第5章 接地及搭地 讲稿 学生用.doc

第5章 接地及搭地接地是一个电路的概念，而搭接是屏蔽和接地的物理实现5.1 接地的概念1．接地的定义接地，顾名思义，是指设备或系统与“大地”相连接大地是一个理想的零电位面（体） 从广义上讲，接地并非一定是与大地直接连接，而是指连接到一个作为参考点或参考面的良导体上2．接地的目的(1)建立与大地相连的低阻抗通路，使雷击电流、静电放电电流等从接地通路直接流入大地，而不致影响设备或系统的正常工作及人身安全； (2)建立设备外壳与附近金属导体之间的低阻抗通路，当设备中存在漏电流时，不至于危及人身安全； (3)设备或系统的各部分都连接到一个公共点或等位面，以便有一个公共的参考电位，消除两个悬浮电路之间可能存在的干扰电压；(4)将屏蔽体接地，使屏蔽发挥作用；(5)将滤波器接地，使滤波器能起到抑制共模干扰的作用；(6)印制电路板上的信号电路接到地平面，以提供一个信号返回通路；(7)汽车、飞机上的非重要的电路接车体或机体的金属外壳，以提供一个电路返回通路上述接地中，(1)、(2)是有关安全的接地，(3)、(4)、 (5)是有关干扰控制的接地，(6)、(7)是与实现电路的功能有关的接地归纳起来，为安全接地、干扰控制接地和功能接地。

5.2 安全接地安全接地就是用低阻抗的导体将设备或系统的外壳连接到大地，以保证人身及设备的安全1．设备安全接地为了安全，任何高压电气、电子设备的机壳、底座都要接地，以避免高压直接接触外壳或漏电时机壳带电，使触及机壳的人体触电人体电阻的变化范围很大，从人体处于出汗、潮湿状态下的大约1000Ω左右，到人体皮肤处于干燥洁净和无破损情况下的40~100kΩ对人体造成伤害的是流经人体的电流，对于交流电，其安全限值为15~20mA，对于直流电，其安全限值为50mA，而当流经人体的电流达到100mA时，人就可能死亡为了保证安全，应将设备的金属外壳（正常情况下不带电）与接地体相连接，一般，接地电阻为5~10Ω，当人体接触带电外壳时，流经人体的电流可减少到原先漏电流的1/100~1/200，而大部分电流经接地电阻分流注意：跨步电压2．防雷安全接地防雷接地的目的就是把雷电流引入大地从而保护设备及人身安全，以免遭雷击，并且要求在消除雷击时不要影响其他接地系统一次雷闪往往包含多次闪击，在第一次闪击之后数毫秒又会发生一系列的闪击，直至闪击结束一次雷闪将延续几十毫秒至几秒钟一次典型的雷闪约有2~4个闪击，每次闪击的电流峰值达20kA，上升时间为0.5~2μs，宽度约为50μs，每次闪击的间隔约为50ms，相应的电磁波频率为160~640kHz。

一次典型闪击的电流峰值为20kA，即使接地电阻只有1Ω，也将产生20kV的电压，并且在附近产生流散电场接地电阻越小越好，但要做得很低，则十分困难，且不经济设备：避雷针5.3 干扰控制接地干扰控制接地是指给设备或系统内部各种电路的信号电压提供一个零电位的公共参考点或参考面干扰控制接地有4种基本的接法：浮地、单点接地、多点接地，以及由单点接地和多点接地派生出来的混合接地 既适用于设备内部电路及PCB，也适用于多台设备构成的系统5.3.1 浮地浮地是将设备或电路单元与公共地或可能引起环流的公共导体隔离开来浮地抗干扰能力强，且可使不同电位的电路之间容易配合；但由于设备不与大地直接连接，容易产生静电积累，当电荷积累到一定程度，会在设备与大地之间产生放电，这就成为新的干扰源为避免电荷积累，可在采用浮地的设备与公共地之间接一个阻值很大的电阻，以泄放静电荷5.3.2 单点接地单点接地是在设备或电路单元中，只有一个参考接地点，所有需要接地的点都必须通过地线连接到这一点上单点接地简单，且不存在多点接地时形成的地回路干扰；但当系统工作频率很高，以致系统接地线长度与波长λ可比（如达到λ/4）时，地线会成为天线，向外辐射电磁波，其接地效果变差，不宜再用单点接地。

一般，当频率在1MHz以下或地线长度小于λ/20时，可采用单点接地方式单点接地按连线方式又可分为两种：即独立地线的并联单点接地和共用地线的串联单点接地 独立地线的并联单点接地 共用地线的串联单点接地独立地线的并联单点接地方式，各设备或电路单元的地电位不受其它电路影响，但需要很多根接地线，连线很繁杂 共用地线的串联单点接地方式，连线非常简单，但各接地点的电位并不相同，且受其它单元的影响 要注意把最高电平电路放在最靠近接地点的位置，以使各接地点电位升高最小5.3.3 多点接地多点接地是指设备或电路单元中各接地点都是直接连接到离其最近的接地平面，以使接地线的长度最短多点接地一般用于高频系统，为降低地线阻抗，地线应尽量加宽，或采用地平面、地栅网多点接地地线较短，适用于高频情况；但因多点接地便形成了各种地线回路，从而造成地回路干扰，这对较低频率的电路产生不良影响一般来说，频率在1MHz以下时，可采用单点接地方式；当频率高于10MHz时，应采用多点接地方式；当频率在l~10MHz之间时，如地线长度小于λ/20，可用单点接地方式，否则应采用多点接地方式5.3.4 混合接地实际情况往往比较复杂，很难通过一种简单的接地方式来解决，因而，常将单点接地和多点接地结合起来构成混合接地方式。

混合接地方式利用单点接地和多点接地的优点，对高频电路部分采用多点接地，对接地线过长的部分采用多点接地，而其余部分则可以采用单点接地先将设备内部电路分割成模拟、数字、功率等几个独立接地的系统，然后再将几个系统合并成一个接地系统连接至参考点 为同时满足宽频系统中低频单点接地和高频多点接地的不同要求，可利用电容器对高频相当于短路（高频地）、对低频相当于开路的特点来实现5.4 屏蔽层接地屏蔽层接地属于干扰控制接地采取屏蔽措施时，屏蔽体应当接地屏蔽电缆的屏蔽层的接地方式选择，要求既要保证其屏蔽效果，又要避免形成不合理的地回路1．低频信号屏蔽层的接地频率低于1MHz的低频接地系统，采用单点接地一般使用双绞屏蔽线或多芯绞合屏蔽线，其屏蔽层的接地位置应根据信号端、接收端接地情况而定当信号端浮空、接收端接地时，屏蔽层在接收端侧接地；当信号端接地、接收端浮空时，屏蔽层在信号端接地；而当信号端、接收端都接地时，需先用隔离变压器、平衡变压器、光电耦合器等将信号地与接收端地隔离，然后再进行屏蔽接地2．高频信号屏蔽层的接地当频率高于l0MHz，或电缆线长度超过λ/20，以及在处理高速脉冲数字电路时，信号地就必须采用多点接地方式。

高频信号的传输，必须考虑阻抗匹配的问题，否则，传输信号会在阻抗突变的位置发生反射，引起传输信号波形的振荡，造成波形严重畸变因此，高频信号的传输一般使用具有固定特性阻抗的同轴电缆，同轴电缆的外层导体作为传输信号的返流地线将作为同轴电缆屏蔽层的外层导体多点接信号地平面，而相邻屏蔽接地点间的距离一般小于λ/205.5 搭接搭接是将需要等电位连接的点通过机械、化学或物理方法实现结构相连，以实现低阻抗的连通搭接分直接搭接和间接搭接两种基本类型直接搭接是将要连接的导体直接接触，而不通过中间过渡导体；间接搭接则是通过中间过渡导体，如搭接片、跨接片以及铰链等，实现连接导体之间的互连常用的搭接方法有：1．焊接 永久连接，可避免因锈蚀引起的搭接性能下降 2．铆接 永久连接，铆接部位的阻抗很小，但其他部位阻抗较大，在高频时不能提供良好的低阻抗连接 3．栓接 螺栓连接，可以拆卸，但长时间使用后可能出现连接松动，有时通过螺纹接触的两个面会变成接触线，并且由于腐蚀及高频电流的集肤效应，射频电流沿螺旋线流动，因而在很大程度上呈现电感性搭接表面需要认真处理，清除影响搭接质量的表面的氧化层、油漆和附着物； 保证搭接表面是面接触； 注意搭接金属间的电化学性能的兼容，以及搭接后刷的漆层是否会渗入搭接部位，从而影响搭接质量。

搭接不良会影响会影响设计电路的工作性能及引入干扰由于搭接不良附加的阻抗的影响，使被滤波器滤除的干扰信号不能顺畅地通过接地返回干扰源，而是通过后一级电容又馈入被保护电路由于搭接不良而引入新的干扰电压。