半岛真人电子元件说说电力或电子设备中的各种“地”

2023-04-25 07:20:24

　　对于线路工程师来说，接地的含义通常是‘线路电压的参考点’；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。

　　接地就是指在系统与某个电位基准之间建立低电阻通路，相同接地点之间的连线被称为地线。它与大地是不同的。有时候需要将它与大地连接，有时候也不需要，视具体情况而定。

　　引入接地技术，最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当出现诸如电线绝缘不良，线路老化等某种原因引起相线和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。

　　随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。

　　在电子电路中，会常常看到VCC、VDD和VSS三种不同的符号，它们都是什么含义呢？

　　VCC：C=Collector 表示集电极的意思；一般针对双极器件，如74系列数字电路，表示电源电压

　　VDD：D=Drain 表示漏极的意思；一般针对单极器件，如4000系列数字电路，表示电源电压；场效应管表示漏极电压。

　　VSS：S=Source 表示源极的意思，一般针对单极器件；场效应管表示漏极电压表示源极电压。

　　1、对于数字电路来说，VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压,在普通的电子电路中，一般VCCVDD，VSS是接地点。

　　2、有些IC既有VDD引脚又有VCC引脚，说明这种器件自身带有电压转换功能。

　　3、在场效应管（或COMS器件）中，VDD为漏极引脚，VSS为源极引脚，VDD和VSS指的是元件引脚，而不表示供电电压。

　　GND(Ground)：就是公共端的意思，电路电压的基准点。也可以说是地，但这个地并不是真正意义上的地。是出于应用而假设的一个地，对于各个电路部分的公共电源来说，它就是这个公共电源的负极。

　　一种是接“大地”。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，有保护设备和人员安全的作用，如保护接地、防雷接地等，通常称之为“安全地”。

　　另一种是“系统基准地”。在弱电系统中的接地不一定是指真实意义上与地球相连的接地，有提高系统稳定性、屏蔽保护性以增强系统电磁兼容性的作用，在必要时也可做接“大地”处理半岛真人，通常称之为“信号地”。

　　如果一个电路，既有模拟电路部分，又有数字电路部分，这时为了避免两部分之间的干扰，就有可能要区分模拟地和数字地。

　　由于数字信号一般为矩形波，它包含大量的高次谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形。当模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工作。模拟电路涉及弱小信号，但是数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地。

　　存在问题的根本原因：无法保证电路板上铜箔的电阻为零，在接入点将数字地和模拟地分开，就是为了将数字地和模拟地的共地电阻降到最小。

　　AGND：模拟地 ，模拟地是模拟电路部分的公共基准端，模拟信号的电压基准端（零电位点）。

　　DGND：数字地 数字地是数字电路部分的公共基准端，即数字电压信号的基准端

　　对于低频模拟电路，除了加粗和缩短地线之外，电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择，主要可以防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。

　　而对于高频电路和数字电路，由于这时地线的电感效应影响会更大，一点接地会导致实际地线加长而带来不利影响，这时应采取分开接地和一点接地相结合的方式。

　　另外对于高频电路还要考虑如何抑制高频辐射噪声，方法是：尽量加粗地线，以降低噪声对地阻抗；满接地，即除传输信号的印制线以外，其他部分全作为地线。不要有无用的大面积铜箔。

　　地线应构成环路，以防止产生高频辐射噪声，但环路所包围面积不可过大，以免仪器处于强磁场中时，产生感应电流。但如果只是低频电路，则应避免地线环路。数字电源和模拟电源最好隔离，地线分开布置，如果有A/D，则只在此处单点共地。低频中没有多大影响，但建议模拟和数字一点接地。

　　不同种类地之间用0欧电阻相连；电源引入高频器件时用磁珠；高频信号线耦合用小电容；电感用在大功率低频上。

　　c.对所有频率的噪声都有衰减作用(0欧也有阻抗，而且电流路径狭窄，可以限制噪声电流通过)。

　　采用在高频段具有良好阻抗特性的铁氧体材料烧结面成，专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。

　　标称值：因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆 .一般以100MHz为标准，比如2012B601，就是指在100MHz的时候磁珠的阻抗为600欧姆。

　　磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。他比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。 磁珠对高频信号才有较大阻碍作用，一般规格有100欧/100mMHZ ，它在低频时电阻比电感小得多。铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显着。

　　有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加组件阻抗（穿过磁珠次数的平方），不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多，而用多串联几个磁珠的办法会好些。铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠，还要注意其散热措施。

　　铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可广泛应用于其它电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。

　　在电路中只要导线穿过它即可。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多，制造商应提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。

　　有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈,少于一匝（导线直通磁环）的线圈习惯称之为磁珠;电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策；磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰.两者都可用于处理EMC、EMI问题;电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上.在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。

　　作为电源滤波，可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上，磁珠和电感是原理相同的，只是频率特性不同罢了;磁珠由氧磁体组成，电感由磁心和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去。

　　电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策；磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。

　　磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过错50MHZ。

　　电容隔直通交，造成浮地。电容不通直流，会导致压差和静电积累，摸机壳会麻手。如果把电容和磁珠并联，就是画蛇添足，因为磁珠通直，电容将失效。串联的话就显得不伦不类。

　　电感体积大，杂散参数多，特性不稳定，离散分布参数不好控制，体积大。电感也是陷波，LC谐振(分布电容)，对噪点有特效。

　　磁珠的等效电路相当于带阻陷波器，只对某个频点的噪声有抑制作用，如果不能预知噪点，如何选择型号，况且，噪点频率也不一定固定，故磁珠不是一个好的选择。

　　0欧电阻相当于很窄的电流通路半岛真人，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗)，这点比磁珠强。

　　总之，关键是模拟地和数字地要一点接地。建议，不同种类地之间用0欧电阻相连；电源引入高频器件时用磁珠；高频信号线耦合用小电容；电感用在大功率低频上。

　　为了让那些不受控制的电荷能快速流入大地，接地桩在土里要和土壤的接触良好，能非常好的把电荷散到土壤里去，接地桩本身是金属对电流的阻碍可不计，主要是接地桩周围土壤对电荷有阻碍作用，这种阻碍就是接地电阻。

　　我们知道，地线是电子元器件工作电流返回电源负极的通路，理论上地线电阻为零，不存在地线压降。但是，实际的地线是有阻抗的，特别是在高频情况下或者电线较长时，电流流过地线时，会产生电压，这属于噪声电压，对电子设备的工作造成干扰。噪声电压是影响系统稳定的干扰源之一，不许采取措施，予以抑制或消除。要降低地线噪声的前提就是降低地线的阻抗。

　　随着大规模集成电路和高频电路的广泛应用，低阻抗的地线设计在电路中显得尤为重要。具体方法主要包括。

　　把电路中所有回路都接到一个单一的电子元件，相同的参考电位点上。单点接地可以分为“串联接地”和“并联接地”两种方式。在实际应用时，可以采用串联和并联混合的单点接地方式。

　　当电路工作频率较高时，高频信号在沿着地线传播时，所到之处影响周边电路会非常严重，因此所有电路就要就近接到地上，地线要求最短，多点接地就产生了。

　　多点接地的目就是为了降低地线的阻抗，在高频电路中，要降低阻抗，一是减小地线电阻，二是减小地线感抗。

　　如何才算是高频电路？参考杨继深教授的书籍《电磁兼容EMC技术》有提到“通常1MHZ以下算低频电路，可以采用单点接地，10MHZ以上算高频电路，可以采用多点接地的方式”，1MHZ和10MHZ时，如果最长地线，可以单点接地，否则多点接地。

　　在进行一个电气线路设计的时候，要正确处理各种不同信号的接地。在控制系统中，一般有有以下几种地线）直流地：系统直流供电电源的地。（2）交流地：系统交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的根源。

　　（5）数字地DGND：也叫逻辑地，是各种数字量（开关量）信号的公共端，零电位。

　　（1）控制系统宜采用一点接地。一般情况下，高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下，可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。（2）交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。

　　（3）浮地与接地。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。

　　（4）模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

　　（5）模拟地和数字地要分开。模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。

　　一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的线）屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。

　　电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地；电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。

　　当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。

　　总之，对于电气系统的接地，要按接地的要求和目的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起，而是要分成若干独立的接地子系统，每个子系统都有其共同的接地点或接地干线，最后才连接在一起，实行总接地。

　　2.地电位：人工设置的与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地体（接地极、接地桩）。当流入地中的电流通过接地体向大地作半球形散开时，由于这个半球形的球面在离接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在离接地极越近的地方电阻越大，越远的地方电阻越小。

　　3.接地装置：由接地体和接地线组成。直接与土壤接触的金属导体称为接地体。电气设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。

　　1）自然接地体：埋在地下的自来水管及其他金属管道（液体燃料和易燃、易爆气体的管道除外）、金属井管、建筑物和构筑物与大地接触的或水下的金属结构；以及建筑物的钢筋混凝土基础等。

　　2）人工接地体，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板，可用垂直埋置的角钢、圆钢或钢管，以及水平埋置的圆钢、扁钢等。

　　半岛真人

　　重复接地就是在中性点直接接地的系统中，在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。

　　在低压三相四线制中性点直接接地线路中，施工单位在安装时,应将配电线路的零干线和分支线的终端接地，零干线千米做一次接地。

　　对于距接地点超过50米的配电线路，接入用户处的零线仍应重复接地，重复接地电阻应不大于10欧。

　　电气设备在正常情况下不带电的金属外壳及金属支架与大地作电气连接，称为保护接地。保护接地主要应用在中性点不接地的供电系统中。

　　倘若不采用保护接地措施，那么人体触及带电外壳时，由于输电线和大地之间存在分布电容而构成回路，使人体有电流通过而发生触电事故。

　　如果电气设备采用了保护接地措施，那么人体触及带电外壳时，人体与保护接地装置的电阻并联。由于接地电阻小于人体电阻，此时可以认为通过人体的电流很小，电流几乎不通过人体，避免了触电事故。

　　根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)中14.2.1条规定的定义：保护接零系统(TN系统)为“电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线(PE线)与接地点连接”。可见，TN系统中工作零线(N)与保护接零线(PE线)是由共同地点引出的导线。

　　而保护接地系统(TT系统)是“电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线(PE线)接至与电力系统接地点无直接关联的接地极”。

　　由以上定义可见，保护接零系统(TN系统)与保护接地系统(TT系统)的根本区别在于工作零线(N线)与保护线(PE线)是否为同一地极引出。而当施工现场用电与外部共用一低压电网，即电力系统接地极不在施工现场时，就很难采用TN系统，只有采用TT系统了。

　　PE线，英文protecting earthing，中文名称[保护导体]，也就是我们通常所说的[地线]，我国规定PE线为绿-黄双色线 。PE线是专门用于将电气装置外露导电部分接地的导体，至于是直接连接至与电源点工作接地无关的接地极上（TT）还是通过电源中性点接地（TN）并不重要，二者都叫PE线。

　　PEN线是将原中性线准确的良好的接地，同时将需要保护的设备的外壳等连接于PEN线，所以，PEN线同时具有上述所说的PE线的接地性质，也具有N线的带动负载的性质 。不过PEN通常是为了节省材料以及在特殊地方应用的，按照电力线路部署的有关标准，应当最大可能的使用PE+N线系统，即部署完全独立的PE保护线，而不是PEN这种将N线和PE线捆绑于一起的。PEN系统一旦遇到接地问题，N线有时候由于负载不均衡，是会带电的，就很容易造成人身伤害了。所以切记，如果可能应当尽最大能力部署独立的PE保护线，即使不部署PE保护也最好不要使用PEN，除非特定领域需要，他甚至比不部署保护线还要危险。

　　接地网示意图地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地，在石化和其它防爆系统中还有本安接地。

　　本质上，接地，避雷是同一种实现安全防范的措施。只是防的对象不同，实现的方法是一样的。所以，一般的工程中都是把接地和避雷做在一起的，共用的。这样节省很多人力物力。

　　是消除电磁场对人体危害的有效措施，也是防止电磁干扰的有效措施。高频技术在电热、医疗、无线电广播、通信、电视台和导航、雷达等方面得到了广泛应用。人体在电磁场作用下，吸收的辐射能量将发生生物学作用，对人体造成伤害，如手指轻微颤抖、皮肤划痕、视力减退等。对产生磁场的设备外壳设屏蔽装置，并将屏蔽体接地，不仅可以降低屏蔽体以外的电磁场强度，达到减轻或消除电磁场对人体危害的目的，也可以保护屏蔽接地体内的设备免受外界电磁场的干扰影响。

　　文中部分内容或素材来自网上，无法一一注明，如有侵犯您的权益，请联系作者删除。