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生的，以及為什么負電壓在電路設計中很有用。

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壓電子系統不使用負電壓電源，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。雖然許多有用的甚至高性能的器件可以在沒有負電壓的情況下設計和實現，但了解負電壓是理解電壓的關鍵，大多數使用電子產品的人最終會遇到需要負電壓電源的電路（圖1）。

* 圖1. 同時使用正負電壓電源的B類音頻放大器原理圖。

電壓快速回顧

“電壓”這個詞現在在技術和日常環境中都非常普遍，以至于從科學的角度來看，偶爾提醒自己電壓到底是什么是個好主意。

電荷可以在世界上做功，并且使用能量的科學概念對功進行分析和量化。如果帶電粒子穿過導線，例如導致電機旋轉，它們就有能量并且正在積極做功。電壓是電能，但它不是一種有源能量。電壓告訴我們在適當的情況下，帶電粒子做功的能力——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）。

然而，這個定義仍然不完整，因為電壓不能孤立存在。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，作為一個位置相對于其他某個位置的勢能（每單位電荷）的勢能（每單位電荷）。因此，電壓始終是差分測量值。當我們說在某個時候，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。

***圖2. **用于理解電壓的示例圖和水類比。

什么是負電壓？

負電壓與正電壓沒有根本區別;兩者都表示相對于參考電位的勢能。如果電路節點相對于參考節點處于正電壓，并且當我們用導體連接這兩個節點時，常規電流將從正節點流向參考節點。如果將負電壓的電路節點連接到參考節點，則常規電流將從參考節點流向負節點。請記住，在低壓電子設計中，參考節點通常稱為“接地”，但像“電路公共”這樣的東西會更準確。

為了更好地理解這個概念，我認為高度類比在這里會有所幫助。假設珠穆朗瑪峰高29，032英尺，但單獨報告時，這個數字實際上毫無意義。我們真正的意思是珠穆朗瑪峰的頂峰海拔29，032英尺。海平面被定義為高度為零，即參考高度。地球上最低的陸地高度，對應于死海表面，在海平面以下約1，400英尺，我們可以將其描述為負1，400英尺的高度。

正負高度之間的差異是它們相對于零高度參考點的位置，就像正電壓和負電壓之間的差異是它們相對于零伏參考節點的電“位置”一樣。如果我們使用馬里亞納海溝的底部作為參考點，珠穆朗瑪峰和死海都會有正高度。如果我們使用平流層的上邊緣作為參考點，兩個高度都將是負數。同樣，我們可以通過產生新電壓并將其用作零伏參考點，將正電壓“改變”為負電壓，反之亦然。

高度比較特別合適，因為重力的影響類似于電勢能的影響。珠穆朗瑪峰上的球會滾向海平面，海平面上的球會滾向死海岸邊。類似地，正電壓導致常規電流從正節點流向參考節點，負電壓導致電流從參考節點流向負節點。

產生負電壓

基本電路通常從未穩壓電源開始，例如來自電池或墻上變壓器的電源，使用線性穩壓器將其降至5 V或3.3

V。我們不能使用這種方法產生負電壓——不是因為負電壓與正電壓有根本的不同，而是因為線性穩壓器通過耗散能量來發揮作用。為了將正電壓轉換為負電壓，我們可以使用也存儲能量的穩壓器電路。

電容器和電感器是可以存儲能量的基本電子元件，都可用于產生負電壓。基于電容器的負電壓發生器屬于電源電路的“電荷泵”類別，基于電感的負電壓發生器屬于“開關模式”類別。基于電感的解決方案（也稱為

DC/DC 轉換器和開關電源）更為常見。

***圖3. **示例圖顯示了為兩個雙極結型晶體管（BJT）供電的正負電壓，可用于緩沖運算放大器的輸出電流。

負電壓應用和設計資源

雖然許多電子設備可以在沒有負電源電壓的情況下實現其所需的功能，但一些應用顯著受益于“雙極性”電源的存在，即同時具有正負電壓軌的電源。例如，負電壓允許正弦信號擴展到零以上和零以下，就像理論上的正弦波一樣，而具有雙極性電源的高功率放大器不需要（可能昂貴的）隔直電容。