电子组装工艺与设备大二下学期第三节接地技术.ppt
第三节 接地技术,接地的目的,接地技术是电磁兼容设计中的一项重要技术。它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制电磁干扰，保障设备电磁兼容性的的重要技术措施。“地”的含义：1）是指“大地”（安全地）陆地使用的电子设备通常以地球的电位作为基准，并以大地作为零电位；2）是指电路或系统中的“电位基准点”（信号地）设该点电位为设备的相对零电位，即设备内部的“地”电位，但它不一定与大地电位相同。,接地的含义：1）为电路或系统提供一个零电位基准点或面。2）在系统与某个电位基准面之间建立低阻抗的导电通路。接地的目的：1）使整个系统有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰电压提供低阻抗通路 2）使系统的屏蔽接地取得良好的电磁屏蔽效果，抑制电磁干扰。3）防止雷击危及设备和人体，防止电荷积累引起火花放电，防止高电压与外壳相接引起危险。,接地的分类,安全接地,定义：是指采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作人员不致因设备外壳漏电或静电放电而发生触电危险。也包括建筑物、输电线导线、高压电力设备的接地，其目的是为了防止雷电放电造成设施破坏和人身伤亡。,设备安全接地 将高压电气设备、电子产品的机壳、底座与大地连接，其目的：1）防止机壳上积累电荷，产生放电而危及人身安全。2）当设备的绝缘损坏而机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以保护人员安全。,如左图：若不接地，即Z2Z1，则U2U1。如果U1足够大，人触及机壳时就会有危险。若接地，即Z20，则大部分电流会经接地端流入地。,如右图：若不接地，人员触及机壳，电流将直接经人体进入地端。若接地，会因接地而使电路中有大量电流流动而烧掉保险丝，使机壳不再带电，而不会有电击的危险。,流经人体安全电流值：交流电流为1520mA，直流电流为50mA。当电流高达100mA时，就可能导致死亡发生。我国规定的人体安全电压为36V和12V。一般家用电器的安全电压为36V，以保证触电对流经人体的电流值小于40mA。为了保证人体安全，应该将机壳接地。这样，当人体触及带电机壳时，人体电阻与接地导线的阻抗并联，人体电阻远大于接地导线的阻抗，大部分漏电电流经接地导线旁路流如入大地。通常规定接地电阻值为510，所以流经人体的电流值将减小为原先的1/2001/100。,接零保护接地 用电设备采用220V（单相）或380V（三相）电源提供电力，设备的金属外壳除了正常接地之外，还应与电网零线相连接，称之为接零保护。,当设备外壳接地后，发生人体与机壳接触时，人体与接地电阻并联，因接地电阻远小于人体电阻，使漏电电流大部分从接地线中流过。但是，接地电阻与电网中性点接地的接触电阻相比，在数量上相当，故接地线上的电压降几乎为相电压220V的一半。它超过了人体能够承受的安全电压，使人体流过的电流超过安全限度，导致触电危险。所以即使外壳良好接地也不一定能够保证安全。为此，应该把金属设备外壳接到供电电网的零线（中线）上，才能保证安全用电。,信号接地,定义：是指为设备或系统内部各种电路设置基准电位点，并给信号电流提供流回信号源的低阻抗路径。信号接地的主要目的是为了抑制电磁干扰，因此必须以电磁兼容性为目标选择接地方式。,接地方式：1）单点接地 是为许多接在一起的电路提供共同参考点的方法。即只有一个接地点，所有单元电路的接地线都连到一个点上，该点作为基准电位点。,并联单点接地：优点：各设备或支路的地电位仅与各自地电流和 地线电阻有关，不受其他电路影响。适合电路频率较低、连接导线较短的情况。缺点：不适用于高频电路；当并列设备或支路较 多时，需要多根连接地线，结构笨重。,串联单点接地：优点：结构简单，各电路的接地线较短。缺点：因共用一条地线，故易引起公共地线干扰，噪声通过公共地线互相耦合。,2）多点接地系统 是指设备中各单元电路直接连接到接地平面上，有多个接地点。优点：结构简单，接地线短，地线阻抗小，适用 于高频电路。缺点：设备内部地线回路对低电平电路造成不良 影响，不适用于低频电路。,3）混合接地系统 有些设备中既有高频部分又有低频部分，此时应采用单点接地和多点接地结合使用的混合接地系统。即低频电路采用单点接地，高频电路采用多点接地。,3）悬浮接地系统 悬浮接地就是将电路或设备的信号接地系统与安全接地系统、结构地或其他导电物体相隔离。采用悬浮接地，可以避免地中存在的干扰电流耦合到信号线路。但在一些大系统中很难做到理想悬浮，悬浮地容易引起静电积累和静电放电。,地线中的干扰和抑制,地线阻抗干扰 在电路工作时，各频率的电流都可能流经地线某段而产生电压降，这些交流电压降加在电路中，就形成了电路单元的互相干扰，该干扰称为地线阻抗干扰。,地线阻抗干扰的抑制 1）增大导线的截面积和截面周长，以减小电阻。由于高频电流的集肤效应，导线中的高频电流总是沿表面流过的，所以要减小导线的电阻，不仅其截面积要大而且截面周长也要长。,2）为了减小地线和馈线的阻抗，可将地线与馈线尽可能靠近敷设。故地线与馈线靠近敷设可使回路电感变小，而线间分布电容增大，由于馈线和地线的特性阻抗，减小L增大C，可使Z变小，即可减小地线和馈线的阻抗。,地线环路的干扰 电源馈线接入电路后，电路接地，电源馈线和地线就构成一个环路。当交变磁场穿过这些环路网孔时，在环路中就产生感生电势eg。由于环路存在，交变磁场在环路中感生电势eg会经过电源线（或信号线）对各电路单元造成干扰。这种干扰称为地线环路干扰。,地线环路干扰的抑制 1）隔离变压器 如图，电路1的输出信号经变压器耦合到电路2，而干扰电压的回路被变压器所阻隔，这样就削弱了地环路干扰。但由于变压器初、次级绕组之间存在分布电容C，因此所产生的eg仍会对电路形成干扰，故可在绕组间加屏蔽层，有效地减小分布电容C，以阻隔地环路干扰。,2）纵向扼流圈 纵向扼流圈由两个绕向与匝数都相同的绕组构成。信号电流在两个绕组流过时方向相反，称为异模电流，产生的磁场相互抵消，呈现低阻抗，所以扼流圈对信号并未起扼流作用。当地线中的干扰电流流经两个绕组时方向相同，称为共模电流，产生的磁场同向相加，扼流圈对干扰电流呈现高阻抗，因而起到了阻隔地环流抑制地环路干扰的作用。,扼流圈有一个截止频率，它的大小取决于绕组的电阻和电感，=R/L，即R越小，L越大，截止频率就越小，扼流圈的抑制干扰作用就越强。故扼流圈对地线中较高频率的干扰有较强的抑制能力。,3）同轴线 在电路单元间采用同轴线传输信号，也可以阻隔地环路干扰。由于高频时的集肤效应，使信号电流沿内导体的外表面和外导体的内表面流过，而干扰地电流沿地线表面和外导体的外表面流过。因此，同轴线内信号的电磁场不会向外泄漏，而干扰地电流也不会串入同轴线内。同轴线既可防止信号电流于扰其他电路，也抑制了地环路的干扰。,4）光耦合器 光耦合器主要由发光二极管和光电晶体管两部分构成。如图，发光二极管发光的强弱随电路输出信号电流的变化而变化。强弱变化的光使光电晶体管产生相应变化的电流，作为电路2的输入信号。光耦合完全切断了两个电路单元间的地环流，所以能很好地抑制地线干扰。,工作接地设计要点,设备地线不能布置成封闭的环状，一定要留有开口。采用光电耦合器、隔离变压器、纵向扼流圈等隔离措施，切断设备或电路间的地环路，抑制地环路干扰。设备内的各种电路如模拟电路、数字电路、功率电路和噪声电路等，都应设置各自独立的地线，最后汇总到一个总的接地点。低频电路（f1MHz）一般采用单点接地方式，较长的地线应尽量减小其阻抗。,高频电路（flMHz）一般采用多点接地方式。悬浮接地方式仅适用小规模设备（电路对机壳的分布电容较小）和工作速度较低的电路（频率较低）。在机柜内同时装有多个电气设备（或电路单元）的情况下，工作地线、保护地线和屏蔽地线一般都接至机柜的中心接地点（接地排），然后接大地。,作业：,请对电场屏蔽进行分析，说明为什么电场屏蔽的屏蔽体必须良好接地。简述低频磁场屏蔽与高频磁场屏蔽的区别。简述孔缝屏蔽的主要方法。简述四种接地方式的类型和各自特点。试分析地线中存在干扰的类型及抑制方法。,
