地线干扰及抑制

六、地线干扰及抑制

1．地线及分类

电子线路工作时需要直流电源供电。直流电源的某一极往往作为测量电路各点电压的参考点，这一参考点的电位确定为零，称为电路的“地”。与这一点相连的导线即为电路的地线。地线分如下几种:

(1)电源地线:连接电源与地的导线;

(2)安全地线:连接设备机壳与地的导线;

(3)屏蔽地线:连接屏蔽体与地的导线;

(4)噪声地线:连接高电平电路与地的导线，如继电器、驱动电路、高电平电路的地线;

(5)信号地线:连接低电平电路与地的导线。

可见流入地线的电流有直流、交流、低电平、高电平。如接地不合理，各电路之间就会形成干扰。接地的目的在于消除这些干扰。

2．地线中存在的干扰

地线中存在的干扰有两种，一种是地阻抗干扰，另一种是地环路干扰。

(1)地阻抗干扰。见图2－58，电源E给A、B、C三个电路单元供电。为简化问题，设电源内阻为零，电压为E。三个电路单元共用一根地线。地线的各段都有阻抗。阻抗来自地线的电阻和交流感抗，而且主要是交流感抗的影响。若oa段的阻抗为Z_oa，则oa段产生的压降为:

图2－58　地阻抗干扰

则输入电路单元A的电压为:

由式(2－51)可知，电路单元A已受到地阻抗的干扰，且各电路之间的电流互相干扰。其他电路单元的情况类似。

(2)地环路干扰。见图2－59，电路的电源正极线与地构成了一个闭合的环路。当交变的磁场穿过这一闭合环路时，就会感应出干扰电压e_g，e_g= dφ/d t，则加到电路单元2的电压不是e_s，而是e_s－e_g，这一闭合环路包含地线，因此称为地环路干扰。

图2－59　地环路干扰图

图2－60　用扁平状导体以减小地阻抗

3．减小地线中干扰的方法

(1)增大地线的截面积，以减小地阻抗。在高频时，由于集肤效应，地线中的高频电流是沿地线表面层流过的，因此主要要减小表面层的阻抗。为此，不但要求导线的截面积大，而且还要求表面积大，即截面周长要长。在相同截面积的情况下，圆截面周长最短，所以一般不用圆形截面，而是用矩形截面，而且矩形的两边相差越大，周长越长，所以一般用扁平状导体作地线，以减小地阻抗，见图2－60。

(2)电源馈线和地线靠近，减小环路面积。当馈线和地线靠近时，环路面积减小，则感应电压e_g减小，从而减小了地环路干扰。当馈线与地线互相靠近时，两导线之间的分布电容C增大，电感L减小，即减小。而称为馈线的特征阻抗。所以用两导线靠近来减小环路干扰即是用低阻抗馈线来减小地环路干扰。但靠近的电源正极馈线和地线应很好地绝缘。

(3)合理选择接地方式

1)一点接地。当电子设备的工作频率较低(低于1MHz)时，为了减小地阻抗的干扰，可采用一点接地的方法。如图2－61(a)所示。每个电路单元都有自己的单独地线，因此不会干扰其他电路单元。

2)就近多点接地。当电子设备的频率较高(在10MHz以上)时，就不能使用一点接地的方法。因为频率高时，导线和地的分布电容加大，一点接地并不能保证把电流引到希望的地方流入地，它可以直接从分布电容上流入地;同时，一点接地导线太长，既加大了辐射干扰也加大了地阻抗干扰。因此在高频时采用就近接地的方法。可用宽的铜皮镀银，把它安装在机架的四周，作为接地母线，接地母线的一端接到直流电源的地上，高频电路的地线就近接到接地母线上，见图2－61(b)。

图2－61　合理接地