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Spannung

Die elektrische Spannung ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Arbeit bzw. Energie nötig ist, wenn man ein Objekt mit einer bestimmten elektrischen Ladung entlang eines elektrischen Feldes bewegt. Spannung ist also das spezifische Arbeitsvermögen der Ladung. Sie ist eine Feldgröße, die um viele Größenordnungen schwanken kann.

Die Spannung U2(1) des Punktes P2 bezüglich des Punktes P1 ist gleich dem negativen Integral des elektrischen Feldes über den Weg zwischen diesen beiden Punkten (Potentialdifferenz). Diese Beziehung gilt für alle elektrischen Felder, sowohl für Wirbelfelder als auch für wirbelfreie (Potential-) Felder. Bei Wirbelfeldern hängt die Spannung vom Weg ab.

Das Formelzeichen der Spannung ist U – abgeleitet vom lat. urgere (drängen, treiben, drücken), auch weit verbreitet: die Ableitung von Unterschied – im internationalen Sprachraum überwiegend V (von Voltage). Die Einheit ist das Volt, benannt nach Alessandro Volta.

Spannungsbezeichnungen

Spannungsbezeichnungen die man in fast allen Schaltplänen und in Datenblättern findet sind beispielsweise die folgenden:

VCC, VDD, VSS, VEE

Die Index-Buchstaben (oft tiefergestellt oder zumindest in kleinerer Schriftgröße dargestellt) D ,C , E und S entstanden dabei aus den Namen der Terminals (Anschlüsse) eines Transistors (beispielsweise MOSFET) nämlich: Drain, Collector, Emitter und Source.

Die doppelte Indizierung ist in den meisten Fällen ganz einfach eine Pluralbildung, d. h. quasi eine Verallgemeinerung. Es handelt sich also nicht um die Spannung an einem einzelnen bestimmten Pin des Bauteils, sondern z. B. VCC meinte ursprünglich die Kollektor-Spannungen an mehreren Bauteilen. Absolute Unterscheidungen dieser Spannungsbezeichnungen sind seit dem abwechselnden/gleichzeitigen Einsatz von TTL- (Transistor Transistor Logic) und CMOS-Logik verwischt worden.

Hier sind einige der gängigsten Bezeichnungen im Überblick:

  • VB = Spannung an der Basis
  • VBB = Verbindung der Bulks (Wannen) der MOSFETs, meistens -5 V, also NICHT die Spannung an den Basis-Pins mehrerer Transistoren!
  • VBAT = Batteriespannung
  • VBE = Spannung zwischen Basis und Emitter bei Bipolartransistoren
  • VC = ist die Spannung am Kollektor (Collector) eines bipolaren Transistors
  • VCC = Pluralbildung: Spannung an den Kollektoren, bei bipolaren ICs positive Versorgungsspannung
  • VCE = Spannung zwischen Kollektor und Emitter bei Bipolartransistoren
  • VCEsat = Spannung zwischen C und E im Sättigungszustand des Transistors
  • Vcore = die Spannungsversorgung für die „wichtigen“ Chips wie CPU oder GPU
  • VD = Spannung am Drain eines FETs
  • VDS = Spannung zwischen Drain und Source bei FETs
  • VDD = positive Versorgungsspannung von MOS Schaltkreisen (quasi die Stelle an der viele „Drains“ der NMOSFETs hängen)
  • VDDQ = Die Spannungsversorgung für Ausgangsbuffer eines Speicherchips
  • VE = Spannung am Emitter
  • VEE = Spannung an den Emittern, negative Versorgungsspannung z. B. bei ECL ICs
  • VG = Spannung am Gate
  • VGS = Spannung zwischen Gate und Source bei FETs
  • VIN = Eingangsspannung
  • VMEM = Die Spannungsversorgung für einen MEMory Chip/Speicherbaustein, manchmal auch: VDDR, VDIMM oder ähnlich
  • VOUT = Ausgangsspannung
  • VPP = Spannungsdifferenz zwischen positiver und negativer Spitzenspannung (Peak to Peak), aber auch Programmierspannung bei (E)EPROMs
  • VREF = Referenzspannung
  • VS = Spannung am Source
  • VSS = negative Versorgungsspannung von MOS-Schaltkreisen, oft identisch mit GND (siehe unten)
  • VTT = Verbindung der Abschlusswiderstände (Terminatoren)
Darüber hinaus gibt es noch allgemeinere Bezeichnungen für positive und negative Versorgungsspannungen, wie z. B.:
  • V+ = positive Versorgungsspannung (sagt nichts über die Spannungshöhe aus!)
  • V++ = positive Versorgungsspannung (sagt nichts über die Spannungshöhe aus!)
  • V- = negative Versorgungsspannung
  • V– = negative Versorgungsspannung
  • GND = 0V, 0-Potenzial, Abkürzung für engl. „Ground“. Gegen dieses Potenzial wird die Spannung oder „Potenzialdifferenz“ gemessen. Das Spannungspotenzial positiver Spannungen ist höher als GND, negative Spannungen haben ein Spannungspotenzial das unterhalb von GND liegt. Umgangssprachlich wird GND oft fälschlicherweise als negative Versorgungsspannung bezeichnet. Eine angelegte (positive oder negative) Spannung fließt über die GND-Leitung zurück zur Spannungsquelle
  • CGND = negative Versorgungsspannung, meistens im Sinn von „Chassis-Ground“ – also normalerweise mit dem Gehäuse verbunden
  • SGND = negative Versorgungsspannung, meistens im Sinn von „Signal-Ground“ – oft für negative Spannungslevel in analogen Schaltungsteilen verwendet, z. B. Audio

Das Problem bei dieser Namensvergabe ist: Es handelt sich hierbei lediglich immer nur um Namen, keinesfalls um verbindliche Standards oder Normen. Bei der Vergabe solcher Namen im Schaltplandesign sollte man also stets große Sorgfalt walten lassen, und nur dann neue oder zusätzliche Namen einführen, wenn die betreffende Versorgungsspannung tatsächlich physikalisch von anderen in der Schaltung befindlichen Spannungen entkoppelt ist (beispielsweise über eine Drosselspule), und wenn sie an mehreren Bauteilepins Verwendung findet.




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