重要提示接地技术在现代电子领域得到了广泛而深入的应用。 1.两大类接地 电子设备的“地”通常有两种含义：“大地”(安全地，在电路中用符号 表示)和“系统基准地”(信号地，在电路中用符号 或 表示，一般是接机壳或底板)。 接地技术早期主要应用在电力系统中，后来接地技术延伸应用到弱电系统中。 “接大地”是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连。由于大地的电容非常大，一般认为大地的电势为 0 V。 系统基准地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路，在弱电系统中的接地一般不是指真实意义上与地面相连的接地。 2.接地 电子设备将接地线接在一个作为参考电位的导体上，当有电流通过该参考电位时，接地点是电路中的共用参考点，这一点的电位为0 V。 电路中，其他各点的电位高低都是以这一参考点为基准的，一般在电路图中所标出的各点电压数据都是相对接地端的大小，这样可以大大方便修理中的电压测量。 3.地线 相同接地点之间的连线称为地线。图5-1是电子电路图中的地线示意图。 图5-1 电子电路图中的地线示意图 4.接地目的 把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑：提高设备电路系统工作的稳定性，静电泄放，为工作人员提供安全保障。 重要提示接地的目的是出于安全考虑，即保护接地;为信号电压提供一个稳定的零电位参考点(信号地或系统地)，起屏蔽保护作用。 5.安全接地 安全接地即将高压设备的外壳与大地连接。图5-2所示是电冰箱保护性接地。 图5-2 示意图 这种接地出于以下方面的保护目的。 (1)防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全，例如，计算机机箱的接地，油罐车那根拖在地上的尾巴，都是为了使积聚在一起的电荷释放，防止出现事故。 (2)当由于设备的绝缘损坏而使机壳带电时，电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全，如电冰箱、电饭煲的外壳。 (3)可以屏蔽设备巨大的电场，起到保护作用，如民用变压器的防护栏。 6.防雷接地 当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，如果缺乏相应的保护，电力电子设备都将受到很大损害甚至报废。为防止雷击，一般在高处(如屋顶、烟囱顶部)设置避雷针与大地相连，如图5-3所示，以防雷击时危及设备和人员安全。 图5-3 示意图 重要提示安全接地与防雷接地都是为了给电子电力设备或者人员提供安全的防护措施，用来保护设备及人员的安全。 接地电阻是接地体的流散电阻与接地线的电阻之和。接地电流流入地下后，通过接地体向大地作半球形散开，这一接地电流就叫流散电流。流散电流在土壤中遇到的全部电阻叫流散电阻。流散电阻需用专门的接地电阻测量仪测量。 接地电阻的阻值要求是：安全接地小于4 Ω，防雷装置小于1 Ω。 7.工作接地 工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。这个基准电位一般设定为0 V。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。 (1)未与大地相连。当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位，但这种相对的零电位是不稳定的，它会随着外界电磁场的变化而变化，使系统的参数发生变化，从而导致电路系统工作不稳定。 (2)与大地相连。当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不合理的工作接地反而会增加电路的干扰，例如，接地点不正确引起的干扰，电子设备的共同端没有正确连接而产生的干扰。 重要提示为了有效控制电路在工作中产生的各种干扰，一般都要使之符合电磁兼容原则。设计电路时，根据电路的性质可以将工作接地分为不同的种类，如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。 8.信号地 信号地是各种物理量信号源零电位的公共基准地线。由于信号一般都较弱，易受干扰，不合理的接地会使电路产生干扰，因此对信号地的要求较高。 9.模拟地 模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。模拟电路中有小信号放大电路、多级放大电路、整流电路、稳压电路等，不适当的接地会引起干扰，影响电路的正常工作。 重要提示模拟电路中的接地对整个电路来说有很大的意义，它是整个电路正常工作的基础之一。所以模拟电路中，合理的接地对整个电路的作用不可忽视。 10.数字地 数字地是数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，会产生大量的电磁波干扰电路。 重要提示如果接地不合理，会使干扰加剧，所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。 11.电源地 电源地是电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的工作，又要保证其他单元稳定可靠的工作。电源地一般是电源的负极。 12.功率地 功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，如果接地的地线电阻较大，会产生显著的电压降而产生较大的干扰，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其他弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。 13.屏蔽接地 屏蔽与接地应当配合使用，才能有良好的屏蔽效果，主要是为了考虑电磁兼容，典型的两种屏蔽是静电屏蔽与交变电场屏蔽。 (1)交变电场屏蔽。为降低交变电场对敏感电路(比如多级放大电路、RAM和ROM电路)的耦合干扰电压，可以在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体，或将干扰源、敏感电路分别屏蔽，并将金属屏蔽体接地，如图5-4所示。 图5-4 示意图 重要提示只要金属屏蔽体良好接地，就能极大地减小交变电场对敏感电路的耦合干扰电压，这样电路就能正常工作了。 (2)静电屏蔽。当用完整的金属屏蔽体将带电导体包围起来时，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量异种的电荷，外侧出现与带电导体等量的同种电荷，因此外侧仍有电场存在。 如果将金属屏蔽体接地，如图5-5所示，外侧的电荷将流入大地，金属壳外侧将不会存在电场，相当于壳内带电体的电场被屏蔽起来了。 图5-5 示意图 14.电路的屏蔽罩接地 各种信号源和放大器等易受电磁辐射干扰的电路应设置屏蔽罩。 重要提示由于信号电路与屏蔽罩之间存在寄生电容，因此要将信号电路地线末端与屏蔽罩相连，以消除寄生电容的影响，并将屏蔽罩接地，以消除共模干扰。 15.电缆的屏蔽层接地 在一些通信设备中的弱电信号传输电缆中，为了保证信号传输过程中的安全和稳定，可以使用外面带屏蔽网的电缆。图5-6是同轴电缆示意图，它的作用是防止干扰其他设备并防止本身被干扰。 图5-6 同轴电缆示意图 例如，闭路电视使用的是同轴电缆和音频线，它们外面的金属网用来起屏蔽作用。 为了进一步提高同轴电缆的抗干扰效果，同轴电缆的接线要采用专门的接线头。图5-7是同轴电缆接线头实物示意图。 图5-7 同轴电缆接线头实物示意图 重要提示屏蔽电缆分类：普通屏蔽线，适用于频率低于30 kHz的电缆;屏蔽双绞线，适用于频率低于100 kHz的电缆;同轴电缆，适用于频率低于100 MHz的电缆。 16.电缆屏蔽层双端接地 图5-8是电缆的屏蔽层双端接地示意图，它在电缆的信号源和负载端同时将屏蔽层接地。
图5-8 电缆的屏蔽层双端接地示意图 重要提示如果周围环境的噪声干扰比较大，则应该采用这种双端接地方式。 17.电缆屏蔽层单端接地 图 5-9 是电缆的屏蔽层单端接地示意图，它只在电缆的信号源端将屏蔽层接地。
图5-9 电缆的屏蔽层单端接地示意图 重要提示如果信号传输距离大于几百米，周围环境的噪声干扰比较小，为了抑制低频共模干扰(电源纹波干扰)，也可以采用这种单端接地方式，不将电缆负载端接地。 18.低频电路电缆的屏蔽层接地 频率低于1 MHz 的电缆屏蔽层应采用单端接地的方式，屏蔽层接地点应当与电路的接地点一致，一般是电源的负极。图5-10是几种低频电缆单端接地方式示意图。
图5-10 几种低频电缆单端接地方式示意图 图5-11是屏蔽双绞线实物示意图。双绞线是两根线缠绕在一起制成的，双绞线的绞扭若均匀，所形成的小回路面积相等而法线方向相反，这时其磁场干扰可以相互抵消。屏蔽双绞线则是在双绞线基础上再加屏蔽层制成的。
图5-11 屏蔽双绞线实物示意图 19.屏蔽线屏蔽层接地方法 同轴电缆有专用的接线头，普通屏蔽线可以采用针型插头连接(又称莲花插头、RCA插头)，如图5-12所示，这样可以提高屏蔽效果，这种连接头可以进行音频和视频连接。 在实现屏蔽层与电路板直接焊接时，接地时应尽量避免所谓的“猪尾巴”效应。如图5-13所示，屏蔽电缆的一端在与电路板连接时屏蔽层的编织网被集中在一侧，扭成“猪尾巴”状的辫子，而芯线有相当长的一段露出屏蔽层，这种做法在很大程度上会降低屏蔽效果。芯线不能曝露在外界电磁场中。
图5-12 示意图
图5-13 示意图 20.多层屏蔽电缆屏蔽层接地 对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，但各屏蔽层之间应相互绝缘。 21.高频电路电缆的屏蔽层接地 高频电路电缆的屏蔽层接地应采用多点接地的方式。高频电路的信号在传递中会产生严重的电磁辐射，数字信号在传输过程中会严重衰减，缺少良好的屏蔽会使数字信号产生错误。 重要提示接地一般采用的原则是：当电缆长度大于工作信号波长的0.15倍时，采用工作信号波长0.15倍的间隔多点接地，如果不能实现，则至少将屏蔽层两端接地。 22.电缆差模和共模电流回路 图5-14是电缆产生的差模辐射和共模电流回路产生的共模辐射示意图。
图5-14 示意图 重要提示差模电流回路就是电缆中的信号电流回路，而共模电流回路是电缆与大地形成的。 23.屏蔽电缆各种接地方式抗干扰效果 屏蔽电缆单端接地方式能够很好地抑制磁场干扰，同时也能很好地抑制磁场耦合干扰。 对于屏蔽电缆双端接地方式，它抑制磁场干扰的能力比单端接地方式电路要差。 对于屏蔽电缆屏蔽层不接地方式，屏蔽电缆的屏蔽层悬空，只有屏蔽电场耦合干扰的能力，无抑制磁场耦合干扰的能力。 24.系统的屏蔽体接地 当整个系统需要抵抗外界电磁干扰，或需要防止系统对外界产生电磁干扰时，应将整个系统屏蔽起来，并将屏蔽体接到系统地上。例如计算机的机箱、敏感电子仪器、某些仪表。 25.电源变压器屏蔽层 图5-15是电源变压器屏蔽层示意图，通常屏蔽层只有一层，设置在一次绕组和二次绕组之间。
图5-15 电源变压器屏蔽层示意图 重要提示共模干扰是一种相对大地的干扰，所以它主要通过变压器绕组间的耦合电容来传输。在一次绕组和二次绕组之间插入屏蔽层，并使之良好接地，便能使干扰电压通过屏蔽层旁路掉，从而减小输出端的干扰电压。屏蔽层对变压器的能量传输并无不良影响，但是影响了绕组间的耦合电容，即减小了分布电容，达到抑制共模干扰的目的。 图5-16所示是电源变压器屏蔽层的几种接地电路。
图5-16 示意图 26.电源线共模扼流圈 图5-17是直流电源线实物示意图，铁氧体磁环套在两根导线上，也可起到共模扼流的作用。
图5-17 直流电源线实物示意图 重要提示利用光电耦合器只能传输差模信号，不能传输共模信号，完全切断了两个电路之间的地环路，可传输直流和低频信号，但是抑制了共模干扰。 27.设备金属外壳接地 电子设备中，往往含有多种电路，如低电平的信号电路(如高频电路、数字电路、小信号模拟电路等)、高电平的功率电路(如供电电路、继电器电路等)。为了安装电路板和其他元器件，并抵抗外界电磁干扰，需要设备具有一定机械强度和屏蔽效能的外壳。 这些较复杂的设备接地时一般要遵循以下原则。 50 Hz电源零线应接到安全接地螺栓处，对于独立的设备，安全接地螺栓设在设备金属外壳上，并有良好的电气连接;为防止机壳带电危及人身安全，绝对不允许用电源零线作地线代替机壳地线。 为防止高电压、大电流和强功率电路(如供电电路、继电器电路)对低电平电路(如高频电路、数字电路、模拟电路等)的干扰，一定要将它们分开接地，并保证接地点之间的距离。信号地分为数字地和模拟地，数字地与模拟地要分开接地，最好采用单独电源供电并分别接地，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。 信号地线可另设一个和设备外壳相绝缘的信号地接地螺栓，该信号地接地螺栓与安全接地螺栓的连接有3种方法，其选用取决于接地的效果，具体如下。 (1)不连接而成为浮地式，浮地的效果不好，一般不采用。 (2)直接连接成为单点接地式，注意是在低频电路中采用单点接地。 (3)通过1 ～3 μF 电容器连接，这是直流浮地、交流接地方式。 其他的接地最后全部汇聚在安全接地螺栓上，该点应位于交流电源的进线处。 28.单点接地 工作接地根据工作频率等实际情况，可以采用几种接地方式。 工作频率低(低于1 MHz)的系统一般采用单点接地方式，如图5-18所示，就是把整个电路系统中的一个结构点看成一个接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，最好设置一个安全接地螺栓，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。
图5-18 示意图 多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种，由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地方式。 重要提示为防止电路自身的工频和其他杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和安全地线相绝缘，且只在功率地、安全地和接地线的安全接地螺栓上相连，这里不包括浮地连接方式。 29.多点接地 多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短，如图5-19所示。
图5-19 示意图 在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。因为接地引线的感抗与频率、长度成正比，工作频率高将增加共地阻抗，从而将增加共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。 重要提示采用多点接地时，尽量找最低阻值接地面接地，一般用在工作频率高于 30 MHz 的电路中。这种电路一般是工作频率高的弱电电路，如果接地点安排不当，会产生严重的干扰，如要分开接，以避免数字电路与模拟电路的共模干扰。 30.混合接地 工作频率介于1 ～30 MHz 的电路采用混合接地方式。当地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地方式，大于这个值的采用多点接地方式。有时可视实际情况灵活处理。 31.浮地 浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。其优点是该电路不受大地电性能的影响;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并增加了对模拟电路的感应干扰。 该电路的地与大地无导体连接，易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击。 32.正或负极性电源接地符号 图5-20是正极性和负极性电源电路的接地示意图。正电源供电时出现了接地符号，电池E负极用接地符号表示，正极用+V表示，显然电路图比较简捷，方便识图。
图5-20 正极性和负极性电源电路的接地示意图 重要提示负电源供电时，−V端是电池的负极，接地点是电池的正极。 33.正、负极性电源同时供电时的接地符号 图5-21所示是正、负极性电源同时供电时的接地符号。
图5-21 示意图 图5-21(a)中没有接地的电路符号，电路中的E1和E2是直流电源，a点是两电源的连接点，将a点接地就是标准形式的电路图，+V表示正电源(E1的正极端)，−V表示负电源(E2的负极端)。电路中的接地点对E1而言是与负极相连，对E2而言是与正极相连。 34.电路中接地处处相通 图5-22是电子电路中接地符号示意图。接地点电压为 0 V，电路中其他各点的电压高低都是以这一参考点为基准，电路图中标出的各点电压数据是相对地端的大小。
图5-22 电子电路中接地符号示意图 重要提示少量电路图中会出现两种不同的接地符号，图5-23所示是两种不同的接地电路符号。这时一定要注意，这表示电路中存在两个彼此独立的直流电源供电系统，两个接地点之间高度绝缘，切不可用导线将接地点之间接通。
图5-23 示意图  电路板3D封装库 |
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