の間の電位。地球の重力場は、このランプを取る場所に関係なく同じであると仮定している場合、ランプの高さだけが関係します。

$5V$$5V$

$8848 m$$8848m$ $237m$$21229 m$

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$何かを定義するまで。通常、それはグラウンドシンボルを貼り付けることにしたものです。好きな場所に配置できますが、通常は計算が簡単になり、議論が最も簡単になる場所に配置します。

関連する質問：

• 電圧はデルタですか？常に基準点からの潜在的な差として扱うことができますか？
• マイナス端子と銅グランドの違いは？

接地とは何か、および電子機器で「接地」という用語がどのように使用されるかについては、ここで私の回答を参照してください。その答えの重要な部分は、ここの質問にも関連しています。