Masse (Elektronik)
Als Masse (engl. chassis ground, abgekürzt GND) bezeichnet man einen leitenden Körper, der im Regelfall mit dem Potential 0 Volt definiert wird und das Bezugspotential für alle Signal- und Betriebsspannungen darstellt. Meist ist der elektrische Minuspol ( − ) der speisenden Spannung zugleich Masse. Der positive Pol der Speisespannung ( + ) sowie alle anderen elektrischen Spannungen und elektrischen Signale einer elektrischen Schaltung beziehen sich auf das Massepotential. Masse ist der gemeinsame Anschluss der meisten Bauelemente.
Beispiele, bei denen der positive Pol der Speisespannung als Massepotential fungiert, sind weiter unten genannt. Auch bei Wechselstromschaltungen kann ein Massepotential bzw. -anschluss definiert sein.
Masse kann im Prinzip jeder beliebige Knoten einer elektrischen Schaltung sein und als Bezugspotential für die Festlegung aller Spannung in diesem Netzwerk verwendet werden. Das Massepotential ist oft, jedoch nicht zwingend, nahe oder gleich dem Erdpotential. Die Masse ist oft galvanisch (elektrisch direkt) mit der Erde verbunden, das wird als Erdung bezeichnet.
In älteren Publikationen wird die Masse auch als Signalerde bezeichnet.
Masseanschluss als Schutzmaßnahme
Elektrisch leitende Gehäuseteile und berührbare Teile elektrischer Einrichtungen mit gefährlichen Spannungen sind entweder mit Schutzleitern miteinander und der Erde (das Schutzleiternetz der Elektroinstallation oder ein Erder) verbunden oder sie sind durch eine Schutzisolierung sicher galvanisch vom Netz getrennt (vgl. Schutzklasse, siehe auch Schutzleiter).
Auch beim Blitzschutz werden relevante Metallteile in die Schutzmaßnahmen einbezogen, d. h. verbunden und geerdet.
Oft ist es jedoch nicht zweckmäßig, möglich oder erlaubt, Massepotentiale direkt mit der Erde zu verbinden. Gründe können große Ausgleichs- oder Störströme sein. In diesen Fällen muss dafür gesorgt werden, dass das Massepotential keine großen Spannungen gegenüber der Erde annehmen kann, insbesondere dann, wenn (z. B. aus Gründen der elektrischen Abschirmung) berührbare Gehäuseteile Massepotential besitzen müssen.
Beispiele
Beim Automobil und auch bei Motor- und Fahrrädern ist das Massepotential die Karosserie bzw. der Rahmen. Als leitfähiges Teil, welches sich über das gesamte Fahrzeug erstreckt, dient es zugleich als Rückleiter für das Bordnetz – zu jedem Verbraucher muss nur eine Leitung verlegt werden. Im Automotive-Bereich wird die Masse herstellerübergreifend mit „Klemme 31“ bezeichnet (siehe Klemmenbezeichnung).
Dabei ist es unerheblich, ob es sich bei der Bordspannung um eine positive (z. B. Automobile in Deutschland) oder negative (z. B. englische Automobile) Gleichspannung oder um Wechselspannung (z. B. Fahrrad) handelt.
Fernmeldetechnische Anlagen wie das Telefonnetz haben aus historischen Gründen oft den Pluspol ihrer Stromversorgungen als Bezugspotential, dieser Pol ist auch geerdet. Die Speisespannung einer Fernmeldeanlage ist z. B. −48 V bzw. −60 V, gemessen gegen Erde.
Auch ältere Elektronikbaugruppen mit Germaniumtransistoren hatten oft den positiven Pol der Speisespannung als Masse. Grund war die vorrangige Verwendung von PNP-Transistoren, deren Emitteranschluss das positivste Potential führt. Heute benutzt man Siliziumtransistoren, die leichter als NPN-Typ zu fertigen sind – damit wurde der Minuspol zur Masse.
Auf Leiterplatten ist das Massepotential der umfangreichste Leiterzug, da daran die meisten Bauteile angeschlossen sind. Oft ist er auch als Fläche über die gesamte Leiterplatte ausgebreitet (Massefläche, Masseebene), um Potentialunterschiede und Störeinflüsse zu vermeiden.
Bei Audio- und Analogschaltungen sind jedoch Signalmasse und alle anderen Massepotentiale in nur einem Punkt (Sternpunkt) miteinander verbunden, um Störspannungen zu vermeiden – nur dieser Punkt ist das eigentliche Bezugspotential, alle anderen Orte der Masse können aufgrund von Spannungsabfällen infolge von hohen Strömen entlang der Leiterzüge geringfügig andere Potentiale annehmen.
Bei Personal Computern ist das Massepotential zugleich Gehäuse- und Erdpotential.
Bei Hochfrequenzanlagen und -baugruppen ist das Massepotential immer mit dem Gehäuse verbunden. Auch bei Audioverstärkern ist das hilfreich, um Störeinstrahlungen zu vermeiden. In beiden Fällen kann es zu Problemen kommen, wenn diese Signalmasse an mehreren Stellen mit dem Erdpotential verbunden ist (siehe Brummschleife, auch Erdschleife). Gründe für solche Verbindungen sind der Blitzschutz sowie die Schutzmaßnahme Schutzerdung.
Abhilfe bieten bei Antennenanlagen Mantelstromfilter, bei Audioanlagen und im Labor Trenntransformatoren bzw. Trenn-Übertrager oder Differenzeingänge, die es gestatten, die Signalmasseverbindung zwischen Geräten zu unterbrechen.
Symbole und Darstellung
In der Schaltungstechnik (Schaltplan) werden aus Übersichtlichkeitsgründen die Punkte mit Massepotential meist nicht verbunden gezeichnet, sondern jeweils mit einem Massesymbol versehen, das wie ein Signalname später in der realen Baugruppe eine Verbindung symbolisiert.
In Deutschland ist die Gestalt dieser Massesymbole nach der DIN-Norm festgelegt. Für Europa legt die ISO-Normung fest, wie das Massesymbol auszusehen hat.
Außen an Geräten sind häufig Schraubklemmen für zusätzliche Masseverbindungen angebracht. Das können zusätzliche Erdanschlüsse aus Sicherheitsgründen (Schutzleiteranschluss) oder separate Anschlüsse der Signalmasse bzw. der Gehäuse sein (Funktionserdung). Beide unterscheiden sich in den dazu angebrachten Symbolen (siehe oben) sowie in den daran angeschlossenen Leiterquerschnitten und -anforderungen.
Weblinks
Commons: Masse – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien