电压可以是负的吗？了解负电压

除了解释负电压的性质外，本文还简要讨论了负电压是如何产生的，以及为什么它们在电路设计中有用。

负电压的概念有时不如正电压的概念直观。也许这是因为许多低电压电子系统不使用负电压电源，或者因为“负”电压意味着电源具有“小于零”的能力来驱动电流通过电路。尽管许多有用甚至高性能的设备可以在没有负电压的情况下设计和实现，但了解负电压是了解一般电压的关键，大多数从事电子工作的人最终会遇到需要负电压电源的电路（图1）。

同时使用正极和负极电源的B类音频放大器的示意图。

图1。同时使用正极和负极电源的B类音频放大器的示意图。你可以在这里阅读更多关于这个电路的信息。

电压快速回顾

“电压”这个词现在在技术和日常环境中都很常见，所以偶尔提醒自己从科学的角度来看电压到底是什么是个好主意。

电荷在世界上可以做功，利用科学的能量概念对功进行分析和量化。如果带电粒子通过电线移动，例如，导致电机旋转，它们就有能量并积极做功。电压是电能，但它不是一种活跃的能量。电压告诉我们带电粒子做功的能力，在适当的情况下——换句话说，电压是势能的一种形式。更具体地说，它是每库仑电荷的电势能（以焦耳为单位测量）。

然而，这个定义仍然是不完整的，因为电压不能孤立地存在。当电荷开始做功时，它会从一个位置移动到另一个位置，同样，我们必须测量电压，即一个位置的势能（每单位电荷）相对于另一个地方的势能（单位电荷）。因此，电压总是一种差分测量。当我们说在某个点上，电路“处于五伏”时，我们真正的意思是相对于电路假定的零伏参考点的五伏。

为了帮助理解电压，图2显示了电路和电荷流的示例图，以及一个有用的水类比。

示例图和水的类比来理解电压。

图2:理解电压的示例图和水类比。阅读更多关于电压和电流的内容，请参阅“关于电路”教材。

什么是负电压？

负电压与正电压没有本质区别；两者都表示相对于参考电势的势能。如果电路节点相对于参考节点处于正电压，并且当我们将这两个节点与导体连接时，常规电流将从正节点流到参考节点。如果负电压的电路节点连接到参考节点，则常规电流将从参考节点流到负节点。请记住，在低压电子设计中，参考节点通常被称为“地”，但类似“电路公共”的节点会更准确。

为了更好地理解这个概念，我认为在这里用海拔来比喻会很有帮助。假设珠穆朗玛峰有29032英尺高，但如果孤立报道，这个数字实际上毫无意义。我们真正的意思是，珠穆朗玛峰的顶峰海拔29032英尺。海平面被定义为海拔为零——也就是说，它是参考海拔。地球上与死海表面相对应的最低陆地海拔约为海平面以下1400英尺，我们可以将其描述为负1400英尺的海拔。

正海拔和负海拔之间的差是它们相对于零海拔参考点的位置，就像正电压和负电压之间的差就是它们相对于零伏参考节点的电气“位置”一样。如果我们用马里亚纳海沟的底部作为参考点，珠穆朗玛峰和死海的海拔都会是正的。如果我们使用平流层的上边缘作为参考点，两个高度都将为负值。同样，我们可以通过生成新电压并将其用作零伏参考点，将正电压“更改”为负电压，反之亦然。

海拔比较特别合适，因为重力的作用类似于势能的作用。珠穆朗玛峰上的球会滚向海平面，海平面上的球则会滚向死海岸边。类似地，正电压使常规电流从正节点流到参考节点，负电压使电流从参考节点流到负节点。

产生负电压

初级电路通常从未调节的电源开始，例如，来自电池或壁式变压器的电源，使用线性调节器将其降低到5V或3.3V。我们不能用这种方法产生负电压——不是因为负电压与正电压有根本不同，而是因为线性调节器的功能是耗散能量。要将正电压转换为负电压，我们可以使用也存储能量的调节器电路。

电容器和电感器是可以储存能量的基本电子元件，两者都可以用来产生负电压。基于电容器的负电压发生器属于电源电路的“电荷泵”类别，基于电感的负电压产生器属于“开关模式”类别。基于电感器的解决方案，也称为DC/DC转换器和开关电源，更为常见。

显示为两个双极结晶体管（BJT）供电的正电压和负电压的示例图可用于缓冲运算放大器的输出电流。

图3。显示为两个双极结晶体管（BJT）供电的正电压和负电压的示例图可用于缓冲运算放大器的输出电流。在此处了解有关此运算放大器缓冲的更多信息。

负电压应用和设计资源

尽管许多电子设备在没有负电源电压的情况下实现了其所需的功能，但一些应用显著受益于“双极”电源的存在，即具有正电压轨和负电压轨的电源。例如，负电压允许正弦信号在零度以上和零度以下延伸，就像理论正弦一样，并且具有双极电源的高功率放大器不需要（潜在昂贵的）直流阻塞电容器。