第4章接地与搭接技术.

第4章接地与搭接技术接地的概念基本接地方式屏蔽体接地地回路干扰及其抑制搭接习题:4.2，4.4，4.5，4.6，4.7，4.8PHNRelativementfréquentTrèsrareTerrecontactindirect接地的概念指电路或系统的电位基准面（相对电位零点）接地的两种含义：（1）电气接地（强电）：提供放电通路。（2）系统基准“地”指电路、设备、或系统与“地”所建立的低阻通路。如设备外壳、金属底座、屏蔽罩、粗铜线、铜带等。什么是地？真实情况:地线为信号流回源的路径;信号回路阻抗不为零.地线阻抗不为零，电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降;接地体(导线或导电平面)各接地点之间有电位差.220V0VZ2Z1U1U2机箱Z1+Z2Z2U2＝U1Z1:高压部件与机箱间的阻抗；Z2:机箱与大地之间的阻抗。•若不接地，Z2为无限大，机箱电压就是电源电压，危险!!!•若接地，Z2=0，U2=0,安全安全地地线引发干扰问题的原因V=IR地线电压地线是等电位的假设不成立1电流走最小阻抗路径难以确定地电流的确切路径地电流失去控制2较大的信号回路面积较强的电磁辐射电路间的互感耦增加对外的敏感度3～地线——电路中的电位参考点（相对电位零点）传统定义：地线——信号电流流回电源的低阻抗路径新定义：信号地单点接地多点接地混合接地悬浮接地信号接地方式串联单点接地并联单点接地信号接地方式的种类1.单点接地（低频）基本接地方式332321321)()(RIUURIIUURIIIUBCABA(1)串联单点接地优点:结构简单，易于实现。缺点:各点的地电位相互影响较大，最容易引起干扰。实践处理:•具有最低接地电平的电路放在最靠近接地点的地方；•敏感设备放在最靠近接地点的地方；•大功率电路与小功率电路的混合系统，应避免单点接地。N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC•接地点的选择1231()ALUIIIR接地点靠近最低电平电路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC接地点靠近最高电平电路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC121231231()()AHUIRIIRIIIRALAHUU串联单点接地电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V~~~改进1改进2(2)并联单点接地332211RIURIURIUCBA优点:各电路互相不影响缺点:1)结构复杂、不便于使用；2）各地线间可能形成电容性和电感性耦合。结论：单点接地只适用于低频电路•当l接近于/4时，有很强的天线效应，向外辐射；•高频时分布电容与分布电感的影响，难以实现真正的单点接地。各电路的地电位R1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABC2.多点接地（高频）说明:多点接地，应尽可能减少接地线长度，使高频阻抗减至最小。一般情况下，电子设备往往以镀银版作为接地子母线，以减少表面阻抗。)()()(333222111LjRIULjRIULjRIUCBA各电路的地电位优点:接地线较短，适用于高频及数字电路。缺点:形成各种地回路，可能造成地回路干扰。R2N2I2BL1N1I1AR3I3N3CL2L3R1是否有比A、B两点接地更好的接地方案?如何改进?RLUN~RGUGRC1RSRC2等效电路AB22CSCLRRRR通常22CABGGCRUURR则2112()()LCLNABGLSCLSCGCRRRUUURRRRRRRR故单点接地对噪声的抑制RC1ARC2USBUGRSRG~~RL信号源与放大器都接地RC1ARC2USBUGRSRG~~RL信号源与放大器都接地•在信号源的接地端接入一阻抗ZSG22CSCLRRRR当222CCABGGGCSGSGRRUUURRZZ则121()LNABLSCLCGLSCSGRUURRRRRURRRZ故RLUN~RGUGRC1RSRC2等效电路ABZSG2SGGCZRR且SGZ当时，0NURC1ARC2USBUGRSRG~~RL信号源端接入一阻抗ZSGRC1ARC2USBUGRSRG~~RL信号源端接入一阻抗RC1ARC2USBUGRSRG~~RL信号源端接入一阻抗ZSG例：设RC1＝RC2＝1Ω、RS＝500Ω、RL＝10kΩ、RG=0.01Ω、UG=10mV，试计算在放大器输入端的干扰电压值。若在信号源与地之间加一个很大的阻抗ZSG=1M，则4410110mV9.4mV10500110.014461010mV0.0095V(105001)10解：212()()LCNGLSCGCRRUURRRRR21()LCNGLSCSGRRUURRRZ接地干扰电压几乎全部施加于放大器输入端的输入端有效抑制了地干扰对放大器输入端的影响。小结：•单点接地适用于低频，多点接地适用于高频；1MHzf•当时，一般采用单点接地；10MHzf•当时，一般采用多点接地；•当时，若，则采用多点接地；若，则采用多点接地。/20l1MHz10MHzf/20l•如果电路对电压降很敏感，则接地线长度应比更小；若电路只是一般敏感，则接地线可大于。/20/20准则/20•第一类接地系统：敏感信号和小信号接地系统。包括低电平、小信号检测、传感器输入、前级放大、混频器电路等。•第二类接地系统：非敏感信号或大信号接地系统，包括高平电路、末级放大器电路以及大功率电路。（1）不同接地系统的特点特点：特别容易受到干扰，出现电路失效或电路性能降低，接地导线应尽量避免混杂其他电路。特点：必须将其与小信号接地线分开设置。3.混合接地按照电路各自的特点，对不同的电路采用不同的接地方式。•第三类接地系统：干扰源器件、设备的接地系统。如电动机、继电器、火花塞等。•第四类接地系统：机壳、设备底座、系统金属构架等。注意：工程实践中，模电、数电以及信号地必须分别设置。直流与交流地必须分别设置。特点：干扰频带宽、瞬态电平高。除屏蔽外，必须与其它接地分开设置。特点：保证人身安全和设备工作的稳定。(2)低频电路的串、并联混合接地G低电平电路高电平、强噪声电平电路机箱、机架•低电平电路串联接地•高电平、强噪声电平电路串联接地•机箱、机架串联接地并联接地机架2机架1机箱机箱串联单点、并联单点混合接地模拟电路1模拟电路2模拟电路3数字逻辑控制电路数字信息处理电路继电器驱动电路马达驱动电路线路板上的地线噪声模拟数字(3)高、低频电路单点与多点混合接地低频：电容的阻抗大——单点接地高频：电容的阻抗小——多点接地N1N2N3低频单点、高频多点混合接地如：抗高频干扰的低频传输屏蔽电缆。低频单点、高频多点混合接地如图，某电路，为一低电平视频电路，在从音频到高频下，实现了低频单点、高频多点，避免了低频地电流回路的形成。音频端高频端N1N2大地或车辆的接地面注意:避免电容与引线电感发生谐振。高频：电感的阻抗大——单点接地低频：电感的阻抗小——多点接地N1N2N3高频单点、低频多点混合接地如：多个机箱安全接地，高频电路则单点接地。低频多点、高频单点混合接地如图，某电路，计算机及其外设，一般需要导线接地。但是容易引起电气干扰，通过加线圈（1mH：f=50Hz，Z0.4；f=50k~1MHz，Z约为1K）这种方式有助于抑制地线中的感应、瞬变和干扰进入逻辑总线浮地设备地线系统在电气上与大地相绝缘。N1信号地安全地N2N3利用悬浮机壳内的屏蔽层降低地回路干扰•可以避免安全接地回路中的干扰电流影响信号接地回路。•可以减少由于地电流引起的共模干扰；优点：缺点：N1信号地安全地N2N3•减少由于不当的接地而产生的干扰；•对传导干扰也有较好的抑制作用。•不能适应复杂的电磁环境，特别是对于一个较大的电子系统，对地的分布电容较大，不能做到真正的悬浮；•雷击、静电感应时，会击穿绝缘，甚至引起弧光放电。地回路干扰及其抑制1.地回路干扰由地回路中的共模干扰电压在受害回路输入端引起的干扰电压。•地回路干扰的来源:•共地阻抗的共模干扰；•场对导线的共模干扰。地回路干扰模型信号电流电路1电路2UG~地电流IGISZG•地回路耦合系数:(dB)20log/NGCLCUU计算地电流的等效电路UG~IGZGZCZSZLGGGLCSUIZZZZ干扰源电压地阻抗负载阻抗线路阻抗电源阻抗地电流的计算2.地回路干扰抑制技术•在信号回路中使用隔离变压器•在信号回路中使用中和变压器（共模扼流圈）•在信号线上使用磁环•在数据线路中使用光电耦合器或光纤•使用差分放大器原理：地回路被隔离变压器阻隔分析：由于绕组间存在分布电容，仍会产生一定干扰11/()11/()LNGGLLRUUURjCjCR或21/11/()NGLUUCR讨论:1LCR/1NGUU•当时，对低频干扰有较好的抑制能力提高抑制干扰能力的措施:•减少绕组间的分布电容；•降低负载阻抗电路模型隔离变压器对地回路干扰的抑制电路1电路2UG~C电路1电路2UG~电路1电路2UG~CCUG～RL干扰等效电路CUG～RLCUG～RL干扰等效电路•当时，1LCR/1/2NGUU3dBGNUU适用范围:，即01LCR01/(2)LfCR结论：•不能传输直流信号，对低频信号影响较大。因此，对直流和低频信号电路不宜采用。•对低频干扰有较好的抑制能力；•变压器的初、次级之间有寄生电容，对高频干扰的抑制效果不好；电路1电路2UG~C电路1电路2UG~电路1电路2UG~C结构：两个绕向相同、匝数相同的绕组构成电路2电路1扼流圈的一种安装方式电路模型信号电流电路1电路2UG~地电流UG~US~ML1L2RC1RC2RL等效电路共模扼流圈对地回路干扰的抑制•对于流过接地线的共模干扰电流，流经两线电流方向相同,所产生的磁场相长，故扼流圈对回路干扰电流呈现高阻抗，起到抑制地回路的作用。•对于正常信号，流过的电流相反，所产生的磁场相消，对电流没有影响，且不会切断直流回路；原理：电路模型信号电流电路1电路2UG~地电流UG~US~ML1L2RC1RC2RL等效电路①对干扰信号的抑制设两绕组上的电流分别为I1、I2，则112122122GLGCUjLIjMIIRUjLIjMIIR2222212,()()CCCCCGLGLLLLRURUIIjLRRRRjLRRRR（令US＝0）UG~ML1L2RC1RC2RL等效电路在一般情况下112,CLRRLLM2222221()1/NcLcGcLcLccURRRUjLRRRRjLRjLR2/1/1(/)NGCUUff当时，5Cff/1/5NGUU得故2/(2)CCfRL——扼流圈的截止频率I2I1②对信号的影响设两绕组上的电流分别为IS、IG，则122()()0()()SSLSGSGCSUIRjLIIjMIIRjLjMI222222()()()()CCCCCCSSLSSLLLRjLUIRRjLjLRRjLUURRjLRRR（令UG＝0）结论：对高频干扰具有较好的抑制能力得221/CSGSCCRIIIRjLjff1/5GSIIUS~ML1L2RC1RC2RL等效电路IGISIS-IG当时5Cff22πCCRfL原理：同纵向扼流圈1()0SSSIRjLjMI111/SSSSCjLIIIRjLjff结论：信号电流主要流经同轴线的屏蔽层得当时，5Cff1/1SII分析：由A—RS—LS—B—A构成的回路中/(2)CSSfRL——同轴线的截止频率电路1电路2UG~ZG~MLSI1RSRL等效电路IGISABISI1IG同轴电缆对地回路干扰的