除了解釋負電壓的性質外，本文還簡要討論了負電壓是如何產(chǎn)生的，以及為什么它們在電路設計中有用。

負電壓的概念有時不如正電壓的概念直觀。也許這是因為許多低電壓電子系統(tǒng)不使用負電壓電源，或者因為“負”電壓意味著電源具有“小于零”的能力來驅動電流通過電路。盡管許多有用甚至高性能的設備可以在沒有負電壓的情況下設計和實現(xiàn)，但了解負電壓是了解一般電壓的關鍵，大多數(shù)從事電子工作的人最終會遇到需要負電壓電源的電路（圖1）。

同時使用正極和負極電源的B類音頻放大器的示意圖。

圖1：同時使用正極和負極電源的B類音頻放大器的示意圖。你可以在這里閱讀更多關于這個電路的信息。

電壓快速回顧

“電壓”這個詞現(xiàn)在在技術和日常環(huán)境中都很常見，所以偶爾提醒自己從科學的角度來看電壓到底是什么是個好主意。

電荷在世界上可以做功，利用科學的能量概念對功進行分析和量化。如果帶電粒子通過電線移動，例如，導致電機旋轉，它們就有能量并積極做功。電壓是電能，但它不是一種活躍的能量。電壓告訴我們帶電粒子做功的能力，在適當?shù)那闆r下——換句話說，電壓是勢能的一種形式。更具體地說，它是每庫侖電荷的電勢能（以焦耳為單位測量）。

然而，這個定義仍然是不完整的，因為電壓不能孤立地存在。當電荷開始做功時，它會從一個位置移動到另一個位置，同樣，我們必須測量電壓，即一個位置的勢能（每單位電荷）相對于另一個地方的勢能（單位電荷）。因此，電壓總是一種差分測量。當我們說在某個點上，電路“處于五伏”時，我們真正的意思是相對于電路假定的零伏參考點的五伏。

為了幫助理解電壓，圖2顯示了電路和電荷流的示例圖，以及一個有用的水類比。

示例圖和水的類比來理解電壓。

圖2：理解電壓的示例圖和水類比。閱讀更多關于電壓和電流的內(nèi)容，請參閱“關于電路”教材。

什么是負電壓？

負電壓與正電壓沒有本質區(qū)別；兩者都表示相對于參考電勢的勢能。如果電路節(jié)點相對于參考節(jié)點處于正電壓，并且當我們將這兩個節(jié)點與導體連接時，常規(guī)電流將從正節(jié)點流到參考節(jié)點。如果負電壓的電路節(jié)點連接到參考節(jié)點，則常規(guī)電流將從參考節(jié)點流到負節(jié)點。請記住，在低壓電子設計中，參考節(jié)點通常被稱為“地”，但類似“電路公共”的節(jié)點會更準確。

為了更好地理解這個概念，我認為在這里用海拔來比喻會很有幫助。假設珠穆朗瑪峰有29032英尺高，但如果孤立報道，這個數(shù)字實際上毫無意義。我們真正的意思是，珠穆朗瑪峰的頂峰海拔29032英尺。海平面被定義為海拔為零——也就是說，它是參考海拔。地球上與死海表面相對應的最低陸地海拔約為海平面以下1400英尺，我們可以將其描述為負1400英尺的海拔。

正海拔和負海拔之間的差是它們相對于零海拔參考點的位置，就像正電壓和負電壓之間的差就是它們相對于零伏參考節(jié)點的電氣“位置”一樣。如果我們用馬里亞納海溝的底部作為參考點，珠穆朗瑪峰和死海的海拔都會是正的。如果我們使用平流層的上邊緣作為參考點，兩個高度都將為負值。同樣，我們可以通過生成新電壓并將其用作零伏參考點，將正電壓“更改”為負電壓，反之亦然。

海拔比較特別合適，因為重力的作用類似于勢能的作用。珠穆朗瑪峰上的球會滾向海平面，海平面上的球則會滾向死海岸邊。類似地，正電壓使常規(guī)電流從正節(jié)點流到參考節(jié)點，負電壓使電流從參考節(jié)點流到負節(jié)點。

產(chǎn)生負電壓

初級電路通常從未調(diào)節(jié)的電源開始，例如，來自電池或壁式變壓器的電源，使用線性調(diào)節(jié)器將其降低到5V或3.3V。我們不能用這種方法產(chǎn)生負電壓——不是因為負電壓與正電壓有根本不同，而是因為線性調(diào)節(jié)器的功能是耗散能量。要將正電壓轉換為負電壓，我們可以使用也存儲能量的調(diào)節(jié)器電路。

電容器和電感器是可以儲存能量的基本電子元件，兩者都可以用來產(chǎn)生負電壓?；陔娙萜鞯呢撾妷喊l(fā)生器屬于電源電路的“電荷泵”類別，基于電感的負電壓產(chǎn)生器屬于“開關模式”類別?；陔姼衅鞯慕鉀Q方案，也稱為DC/DC轉換器和開關電源，更為常見。

顯示為兩個雙極結晶體管（BJT）供電的正電壓和負電壓的示例圖可用于緩沖運算放大器的輸出電流。

圖3：顯示為兩個雙極結晶體管（BJT）供電的正電壓和負電壓的示例圖可用于緩沖運算放大器的輸出電流。在此處了解有關此運算放大器緩沖的更多信息。

負電壓應用和設計資源

盡管許多電子設備在沒有負電源電壓的情況下實現(xiàn)了其所需的功能，但一些應用顯著受益于“雙極”電源的存在，即具有正電壓軌和負電壓軌的電源。例如，負電壓允許正弦信號在零度以上和零度以下延伸，就像理論正弦一樣，并且具有雙極電源的高功率放大器不需要（潛在昂貴的）直流阻塞電容器。