第3讲接地与搭接技术6

第3讲接地与搭接技术《电磁兼容基础》Agenda接地的含义和分类安全接地信号接地地线回路的干扰及抑制信号接地方式

电缆屏蔽体的接地搭接1接地的含义和分类大地系统基准地

接地的概念：一般指为了使电路、设备或系统与“地”之间建立通路，而将电路、设备或系统连接到一个作为参考电位点或参考电位面的良导体的技术行为。

接大地的目的：①提高电子设备电路系统工作的稳定性②使系统的屏蔽接地，取得良好的电磁屏蔽效果③泄放因静电感应在机壳上积累的电荷④防雷1接地的含义和分类1接地的含义和分类接地大地系统基准地接地平面1接地的含义和分类接地安全接地信号接地接地的作用设备安全接地接零保护接地防雷接地单点接地多点接地混合接地悬浮接地2安全接地机壳电位：杂散阻抗机壳电

压（V）1.51231621252203801000电

阻（KΩ）>10016.5116.243.52.21.470.64电

流（mA）忽略0.82.810351002681560

人体电阻随电压变化情况2安全接地电流对人体的作用电流（mA）对人体的作用<0.7无感觉1有轻微感觉1~3有刺激感，一般电疗仪器取此电流3~10感到痛苦，但可自行摆脱10~30引起肌肉痉挛，短时间无危险，长时间有危险30~50强烈痉挛，时间超过60秒既有生命危险50~250产生心脏室性纤颤，丧失知觉，严重危害生命>250短时间内（1秒钟以上）造成心脏骤停，体内造成电灼伤2安全接地3信号接地

信号地信号地通常称为地线，地线就是电路中的电位参考点，它为系统中的所有电路提供一个电位基准准线或基准面。传统定义信号电流流回信号源的低阻抗路径。新定义3信号接地导线的阻抗V=IR地线电压地线是等电位的假设不成立电流走最小阻抗路径我们并不知道地电流的确切路径地电流失去控制Z=RAC+jLL1H/m=1/(frr)1/2

RAC=0.076rf1/2RDCr电流深度0.37II趋肤效应导线的阻抗3信号接地高频时，导线的直径作用减小频率

Hz

d=0.65cm

10cm1m

d=0.27cm

10cm1m

d=0.06cm

10cm1m

d=0.04cm

10cm1m

10Hz

51.4m

517m

327m

3.28m

5.29m

52.9m

13.3m

133m

1k

429m

7.14m

632m

8.91m

5.34m

53.9m

14m

144m

100k

42.6m

712m

54m

828m

71.6m

1.0

90.3m

1.07

1M

426m

7.12

540m

8.28

714m

10

783m

10.6

5M

2.13

35.5

2.7

41.3

3.57

50

3.86

53

10M

4.26

71.2

5.4

82.8

7.14

100

7.7

106

50M

21.3

356

27

414

35.7

500

38.5

530

100M

42.6

54

71.4

77

150M

63.9

81

107

115

随频率增加，导线电阻增大

半径变小，电阻增大3信号接地IGVGVN地环路I1I2

干扰源电压

地线问题1－地环路4地线回路的干扰及抑制1.接地点电位不同高低

地环路干扰形成的原因4地线回路的干扰及抑制2.处在强交变电磁场中－感应电压VCPVGVSVNRLC2C1VG12屏蔽

方向相同的共模电流在变压器初级绕组中互相抵消，变压器起到了隔离作用。为了防止地回路电压通过电绕组之间的分布电容耦合加至负载，造成干扰，电屏蔽层应接至负载的接地端。隔离变压器不能传输直流和频率很低的信号，体积大，成本高

干扰抑制－隔离变压器4地线回路的干扰及抑制

流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时磁环中的磁通相互抵消，几乎没有电感量，所以差摸电流可以无衰减地通过。

（差摸电流）（共摸电流）

干扰抑制－共模扼流圈4地线回路的干扰及抑制R1LVN/VG=R2/LfVsR2RLVGIN1IN2ISVS+VNM由VG引起的干扰电压VN尽量减小R1和增大L（磁导率）

干扰抑制－共模扼流圈4地线回路的干扰及抑制R2=R1<<RL

干扰抑制－光隔离器4地线回路的干扰及抑制光耦器件RL发送接收VGVSCp

发光二极管中有差模信号电流通过时就输出与信号电流强度相对应的光通量，光敏晶体管根据光通量的大小转换成相应的电流。光电耦合器不能传输共模信号，可完全切断了两个电路之间的地环路。寄生电容为2pf量级，因此能够在很高的频率起到隔离作用。光纤连接需要较大的功率和器件，安装和维护复杂，光线形态和动态范围达不到模拟信号的要求，多应用于数字电路。

VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2IN1IN2ISVL

平衡电路：

Rs1=Rs2，RL1=RL2，VS1=Vs2

VL=IS（RL1+RL2

），地环路噪声Vg

在负载上没有造成影响，仅有信号电流IS（差分电流）流过负载。

高频平衡电路难以实现，通常抑制效果较差。

干扰抑制－平衡电路4地线回路的干扰及抑制差分放大器4地线回路的干扰及抑制当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就发生了公共阻抗耦合。

电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗5信号接地方式

地线问题2－公共阻抗耦合~

说明：放大器（或类似电路）的实质是用小信号来对直流电源调制，得到功率较大的信号。因此，共用直流电源的路径上的公共阻抗都会造成耦合干扰。改进1改进2Vg~放大器功率放大器~Vg降低公共阻抗的电压避开公共阻抗的电压5信号接地方式信号接地方式并联单点接地串联单点接地混合接地多点接地单点接地5信号接地方式优点：简单缺点：公共阻抗耦合123I1I2I3ABCR1R2R35信号接地方式串联单点接地123I1I2I3ABC

各电路的地电位只与本电路的地电流及地线阻抗有关,不受其他电路的影响。

优点：无公共阻抗耦合，适用于低频电路缺点：接地线过多，长度为(波长／4)的奇数倍，为辐射天线5信号接地方式并联单点接地RC1RC2RSRGRLVGVSRC1RC2RSRGRLZSGVSVG5信号接地方式单点接地对噪声的抑制模拟电路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5信号接地方式串联单点、并联单点混合接地噪声模拟数字5信号接地方式线路板上的地线5信号接地方式多点接地

优点：无公共阻抗耦合，地线短，适于高频情况

缺点：地环环路干扰R1R2R3L1L2L3电路1电路2电路35信号接地方式多点接地对低频（小于1MHz）和公共地面小的情况（小于波长的20分之一），用单点接地。对高频（大于10MHz）和公共地面大的情况（大于波长的20分之一），用多点接地。介于上述两种情况，用混合接地。接地选择原则5信号接地方式5信号接地方式浮地思考题：1.下图两个电路，哪种接地位置更合适？~Vs地电流Rs低频时，电容的阻抗较大，放电路为单点接地方式，高频时，电容阻抗较低，电路成为两点混合接地方式.~Vs安全接地Rs安全接地地环路电流低频时，为安全接地方式，高频时，（感性）地线断开，可切断地环路电流。5信号接地方式混合接地V~HE~磁场屏蔽0v~电场屏蔽~高频电磁波屏蔽6电缆屏蔽体的接地电缆接敏感电路的信号地，目的是将屏蔽层的电位保持在地电位。干扰频率较低干扰频率较高单点接地（否则出问题）（在哪里接地？）多点接地（间隔/20接地）6电缆屏蔽体的接地电场屏蔽的电缆接地~ISVOUTVINIS~LSRSMVOUTVIN=VIN+ISRS噪声

电缆多点接地带来的问题6电缆屏蔽体的接地~~~~~~屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽同轴线屏蔽同轴线屏蔽同轴线电缆屏蔽层接地位置6电缆屏蔽体的接地VN

＝(d/dt)=A(dB/dt)VN磁通回路面积A感应电压当面积一定时减小面积可以减小噪声低频磁场对电缆的干扰6电缆屏蔽体的接地VSVSVS只有两端接地的屏蔽层才能屏蔽磁场6电缆屏蔽体的接地抗磁场干扰的电缆接地方式～理想同轴线的信号电流与回流等效为在几何上重合，因此电缆上的回路面积为0，整个回路面积仅有两端的部分～6电缆屏蔽体的接地双绞线对磁场干扰的抑制1001M(A)0(D)131M100(E)281M1001M100(B)271M100每米18节(C)136电缆屏蔽体的接地抑制磁场干扰的实验