电路中接地的作用及其分类

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接地是电子设备的一个很重要问题.接地目的有三个:

    (1)接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位,保证电路系统能稳定地工作.

    (2)防止外界电磁场的干扰.机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放,否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰.另外,对于电路的屏蔽体,若选择合适的接地,也可获得良好的屏蔽效果.

    (3)保证安全工作.当发生直接雷电的电磁感应时,可避免电子设备的毁坏;当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时,可避免操作人员的触电事故发生.此外,很多医疗设备都与病人的人体直接相连,当机壳带有110V或220V电压时,将发生致命危险.

    因此,接地是抑制噪声防止干扰的主要方法.接地可以理解为一个等电位点或等电位面,是电路或系统的基准电位,但不一定为大地电位.为了防止雷击可能造成的损坏和工作人员的人身安全,电子设备的机壳和机房的金属构件等,必须与大地相连接,而且接地电阻一般要很小,不能超过规定值.

    电路的接地方式基本上有三类,即单点接地、多点接地和混合接地.

    当许多相互连接的设备体积很大(设备的物理尺寸和连接电缆与任何存在的干扰信号的波长相比很大)时,就存在通过机壳和电缆的作用产生干扰的可能性.当发生这种情况时,干扰电流的路径通常存在于系统的地回路中.在考虑接地问题时,要考虑两个方面的问题,一个是系统的自兼容问题,另一个是外部干扰耦合进地回路,导致系统的错误工作.由于外部干扰常常是随机的,因此解决起来往往更难.

    单点接地:如图所示,单点接地是为许多在一起的电路提供公共电位参考点的方法,这样信号就可以在不同的电路之间传输.若没有公共参考点,就会出现错误信号传输.单点接地要求每个电路只接地一次,并且接在同一点.该点常常一地球为参考.由于只存在一个参考点,因此可以相信没有地回路存在,因而也就没有干扰问题.

    多点接地: 如图所示,从图中可以看出,设备内电路都以机壳为参考点,而各个设备的机壳又都以地为参考点.这种接地结构能够提供较低的接地阻抗,这是因为多点接地时,每条地线可以很短;并且多根导线并联能够降低接地导体的总电感.在高频电路中必须使用多点接地,并且要求每根接地线的长度小于信号波长的1/20.

    混合接地: 混合接地既包含了单点接地的特性,又包含了多点接地的特性.例如,系统内的电源需要单点接地,而射频信号又要求多点接地,这时就可以采用图所示的混合接地.对于直流,电容是开路的,电路是单点接地,对于射频,电容是导通的,电路是多点接地.

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“地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种， 容易混淆,故总结一下“地”的概念。
“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。
　
一：   信号“地”又称参考“地”，就是零电位的参考点，也是构成电路信号回路的公共端 。
   (1) 直流地：直流电路“地”，零电位参考点。
   (2) 交流地：交流电的零线。应与地线区别开。
   (3) 功率地：大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。
   (4) 模拟地：放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。
   (5) 数字地：也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。
   (6) “热地”：开关电源无需使用工频变压器，其开关电路的“地”和市电电网有关，即所谓的“热地”，它是带电的   。
   (7) “冷地”：由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合器，既能传送反馈信号，又将双方的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，它不带电。

   信号接地
    设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。
    有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。（这里主要介绍浮地）
    单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。
    多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上（即设备的金属底板）。在高频电路中，寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路，常采用多点接地。
    浮地，即该电路的地与大地无导体连接。（虚地:没有接地，却和地等电位的点。） 其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。 其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。
    一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。

1：浮地技术的应用

      a交流电源地与直流电源地分开

       一般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此，采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。



       b 放大器的浮地技术

       对于放大器而言，特别是微小输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的干扰信号都可能导致工作异常。因此，采用放大器的浮地技术，可以阻断干扰信号的进入，提高放大器的电磁兼容能力。

      c 浮地技术的注意事项

      1）尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻，从而有利于降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。
      2）注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中。
      3）浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。
      4）采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。  

2：混合接地

      混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10～100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度（di/dt）信号存在的点。

二： 设备接大地  

       在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是

1）保护地，保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳（或构架）和接地装置之间作良好的电气连接。 为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器外壳，另一端与大地作可靠连接。

2）防静电接地，泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定。

3）屏蔽地，避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。

    此外还有防雷接地和音响中的音频专用地等等。

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