Die Welt der Elektronik ist buchstäblich auf Gleichstrom (DC) angewiesen. Wechselstrom ist für die meisten empfindlichen elektronischen Geräte gefährlich. Wenn keine Batterien verwendet werden, wird der Wechselstrom zunächst in Gleichstrom umgewandelt, der dann für den Einsatz im Gerät geeignet ist. Allerdings benötigen nicht alle Geräte die gleiche Gleichspannung. Jedes Gerät, ja sogar jedes Bauteil auf der Leiterplatte, benötigt eine andere Spannung. Um die Funktionsweise dieser Geräte besser zu verstehen, ist die Verwendung des Gleichspannungssymbols unerlässlich.
Man denke beispielsweise an Elektroautos, Solaranlagen und einige tragbare Geräte, die höhere Spannungen benötigen. Sensoren, Uhren und Herzschrittmacher hingegen benötigen niedrige Spannungen.
Alle modernen Geräte werden von komplexen Leiterplatten versorgt. Bei genauerer Betrachtung erkennt man, dass sie aus verschiedenen Bauteilen wie Kondensatoren, Widerständen und integrierten Schaltkreisen (ICs) bestehen. Tatsächlich können diese Bauteile nicht alle mit derselben Spannung betrieben werden. Stattdessen nutzen sie unterschiedliche Spannungspegel, die durch verschiedene Widerstände gesteuert werden.
Dieser Artikel erklärt die Verwendung des Gleichspannungssymbols auf Leiterplatten und Multimetern. Sie lernen einige gängige Gleichspannungssymbole kennen und erfahren, worin sich Wechsel- und Gleichspannung unterscheiden.
Gleichspannung und Gleichstrom auf Leiterplatten verstehen?
Leiterplatten (PCBs) werden mit Gleichstrom betrieben. In den meisten elektronischen Geräten ist der Gleichstrom überwiegend grün (manche sind rot oder blau). Seine Hauptaufgabe besteht darin, alle Bauteile zu verbinden und die einwandfreie Funktion des gesamten Geräts zu gewährleisten.
Gleichstrom (DC) fließt nur in eine Richtung. Er ändert seine Polarität nicht. Im Gegensatz zu Wechselstrom ändert Gleichstrom seine Polarität nicht. Daher ist er ideal und gilt als sicher für elektronische Geräte.
Wie bereits erwähnt, benötigen verschiedene Bauteile einer Leiterplatte unterschiedliche Spannungspegel. Beispielsweise benötigt ein Prozessor in einer komplexen Schaltung möglicherweise eine niedrigere Spannung, während ein Motortreiber eine höhere benötigt. Wie erkennt man also, welches Bauteil welchen Spannungspegel benötigt? Diese Unterschiede müssen klar dargestellt werden, und dies geschieht durch Symbole. Das Symbol für Gleichspannung (DC) zeigt an, woher die Spannung kommt und wohin sie fließt. Dadurch wird der Schaltplan in der Regel übersichtlicher.
Sie sehen möglicherweise auch das Gleichspannungssymbol neben Zahlen wie 5 V oder 12 V. Es gibt die genaue Spannung an. Außerdem zeigt das Gleichspannungssymbol die Polarität an. Es gibt an, welche Seite positiv und welche negativ ist. Bei falscher Polarität können Bauteile beschädigt werden.
Anwendungen der Gleichspannung
Gleichspannung ist eine der am weitesten verbreiteten Versorgungsspannungen im Alltag. Ihr Einsatzgebiet reicht von Mobiltelefonen und Laptops bis hin zu kleinen Steuergeräten und Sensoren.
Moderne Elektrofahrzeuge werden heutzutage mit Gleichstrom betrieben. Selbst Fahrzeuge mit Benzin- oder Dieselantrieb benötigen eine Batterie, um den Motor zu starten. Auch Armaturenbrett und Steuergeräte sind auf Gleichstrom angewiesen.
Solarzellen erzeugen aus Sonnenlicht Gleichspannung. Batterien speichern Energie in Form von Gleichspannung und stellen sie bei Bedarf zur Verfügung. Auch medizinische Geräte wie Herzschrittmacher und Herzmonitore benötigen Gleichstrom.
Welches Symbol steht für Gleichspannung?
Das Gleichspannungssymbol ist international anerkannt. Es kann jedoch in verschiedenen Formen auftreten. Die Art des Gleichspannungssymbols hängt vom jeweiligen Anwendungsgebiet ab.
Das gebräuchlichste Symbol für Gleichspannung ist ein durchgezogener Strich über einem gestrichelten Strich. Dieses Symbol basiert auf internationalen Normen für Gleichstromgeräte und wird häufig auf Netzteilen und elektronischen Geräten verwendet.
In Schaltplänen ist das Batteriesymbol ein gängiges Zeichen für Gleichspannung. Manchmal werden Plus- und Minuszeichen verwendet, manchmal nur zwei parallele Linien. Hierbei ist die längere Linie positiv, die kürzere negativ.
Eine Gleichspannungsquelle kann auch als Kreis mit Plus- und Minuszeichen dargestellt werden. Auf Messgeräten ist das Symbol für Gleichspannung in der Nähe der V-Markierung abgebildet.
Standard-Gleichspannungssymbole in Schaltplänen
In diversen elektronischen Geräten finden sich vier wichtige Arten von Gleichspannungssymbolen. Sie repräsentieren nicht dieselbe Information. Einige Symbole stehen für eine Spannungsquelle, andere hingegen für die Polarität oder Bezugspunkte.
Betrachtet man beispielsweise eine Batterie als Stromquelle, so stellt man fest, dass sie nicht auf die gleiche Weise funktioniert wie ein geregeltes Gleichstromnetzteil. Außerdem zeigen Erdungssymbole die Stromquelle nicht an.
Grundlegendes Gleichspannungssymbol
Von den vier Symbolen ist die durchgezogene Linie mit gestrichelter Linie am gebräuchlichsten. Sie folgt dem V-Symbol und kennzeichnet hauptsächlich Gleichspannung. Die durchgezogene Linie im Symbol steht für den Pluspol, die gestrichelte Linie hingegen für den Minuspol bzw. Masse.
Diese Symbole für Gleichspannung finden sich auf Niederspannungsgeräten. Sie werden auch in einfachen Schaltungslayouts und vielen Netzteilplänen verwendet.
Polaritätssymbole (+/-)
Das Polaritätszeichen ist das nächsthäufigste Symbol für Gleichspannung. Es wird häufig auf integrierten Schaltungen, Dioden und LEDs verwendet.
Das Pluszeichen (+) auf dem Polaritätssymbol kennzeichnet den Pluspol, das Minuszeichen (-) den Minuspol. Anhand dieser Symbole lässt sich die Stromrichtung erkennen. Bei versehentlicher Verpolung können Bauteile in LEDs oder integrierten Schaltungen (ICs) beschädigt werden.
Batterie- und Gleichstromquellensymbole
Das Batteriesymbol besteht aus zwei parallelen Linien unterschiedlicher Länge. Die längere Linie stellt den Pluspol dar, die kürzere den Minuspol. Das Symbol wird auch für in Reihe geschaltete Zellen verwendet und dort als Kreis mit einem entsprechenden Zeichen dargestellt.
Dieses Gleichspannungssymbol wird häufig in batteriebetriebenen Stromkreisen verwendet. Auch viele tragbare Geräte und Schaltpläne nutzen es.
Erdungs- und Bezugssymbole
Erdungssymbole zeigen nicht die Spannung (Volt) an, sondern den Punkt, an dem der Stromkreis geerdet ist. Das Symbol besteht aus einer vertikalen Linie.
und drei horizontale Linien. Tatsächlich gibt es verschiedene Arten von Erdungssymbolen. Die gebräuchlichsten Symbole sind Gehäusemasse, Erdung und einfache Masse. Dieses Gleichspannungssymbol wird häufig in Leiterplattenlayouts und Testumgebungen verwendet.
Gleichspannungsbezeichnungen und Netznamen in Schaltplänen
Bezeichnungen sind kurze Texte, die die genauen Spannungspegel angeben, z. B. +5 V und +12 V. Ein Netzname hingegen bezeichnet den Knotenpunkt, an dem mehrere Leitungen mit demselben Potenzial zusammenlaufen. Beispielsweise werden alle Leitungen mit 5 V als VCC oder +5 V bezeichnet.
In Schaltplänen benötigen Sie in der Regel sowohl Gleichspannungsbezeichnungen als auch Netznamen. Beides dient der Identifizierung der verschiedenen Schaltungsteile.
Netznamen und -bezeichnungen sind für Tests unerlässlich. Mithilfe dieser Symbole lassen sich die genauen Knotenspannungen ermitteln. Dies minimiert Fehler und erhöht die Sicherheit der Schaltung.
Multimeter-Gleichspannungsdarstellung
Ein Digitalmultimeter ist eine sichere und einfache Möglichkeit, Gleichspannung zu messen. Bei den meisten Digitalmultimetern sind die Bereiche für Wechsel- und Gleichspannung getrennt. Der Gleichspannungsbereich befindet sich üblicherweise links. Er ist mit „V“ gekennzeichnet, das durch einen durchgezogenen und einen gestrichelten Strich dargestellt ist. Hier sehen Sie Werte von 200 mV bis 1000 V. 200 mV entspricht 200 mV und 1000 V 1000 V.
Um die Gleichspannung zu prüfen, stellen Sie den Drehknopf auf Gleichspannung ein. Stellen Sie die Spannung in diesem Fall immer auf den nächstliegenden Spannungswert des Geräts ein. Wenn Sie beispielsweise eine 12-V-Batterie oder einen 12-V-Stromkreis messen möchten, wählen Sie am Digitalmultimeter 20 V als Referenzspannung. Bei einer Auswahl von 200 V erhalten Sie keine Messwerte. Oder wenn Sie 2000 mV oder 2 V als Referenzspannung wählen, wird „OL“ (Überschreitung des Grenzwerts) angezeigt.
Achten Sie unbedingt auf die richtige Positionierung der Messspitzen. Ein Digitalmultimeter hat üblicherweise zwei Messspitzen: eine schwarze und eine rote. Die schwarze Messspitze muss an den COM-Anschluss und die rote an den „V“-Anschluss angeschlossen werden. Manche Digitalmultimeter besitzen drei Anschlüsse: einen für COM und zwei für AC und DC. Bei solchen Geräten müssen Sie vor der Messung die richtige Messspitze in den entsprechenden Anschluss stecken.
Gleichspannung vs. Wechselspannung
Sowohl Wechselstrom (AC) als auch Gleichstrom (DC) sind in unserem Alltag weit verbreitet. Wir nutzen Wechselstrom zu Hause für Kühlschränke, Herde, Klimaanlagen, Lampen und Maschinen. Auch viele Gleichstrom-betriebene elektronische Geräte werden mit Wechselstrom betrieben. Allerdings wird der Wechselstrom zunächst in Gleichstrom umgewandelt. Beispiele hierfür sind Handy-Ladegeräte, Computerprozessoren, Monitore, Fernseher usw.
Die folgende Tabelle zeigt die Unterschiede zwischen Gleichspannung und Wechselspannung.
| Merkmal | DC-Spannung | AC Spannung |
| Durchflussrichtung | Nur in eine Richtung | Wechselt kontinuierlich die Richtung |
| Quelle | Batterien, Solarpaneele, Gleichstromadapter | Netzstrom, Generatoren |
| Symbol | Gerade Linie oder „V⎓“. | Wellenlinie (~) |
| Spannungspegel | konstant oder gleichmäßig | Variiert periodisch |
| Lagerung | Kann in Batterien gespeichert werden | Lässt sich nicht einfach lagern |
| Anwendung | Elektronik, Sensoren, Motoren | Haushaltsgeräte, Industriemaschinen |
| Messung | Multimeter mit DC-Einstellung | Multimeter mit Wechselstromeinstellung |
Zusammenfassung
Gleichspannung ist ein kontinuierlicher Stromfluss in eine Richtung. Diese Symbole helfen uns, sie in Schaltplänen und auf Leiterplatten zu identifizieren. Sie zeigen den genauen Spannungspegel an, z. B. 5 V oder 12 V. Das Symbol gibt außerdem die Polarität an, sodass man erkennen kann, welcher Anschluss positiv und welcher negativ ist.
Dadurch werden Fehler vermieden und die Schaltung wird übersichtlicher. Mit Multimetern lassen sich Spannungen präzise messen. Sobald Sie die Symbole verstehen, können Sie die passenden Bauteile für die Leiterplatten auswählen.
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