Различия между VCC, VEE, VDD и VSS в электронных схемах

В электронике термины VCC, ВЭЛ, VDD и VSS часто используются для описания различных напряжений питания в цепях. Эти обозначения необходимы для понимания роли питания и правильного функционирования таких компонентов, как Биполярные транзисторы (БПТ) и полевые транзисторы (FET). Каждый из этих терминов имеет свое конкретное происхождение и применение, часто связанное с типом используемого транзистора — будь то BJT или FET — и конфигурацией схемы. В этой статье мы разберем различия между этими обозначениями источников питания и объясним их значимость в проектировании схем.

Что такое VCC?

VCC означает «напряжение на общем коллекторе». Этот термин используется для описания положительного напряжения питания в схемах, использующих биполярные транзисторы (BJT). «C» в VCC относится к коллекторному выводу транзистора. VCC необходимо для питания BJT, поскольку коллектор обычно подключается к положительной шине напряжения.

В транзисторах NPN, которые используются чаще из-за более высокой скорости переключения, VCC представляет собой положительное питание на коллекторном выводе. Например, в схеме транзистора NPN коллектор обычно подключается к VCC через резистор или напрямую.

• Использование в ТТЛ и операционных усилителях: В схемах транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) VCC широко используется в качестве основного источника положительного напряжения. Аналогично, в операционных усилителях, которые в основном состоят из биполярных транзисторов, VCC играет решающую роль в управлении положительной шиной питания.

V+ против VCC: во многих случаях V+ может использоваться взаимозаменяемо с VCC. Оба представляют положительное напряжение питания, хотя VCC специально привязано к схемам, которые используют BJT. В схемах с несколькими уровнями положительного напряжения они могут быть обозначены как VCC1, VCC2 и т. д., чтобы различать разные линии питания.

Что такое ВЭЭ?

VEE представляет отрицательное напряжение питания в схемах BJT, а "E" в VEE обозначает эмиттерный вывод транзистора. VEE часто используется в схемах, где требуется как положительное, так и отрицательное напряжение питания, например, в системах с двойным питанием. В этих случаях VEE действует как отрицательная шина питания.

В схеме NPN-транзистора эмиттер подключен к VEE, который может быть либо заземлен, либо иметь отрицательное напряжение. В системах с одним источником питания VEE обычно имеет тот же потенциал, что и земля.

• Использование в операционных усилителях: Как и VCC, VEE также используется в операционных усилителях, построенных на биполярных транзисторах. Он обеспечивает необходимое отрицательное напряжение для вывода эмиттера.

Подобно тому, как V+ может быть взаимозаменяемым с VCC, V- может использоваться вместо VEE во многих схемах. При ссылке на отрицательное питание в схемах BJT, V- и VEE оба обозначают одну и ту же концепцию.

Что такое ВДД?

VDD относится к положительному напряжению питания в схемах, использующих полевые транзисторы (FET). Буква «D» в VDD обозначает сток-вывод FET. VDD имеет решающее значение для питания N-канальных FET (NchFET), которые широко используются в схемах на основе комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП).

В N-канальном FET сток-вывод обычно подключается к VDD через резистор или напрямую. VDD служит в качестве положительной шины напряжения в схемах, использующих FET.

• Использование в КМОП и операционных усилителях: В технологии КМОП используются как N-канальные, так и P-канальные устройства. Хотя соглашение об именовании может не полностью соответствовать полярности в схемах КМОП (поскольку роли стока и истока являются взаимодополняющими), использование VDD для описания положительной шины питания сохраняется по историческим причинам. VDD также используется в операционных усилителях, построенных на полевых транзисторах.

В схемах полевых транзисторов V+ может использоваться взаимозаменяемо с VDD для обозначения положительного напряжения питания.

Что такое ВСС?

VSS обозначает отрицательное напряжение питания в схемах, использующих полевые транзисторы, где "S" относится к клемме источника транзистора. В N-канальных полевых транзисторах источник подключен к VSS, который часто служит землей или отрицательным напряжением в схеме.

• Использование в КМОП: В схемах КМОП VSS обычно является заземлением или опорным напряжением 0 В. Как и VDD, VSS применяется как к N-канальным, так и к P-канальным устройствам в логических схемах КМОП, хотя источником не всегда может быть отрицательный вывод в комплементарной установке.

Так же, как V- является синонимом VEE в схемах на биполярных транзисторах, он также используется взаимозаменяемо с VSS в схемах на полевых транзисторах.

Сравнение VCC, VEE, VDD и VSS

В таблице ниже приведены основные различия между VCC, VEE, VDD и VSS с точки зрения типа транзистора, выводов и полярности.

Происхождение соглашений об именовании VCC, VEE, VDD и VSS

Термины VCC, VEE, VDD и VSS происходят от общего соглашения об именовании, используемого для описания напряжений по отношению к опорному узлу, часто заземлению (GND). Например, напряжение типа Va относится к напряжению точки относительно земли, в то время как Vab указывает на разницу напряжений между двумя узлами, A и B.

Напряжение с повторяющимися индексами (например, Vxx) дает значение 0 В, поскольку это разность напряжений в одном и том же узле. Со временем эти повторяющиеся индексы (CC, EE, DD, SS) были приняты для представления напряжений питания постоянного тока в электронных схемах.

В схемах BJT VCC относится к напряжению коллектора и обычно положительно, тогда как VEE относится к напряжению эмиттера, часто отрицательному или заземленному. Эти термины специально привязаны к NPN-транзисторам, хотя их использование может распространяться и на PNP-транзисторы.

В схемах MOSFET термины VDD и VSS относятся к стоковому и истоковому напряжениям соответственно. Подобно BJT, VDD обычно положительный, тогда как VSS может быть отрицательным или служить заземляющим узлом.

Хотя изначально они были привязаны к конкретным транзисторам, использование VCC/VDD и VEE/VSS претерпело изменения, и теперь эти термины часто используются взаимозаменяемо в различных типах схем, таких как схемы КМОП и биполярные транзисторы.

Распространенные заблуждения и современное использование

Со временем строгие определения VCC, VEE, VDD и VSS размылись. Вы можете увидеть VCC, используемый в схемах CMOS, или VDD, применяемый в схемах BJT. Ключевым выводом является то, что эти термины изначально предназначались для обозначения напряжений питания в BJT и FET, но теперь часто используются более широко для обозначения положительных и отрицательных напряжений во многих типах схем.

Кроме того, в некоторых схемах VSS или VEE могут служить заземляющим узлом, в то время как в других может быть выбрана другая опорная точка, что приводит к изменению полярности напряжения.

Заключение

Подводя итог, VCC, VEE, VDD и VSS — это обозначения источников питания, которые необходимы для понимания электрических характеристик схем, построенных на BJT и FET. Хотя эти термины возникли из-за определенных типов транзисторов, в современном проектировании схем они часто используются взаимозаменяемо. Понимание их ролей имеет решающее значение для проектирования схем, обеспечивая правильное распределение питания и функциональность.

Если вы проектируете или устраняете неполадки в схемах с биполярными плоскостными транзисторами или полевыми транзисторами, важно правильно определять и применять соответствующие обозначения источников питания, независимо от того, работаете ли вы со схемами на основе ТТЛ, КМОП или операционных усилителей.