Erde und Erdungssymbole.
Erde, Chassis und Erdungssymbole.

„Masse“ ist ein Bezugspunkt in einem elektrischen Stromkreis. Er wird als Bezugspunkt für Spannungsmessungen verwendet. Folglich kann eine Spannung über der Masse (positiv) oder unter der Masse (negativ) liegen. Dies ist vergleichbar mit einem Vermessungsingenieur, der einen Referenzpunkt an einem bestimmten Ort nimmt und alle anderen Punkte auf diesen Bezugspunkt bezieht.

Erde

Beispiel für die Erdung des Gerätegehäuses.
Beispiel für die Erdung des Gerätegehäuses.

Die häufigste Referenz ist die Erde selbst. Stromversorgungssysteme werden in der Regel an irgendeiner Stelle „geerdet“, um einen Bezug für die Systemspannungen zu schaffen. Das Erdungssymbol steht für die parallelen Platten, die in der Erde vergraben wurden, um eine gute Leitfähigkeit zu gewährleisten. (Die Platten waren durch Drähte verbunden, und frühe Formen des Symbols zeigen die vertikale Linie, die alle Platten verbindet. Das moderne „sauberere“ Symbol lässt die Senkrechte weg.)

Gehäuse

Beispiel für einen Gehäuseanschluss.
Beispiel für einen Gehäuseanschluss.

Das Gehäusesymbol zeigt normalerweise den Anschluss an einen Metallrahmen wie den eines Fahrzeugs oder das Metallgehäuse eines Geräts wie eines Verstärkers oder Oszilloskops an.

Wenn es zusammen mit dem unten stehenden Standard-GND-Symbol verwendet wird, erscheint es oft nur einmal, um den Punkt im Stromkreis anzuzeigen, an dem die Verbindung zum Gehäuse hergestellt wird.

Masse oder GND

Die Verwendung des Symbols ermöglicht eine sofortige Visualisierung der geerdeten Punkte im Stromkreis. Außerdem werden dadurch einige Verdrahtungen überflüssig und der Schaltplan wird übersichtlicher.
Die Verwendung des Erdungssymbols ermöglicht eine sofortige Visualisierung der geerdeten Punkte in der Schaltung. Außerdem werden dadurch einige Verdrahtungen überflüssig und der Schaltplan wird übersichtlicher.

Die Erdungssymbole zeigen den allgemeinen Bezugspunkt an. Auch wenn es keine Erdung oder Gehäuseverbindung gibt, ist es üblich, einen Punkt oder eine Spannung im Stromkreis als „Masse“ zu bezeichnen. In Geräten, bei denen eine elektrische Isolierung zwischen den Schaltungsabschnitten vorgesehen ist, können zwei oder mehr Erdungssymbole erforderlich sein, um anzugeben, mit welcher Erde die Komponenten verbunden sind.

Beispiel für isolierte Erdungen.
Beispiel für isolierte Erdungen. Beachten Sie, dass die Gleichstromseite auf der linken Seite ein Massesymbol und die Wechselstromseite auf der rechten Seite ein anderes Symbol hat.

Analoge und digitale Masse

Beispiel für die Trennung von analoger und digitaler Masse.
Beispiel für die Trennung von analoger und digitaler Masse. Beachten Sie, dass die analoge Schaltung getrennte Massebezeichnungen von der digitalen hat und dass es eine definierte Verbindung zwischen den beiden gibt. Normalerweise liegt diese Verbindung so nahe wie möglich an der gemeinsamen Masse der Stromversorgung.

In Schaltungen mit gemischten analogen und digitalen Schaltungen kann es sehr wichtig sein, zu verhindern, dass digitale Schaltströme die analogen Signale stören. Bei Audioschaltungen zum Beispiel würde dies zu hörbarem Rauschen am Ausgang führen, wenn dies nicht geschieht. Die Lösung besteht darin, analoge und digitale Masse bereitzustellen und sie nur an einem Punkt miteinander zu verbinden, damit Ströme in der digitalen Masse keine Spannungsschwankungen in der Audio-Masse verursachen können.

Beispiele für Spannungsmessungen

Spannungsmessungen relativ zur Schaltungsmasse.
Spannungsmessungen in Bezug auf die Schaltungsmasse.

Bei Spannungsmessungen ist es üblich, die gemeinsame schwarze Leitung an die Schaltungsmasse anzuschließen und andere Punkte in der Schaltung mit der roten Leitung V zu messen. Die Ergebnisse für verschiedene Konfigurationen einer 9-V-Batterie sind oben dargestellt. Das Messgerät zeigt einen positiven oder negativen Wert an, je nach dem Potential des Punktes im Verhältnis zur gewählten Erdungsreferenz.

Beachten Sie, dass in diesen Beispielschaltungen keine Verbindung zur Erde oder Netzerde besteht. Das spielt in den meisten Fällen keine Rolle, da wir nur an den relativen Spannungen innerhalb der Schaltung interessiert sind.

Virtuelle Masse

In vielen analogen Schaltungen ist es nützlich, eine „virtuelle Masse“ zu haben, die typischerweise der Mittelpunkt der unsymmetrischen Versorgung ist. Diese sind zum Beispiel bei Gitarreneffektgeräten beliebt, wo Musiksignale verarbeitet werden müssen, die Versorgung aber auf eine einzelne 9-V-Batterie beschränkt ist.

Virtuelle Masse mit einem Operationsverstärker.
Eine virtuelle Masse kann mit einem Operationsverstärker erzeugt werden. Hier haben wir unterschiedliche Massesymbole für primäre Masse und virtuelle Masse verwendet, um eine klare Unterscheidung zu treffen.

Wie es funktioniert:

  • R1 und 2 liefern eine VCC/2-Referenz.
  • C1 stabilisiert die Referenzspannung und hält sie bei Schwankungen der VCC konstant.
  • U1 liefert die virtuelle Masse.
  • C2 ist der Entkopplungskondensator für den Operationsverstärker.

Siehe auch

  • Opto-Triak, Solid-State-Relais (SSR), Nulldurchgang und ihre Funktionsweise.
  • Opto-Isolatoren.
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