第4章接地与搭接技术.ppt

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: 4.2，4.4，4.5，4.6，4.7，4.8,contact indirect,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.,,,,220V,,0V,,,,机箱,,Z1: 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,,,,,,,,,,,～,,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,(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，应避免单点接地接地点的选择,接地点靠近最低电平电路,接地点靠近最高电平电路,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,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,2. 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。

R1,是否有比A、B两点接地更好的接地方案?如何改进?,,通常,则,故,单点接地对噪声的抑制,在信号源的接地端接入一阻抗ZSG,当,则,故,且,当 时，,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,解：,小结：,单点接地适用于低频，多点接地适用于高频；,当 时， 一般采用单点接地；,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 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,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,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。

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,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，Z 0.4；f = 50k ~ 1 MHz，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：,,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耦合系数:,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,或,电路模型,,隔离变压器对地回路干扰的抑制,当 时，,适用范围: ，即,结构：两个绕向相同、匝数相同的绕组构成,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：,① 对干扰信号的抑制,设两绕组上的电流分别为I1、I2 ，则,（令US＝0）,在一般情况下,当 时，,得,故,,,I2,I1,② 对信号的影响,设两绕组上的电流分别为IS、IG ，则,（令UG＝0）,结论：对高频干扰具有较好的抑制能力,得,,,,US,~,,,,,M,L1,L2,RC1,RC2,RL,等效电路,,,,IG,IS,,IS- IG,原理：同纵向扼流圈,结论：信号电流主要流经同轴线的 屏蔽层,得,当 时，,分析：由A—RS—LS—B—A构成的 回路中,,,IS,I1,,IG,同轴电缆对地回路干扰的抑制,铁氧体磁环是高导磁率和高电阻率的材料，对高频干扰有很好的抑制损耗，而对低频电路的损耗较小对共模干扰的抑制,对异模干扰的抑制,在信号线上使用铁氧体磁环,光电耦合器对信号的传输,利用发光二极管的发光强度随通过它的电流的变化特征，把电路1的信号变换成强弱不同的光信号；光敏三极管再把强弱不同的光信号转换成信号电流，从而完成电路1和电路2之间的信号传输使用光电耦合器抑制地回路干扰,光电耦合器对干扰的抑制,光电耦合器利用光来传输信息，从输入端传送到输出端的光电耦合器件使得输入和输出在电气上完全隔绝，因而能有效地抑制干扰。

光电耦合器适用于数字电路，不适用于模拟电路光电耦合器的输入— 输出端之间的杂散电容（0.3pF~10pF） 限制了光电耦 合器在高频端的使用使用光电耦合器抑制地回路干扰,光纤的优点是具有无感应性和高度隔离性，相当于在共模地回路中引入一个高阻抗，能从比值上消除干扰，常用于作强电磁干扰环境中的信号传输线以及作微弱检测信号传输线光纤对地回路干扰的抑制,差分放大器的输出电压,当两个输入端对地平衡时，即为差分平衡器件U0= K（U1 －U2）,,使用差分放大器抑制地回路干扰,对干扰的抑制,,例：UG=100mV，RG=0.1Ω，RS=500 Ω, RC1=RC2=1Ω ， RL1=RL2=10KΩ ，求UN=？若RL1=RL2=100KΩ时, UN=？,解：,其中,如此，大为减少干扰，同时对信号而言，也没有增加输入阻抗4.5 电缆屏蔽层的接地,( 1 ) 放大器接地，信号源不 接地,f 1MHz时，电缆一般采 取一端接地四种可能的接地方式： A、B、C、D,结论：方式D最好,① 方式A 干扰会直接流入一条芯线，产生干扰，不合适② 方式B,,,,,,③ 方式C,仍然不理想,④ 方式D,,,,,,,US,UG1,UG2,A,B,C,D,,,,,,,,,,,,,1,2,,,C1S,C12,C2S,～,～,,,～,,,,,,,,,,,( 2 ) 放大器不接地，信号源接地,结论：方式A最好,小结：,当电路有一个接地信号源与一个不接地的放大器连接时， 连接电缆的屏蔽层接地应接至信号源的公共端；,当电路有一个不接地信号源与一个接地的放大器连接时， 连接电缆的屏蔽层接地应接至放大器的公共端。

4.6 屏蔽盒接地,1. 单层屏蔽盒的接地,放大器输出端电压，形成反馈，此反 馈不除，放大器将产生自激震荡消除此干扰的方法：屏蔽盒与放大器 的公共端短接注意：这种连接方式在放大器公共端不接地也适用通常 ，则,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.6.2 双层屏蔽盒的接地,搭接：两个金属物体之间的结构连接减小设备间的电位差； 减小接地阻抗、降低接地公共阻抗干扰和地回路干扰； 实现屏蔽、滤波和接地技术的设计目的； 防止雷电放电的危害、保护设备等的安全； 避免静电放电4.7 搭接,,,目的：为电流提供一个电气上连续的结构面和低阻抗通路2. 良好搭接的作用：,1. 搭接的概念,搭接阻抗的影响,若,影响滤波效果,,,3. 不良搭接的影响,,间接搭接:采用搭接条或者其他辅助导体将两个金属物体 连接起来4. 搭接的类型,直接搭接：两金属表面直接接触5. 搭接的方法,永久性搭接：利用铆接、熔焊、压接等工艺方法使两个金属 物体保持固定连接半永久性搭接：利用螺栓、螺钉、夹具等辅助器件使两个金 属物体保持连接一般搭接电阻：5~10mΩ土建设施搭接电阻：10~20mΩ,电磁兼容实验室内搭接电阻：2.5mΩ,易燃易爆电路特殊要求搭接电阻：0.5~2.5mΩ,搭接电阻的要求,间接搭接:采用搭接条或者其他辅助导体将两个金属物体 连接起来。

直接搭接：两金属表面直接接触永久性搭接：利用铆接、熔焊、压接等工艺方法使两个金属 物体保持固定连接半永久性搭接：利用螺栓、螺钉、夹具等辅助器件使两个金 属物体保持连接搭接的类型,搭接的方法,搭接电阻的测试,。