Pourquoi ai-je besoin d'une masse lors de la simulation d'un circuit? Je pensais que la tension était relative entre deux nœuds!

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L'électronique est très nouvelle pour moi.

J'ai pris le circuit le plus basique auquel je pouvais penser: une source de tension de 1V et une résistance de 1 Ohm

Pour autant que je comprends, je dois obtenir un courant de (I = V / R) 1 Ampère. Mais la simulation ne donne pas de solution et a dit que j'aurais dû avancer.

Pourquoi devrais-je avoir la terre si j'ai une source de tension qui donne des différences de potentiel de ses deux côtés?

J'attache le circuit:

https://www.circuitlab.com/circuit/839aaj6y5a6t/simplest-circuit/

circuit-analysis circuit-design

— user135172
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GND est le point auquel vous attribuez arbitrairement 0V. Si vous ne l'avez pas, il ne peut mesurer aucun potentiel par rapport à ce point.

— PlasmaHH

La tension est par définition une mesure physique impliquant deux points dans l'espace. Par conséquent, votre mesure doit soit identifier les deux points du circuit (différentiel), soit prendre l'un des emplacements comme référence (masse).

— vicatcu

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Pour ajouter aux autres. l'alimentation en tension pourrait avoir un point de référence de tension interne mais cela n'est pas fait pour permettre plus de flexibilité dans la conception.

— R.Joshi

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Les simulateurs nécessitent généralement des graphiques de circuits connectés (pas une nécessité, mais une énorme commodité). Le simulateur a presque toujours un nœud au sol. Le circuit ci-dessus aura un composant flottant et un composant constitué uniquement du nœud de masse.

— copper.hat

La tension est relative mais le simulateur a besoin de savoir où la rendre relative.

— user253751

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Vous avez absolument raison: la tension n'est définie qu'entre deux nœuds.

Dans de nombreux circuits électroniques, il existe une alimentation à tension constante * qui se connecte à de nombreuses parties du circuit. Par convention , la borne la plus positive de l'alimentation est étiquetée "V +" ou "Vcc" ou ...

Par convention , la borne la plus négative de l'alimentation est appelée «masse».

Par convention , nous ne dessinons souvent ni le réseau V + ni le réseau de masse dans les schémas de circuits. Au lieu de cela, nous connectons les choses à un symbole V + ou à un symbole terrestre.

Et enfin, par convention , chaque fois que nous parlons de la tension à n'importe quel point du circuit, nous parlons implicitement de la tension entre ce point et le réseau de masse.

Votre outil de simulation respecte simplement cette dernière convention. Il nécessite donc un filet de référence appelé terre.

* ou, une approximation de celui-ci

— Salomon Slow
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Cette réponse ignore vraiment les mécanismes mathématiques internes des simulateurs.

— Massimo Ortolano

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@MassimoOrtolano Que seraient-ils?

— Pedro A

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@Hamsterrific En bref, puisque les courants dans un circuit ne dépendent que des différences de potentiel et non des seuls potentiels, si vous ne fixez pas le potentiel d'un nœud, à partir d'un circuit, vous obtenez un système d'équations qui n'est pas uniquement soluble, c'est-à-dire , il y a toujours une infinité de solutions, pour lesquelles les tensions diffèrent toutes par une constante. La plupart des méthodes pour les solutions numériques de système d'équations ne fonctionnent que si les systèmes d'équations ont une solution unique, sinon ils échouent. En fixant le sol, vous vous assurez que la solution est unique (si le circuit est bien défini).

— Massimo Ortolano

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De plus, même si le système choisit le point de fonctionnement, la représentation numérique en virgule flottante a une précision variable basée sur le décalage absolu de 0.

— Connor Wolf

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@Massimo Ortolano: mon point est que non seulement ce serait possible mais il serait encore plus facile de mettre en place le système d'équation sans utiliser de potentiels par rapport à un nœud de référence GND. La raison pour laquelle cela n'est pas fait est à cause de la convention humaine, pas à cause des mathématiques.

— Curd

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les spécificités de la question sont:

Pour autant que je comprends, je devrais obtenir un courant de (I = V / R) 1 ampère. Mais la stimulation ne donne pas de solution et sais que je devrais avoir du terrain.

Pourquoi devrais-je avoir la terre si j'ai une source de tension qui donne des différences de potentiel de ses deux côtés?

Cela se résume au fonctionnement des simulateurs. Les simulateurs nécessitent un point de référence et ce point de référence est désigné par le symbole GND. en interne, le moteur déterminera l'équation du système et les réponses par rapport à cette référence.

Cette limitation n'existe pas dans le monde réel à cause de la physique.

— JonRB
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Exactement. Il n'y a rien de mal avec le circuit. Le problème est le résultat d'une limitation dans le simulateur.

— Pete Becker

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@PeteBecker Je ne suis pas d'accord. Un outil complexe comme un simulateur pourrait très probablement choisir un nœud arbitraire comme référence, puis effectuer tous les calculs par rapport à cette référence, mais le cacher à l'utilisateur et n'afficher que les différences de tension pour l'utilisateur. Ce serait mauvais pour l'expérience utilisateur, mais c'est tout. Par conséquent, par conception , pour aider l'utilisateur, les simulateurs obligent l'utilisateur à choisir le sol. C'est juste une convention.

— Pedro A

Mais ce serait quand même de choisir un nœud ... Le fait est qu'il a besoin de quelque chose contre lequel se référer. S'il choisissait arbitrairement un nœud comment, où et entre les simulations, mettriez-vous des "sondes". Chaque sonde de voyage devrait être différentielle (ce qui n'est pas un problème pour le fonctionnement de MATLAB)

— JonRB

@Hamsterrific - peut-être avez-vous vu mon utilisation de la "limitation" comme dure. La raison pour laquelle ce circuit ne fonctionne pas dans le simulateur est que le simulateur ajoute des exigences qui ne sont pas présentes dans les circuits du monde réel. Le circuit dessiné fonctionne très bien, malgré le fait que le simulateur ne l'aime pas.

— Pete Becker

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Personnellement, je déteste les outils de simulation ... trop souvent, vous devez "ajouter des choses" pour garder les simulateurs heureux et pour un outil si complexe, ils ne sont pas si intelligents ... Ensuite, vous avez de mauvais ingénieurs qui n'ont aucune idée de ce qu'est le cct voulait faire la première place en faisant aveuglément confiance aux résultats

— JonRB

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Normalement, il est `` supposé '' que le côté moins (-) du bloc d'alimentation est 0V, donc si vous connectez la terre au côté moins, ce sera 0 V. et le côté plus (+) sera 1V (GND + différence = 0 + 1 = 1) V.

Si vous mettiez le sol du côté plus, le côté moins serait -1V.

— Michel Keijzers
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En effet. Il y a deux nœuds dans ce circuit. Attachez GND à chacun à tour de rôle et voyez ce que fait la simulation; ne prendra pas très longtemps.

— Brian Drummond

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Vous avez parfaitement raison. Le nœud "sortie" ne peut pas mesurer une tension à moins qu'on lui dise à l'autre point de la comparer. Tel est le seul objectif du point "sol".

Si vous ne demandez pas de mesurer une tension, vous pourriez penser qu'elle pourrait au moins mesurer un courant au niveau d'un nœud. Mais le SW doit calculer les tensions afin de calculer les courants, il a donc besoin d'un point de référence au sol pour ses propres calculs.

— Merlin3189
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Pourquoi devrais-je avoir la terre si j'ai une source de tension qui donne des différences de potentiel de ses deux côtés?

La raison en est la façon dont vous décrivez le circuit. Tu as raison. toute la tension est à travers 2 points. Il n'y a pas de "quelle est la tension au point IN", vous pouvez seulement dire "quelle est la tension entre IN et OUT".

Par conséquent, pour simplifier la discussion (et la réflexion) sur un circuit, il est courant de déclarer quelque chose dans le circuit comme "c'est zéro" et de l'appeler "masse". Vous pouvez donc dire "La tension à IN est de 1V", mais ce que vous voulez dire en réalité est "La tension entre la masse et IN est de 1V".

On s'attend à ce qu'un simulateur ne fonctionne pas sans sol en le regardant simplement. Il montre les tensions "aux points", pas "entre les points". Sans définir le point au sol, il n'est pas possible de présenter les résultats de cette façon, il est donc inutile d'exécuter la simulation du tout.

Je soupçonne qu'il existe des simulateurs qui fonctionneraient. Ce n'est pas un problème technique, c'est le problème de la présentation des résultats .

— Agent_L
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En fait, vous n'avez pas besoin d'un «terrain». Ce dont vous avez besoin est une connexion entre le bas de la résistance et la borne inférieure (négative) de la source de tension. Dans un simulateur, cela se fait par une liste de connexions. Si ces deux sont connectés à une conduite d'eau, le sommet d'une bobine Tesla, l'alimentation 220 volts CA, le sommet d'un générateur Van De Graf ou le cerf-volant de Ben Franklin, le courant dans la résistance calculé par le simulateur sera le même .

Revenez donc à votre simulateur et assurez-vous qu'il existe des connexions à DEUX DIFFÉRENTS points sur la source de tension et à deux points différents sur la résistance.

N'oubliez pas: la résistance est inutile!

— richard1941
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Je vais essayer de répondre à votre question dans un sens strictement mathématique. Vous comprendrez pourquoi le pauvre type appelé simulateur ne trouve pas de solution ici.

Votre circuit est le suivant

Appelons la borne supérieure A et la borne inférieure B comme indiqué sur la figure.

$V_A - V_B = 1V$

Nous savons également du côté des résistances que

$I = (V_A - V_B) / R$ $I= 1$

$V_A$ $V_B$ $V_A - V_B = 1$

$V_A=5$ $V_B=4$ $V_A-V_B=1$

Pouvez-vous voir pourquoi le simulateur ne peut pas le résoudre? BCZ il n'y a pas de solution unique pour $V_A$ $V_B$

Toutes les différences de tension et les courants sont encore définis .. Mais les tensions absolues ne le sont pas ..

Pour que la tension absolue soit définie (et pour que le simulateur lance une solution). Vous avez besoin d'une référence. Cette référence est généralement choisie comme motif.

$V_A$ $V_B$

$V_B=0$

$V_A=1$ $V_B$

Imaginez une situation encore plus simple:

Disons qu'il y a un bâtiment de 20 étages (disons que chaque étage mesure 10 pieds de hauteur). et disons que vous vous trouvez au 12ème étage de l'immeuble.

Si quelqu'un vous demande à quelle hauteur vous vous tenez ..

Quelle serait ta réponse ?

120 pieds? Êtes-vous sûr ?

Et si le bâtiment se trouve sur le mont Everest (qui est lui-même à environ 29000 pieds du niveau de la mer)?

Bien que vous puissiez dire que du 0e étage à vous .. la différence est de 120 pieds. Bien que vous puissiez dire que du 1er étage à vous .. la différence est de 110 pieds.
Vous ne pouvez pas définir votre hauteur absolue, sauf si vous savez d'où vous mesurez.

Si vous construisez est sur le mont Everest et votre référence est le niveau de la mer. alors la hauteur à laquelle vous vous tenez est de 29000 pieds + 120 pieds.

Si toutefois votre référence est le 0ème étage, la hauteur est de 120 pieds.

J'espère que vous comprenez la difficulté du simulateur.

Simulez les deux circuits ci-dessous et vous comprendrez de quoi je parle ..

Le plancher Zeroth étant la référence:
Le niveau de la mer étant la référence:

Bonne chance !!

— Sharanaprasad Melkundi
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Lorsque vous utilisez le bouton CircuitLab dans la barre d'outils de l'éditeur, vos schémas modifiables sont intégrés dans votre publication. Aucun compte CircuitLab requis. Pas de captures d'écran. Aucun téléchargement. Pas de grille d'arrière-plan.

— Transistor

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En fait, il y a deux raisons.

C'est d'abord une simulation. Dans le monde réel, si vous connectez une source d'alimentation 1 V (avec une capacité de courant élevée (ce qui signifie une source de tension puissante pas une batterie de type AA commune)) à une résistance de 1 Ohm, vous obtiendrez certainement 1 A sans mise à la terre.

Mais..

Deuxièmement, il est également utilisé sur le monde réel pour créer des tensions négatives. Et le simulateur veut savoir lequel vous essayez de faire. Si vous mettez à la terre le côté négatif de la source d'alimentation, le circuit est égal comme vous ne l'avez pas mis à la terre (presque égal) Mais si vous mettez à la terre le côté positif de la source d'alimentation bien que la fonction du circuit ne change pas les mesures sur le circuit volonté et cela ferait une différence.

Dans le premier exemple, lorsque vous mettez à la terre la partie inférieure (- extrémité), vous avez 1 V et 0 volt (masse), la différence est de 1 V et le courant est de 1 A. Mais dans le deuxième exemple, lorsque vous mettez à la terre le haut (+ extrémité), vous avoir -1 V en bas et 0 volt en haut, la différence est de 1 V et le courant est de 1 ampère. Les deux circuits fonctionnent exactement de la même manière mais les mesures sont de +1 à 0 contre 0 à -1. Et ils sont différents de cette façon. SO le simulateur vous demande une décision sur laquelle vous voulez bulid.

— mnu
source

J'ai connecté le côté positif d'une puissante source de 1 volt à un côté d'une résistance d'un ohm, mais le courant était nul. Ai-je besoin d'une source de tension plus puissante?

— richard1941