電路中的接地與抗干擾電路技術

接地技術在現代電子領域方面得到了廣泛而深入的應用。電子設備的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”（安全地），另一種是“系統基準地”（信號地）。接地就是指在系統與某個電位基準面之間建立低阻的導電通路。“接大地”是以地球的電位為基準，并以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連。由于大地的電容非常大，一般認為大地的電勢為零。開始的時候，接地技術主要應用在電力系統中，后來，接地技術延伸應用到弱電系統中。在弱電系統中的接地一般不是指真實意義上與地球相連的接地。對于電力電子設備將接地線直接連在大地上或者接在一個作為參考電位的導體上，當有電流通過該參考電位時，接地點是電路中的共用參考點，這一點的電壓為0V，電路中其他各點的電壓高低都是以這一參考點為基準的，一般在電路圖中所標出的各點電壓數據都是相對接地端的大小，這樣可以大大方便修理中的電壓測量。相同接地點之間的連線稱為地線。把接地平面與大地連接，往往是出于以下考慮：提高設備電路系統工作的穩定性，靜電泄放，為工作人員提供安全保障。接地的目的：安全考慮，即保護接地。為信號電壓提供一個穩定的零電位參考點（信號地或系統地）屏蔽保護作用。

一、 接地的類型和作用
不同的電路有不相同的接地方式，電子電力設備中常見的接地方式有以下幾種：
??? 1、安全接地
安全接地即將高壓設備的外殼與大地連接。一是防止機殼上積累電荷，產生靜電放電而危及設備和人身安全，例如電腦機箱的接地，油罐車那根拖在地上的尾巴，都是為了使積聚在一起的電荷釋放，防止出現事故；二是當設備的絕緣損壞而使機殼帶電時，促使電源的保護動作而切斷電源，以便保護工作人員的安全，例如電冰箱、電飯煲的外殼。三是可以屏蔽設備巨大的電場，起到保護作用，例如民用變壓器的防護欄。
????2、防雷接地
當電力電子設備遇雷擊時，不論是直接雷擊還是感應雷擊，如果缺乏相應的保護，電力電子設備都將受到很大損害甚至報廢。為防止雷擊，我們一般在高處（例如屋頂、煙囪頂部）設置避雷針與大地相連，以防雷擊時危及設備和人員安全。安全接地與防雷接地都是為了給電子電力設備或者人員提供安全的防護措施，用來保護設備及人員的安全。
????3、工作接地
工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。這個基準電位一般設定為零。該基準電位可以設為電路系統中的某一點、某一段或某一塊等。當該基準電位不與大地連接時，視為相對的零電位。但這種相對的零電位是不穩定的，它會隨著外界電磁場的變化而變化，使系統的參數發生變化，從而導致電路系統工作不穩定。當該基準電位與大地連接時，基準電位視為大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不合理的工作接地反而會增加電路的干擾。比如接地點不正確引起的干擾，電子設備的共同端沒有正確連接而產生的干擾。
為了有效控制電路在工作中產生各種干擾，使之能符合電磁兼容原則。我們在設計電路時，根據電路的性質，可以將工作接地分以下為不同的種類，比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。不同的接地應當分別設置。不要在一個電路里面將它們混合設在一起，例如數字地和模擬地就不能共一根地線，否則兩種電路將產生非常強大的干擾，使電路陷入癱瘓！
????4、信號地
信號地是各種物理量信號源零電位的公共基準地線。由于信號一般都較弱，易受干擾，不合理得接地會使電路產生干擾，因此對信號地的要求較高。
????5、模擬地
模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。模擬電路中有小信號放大電路，多級放大，整流電路，穩壓電路等等，不適當的接地會引起干擾，影響電路的正常工作。模擬電路中的接地對整個電路來說有很大的意義，它是整電路正常工作的基礎之一。所以模擬電路中合理的接地對整個電路的作用不可忽視。
????6、數字地
數字地是數字電路零電位的公共基準地線。由于數字電路工作在脈沖狀態，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時，會產生大量的電磁波干擾電路。如果接地不合理，會使干擾加劇，所以對數字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。
????7、電源地
電源地是電源零電位的公共基準地線。由于電源往往同時供電給系統中的各個單元，而各個單元要求的供電性質和參數可能有很大差別，因此既要保證電源穩定可靠的工作，又要保證其它單元穩定可靠的工作。電源地一般是電源的負極。
????8、功率地
功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高，如果接地的地線電阻較大，會產生顯著的電壓降而產生較大的干擾，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設置，以保證整個系統穩定可靠的工作。
????9、屏蔽接地
屏蔽與接地應當配合使用，才能起到良好的屏蔽效果。主要是為了考慮電磁兼容，典型的兩種屏蔽是靜電屏蔽與交變電場屏蔽，下面分別介紹：
????????靜電屏蔽：當用完整的金屬屏蔽體將帶電導體包圍起來，在屏蔽體的內側將感應出與帶電導體等量異種的電荷，外側出現與帶電導體等量的同種電荷，因此外側仍有電場存在。如果將金屬屏蔽體接地，外側的電荷將流入大地，金屬殼外側將不會存在電場，相當于殼內帶電體的電場被屏蔽起來了。

????????交變電場屏蔽：為減少交變電場對敏感電路（比如多級放大電路、RAM、ROM電路）的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體，或將干擾源、敏感電路分別屏蔽，并將金屬屏蔽體接地。只要金屬屏蔽體良好接地，能極大的減小交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，這樣電路就能正常工作了。

屏蔽接地在生產生活中有著廣泛的應用，下面我們來一起探討：
電路的屏蔽罩接地
各種信號源和放大器等易受電磁輻射干擾的電路應設置屏蔽罩。由于信號電路與屏蔽罩之間存在寄生電容，因此要將信號電路地線末端與屏蔽罩相連，以消除寄生電容的影響，并將屏蔽罩接地，以消除共模干擾。

電纜的屏蔽層接地
在某些通信設備中的弱信號傳輸電纜中，為了保證信號傳輸過程中的安全和穩定，使用外面帶屏蔽網的電纜來使信號的傳輸穩定，防止干擾其他設備和防止自己被干擾。例如閉路電視使用的是同軸電纜，外面的金屬網是用來屏蔽信號的。再如網線里面有8根細金屬導線繞制的，其中4根就起屏蔽的作用，保證信號的數字信號地正確。

網線的繞制上就可以看到它的屏蔽作用
低頻電路電纜的屏蔽層接地
低頻電路電纜的屏蔽層接地應采用單點接地的方式，屏蔽層接地點應當與電路的接地點一致,一般是電源的負極。對于多層屏蔽電纜，每個屏蔽層應在一點接地，但各屏蔽層應相互絕緣。

高頻電路電纜的屏蔽層接地
高頻電路電纜的屏蔽層接地應采用多點接地的方式。高頻電路的信號在傳遞中會產生嚴重的電磁輻射，數字信號的傳輸會嚴重地衰減，如果沒有良好的屏蔽，會使數字信號產生錯誤。一般采用一下原則：當電纜長度大于工作信號波長的0.15倍時，采用工作信號波長的0.15倍的間隔多點接地式。如果不能實現，則至少將屏蔽層兩端接地。

系統的屏蔽體接地
當整個系統需要抵抗外界電磁干擾，或需要防止系統對外界產生電磁干擾時，應將整個系統屏蔽起來，并將屏蔽體接到系統地上。例如電腦的機箱、敏感電子儀器、某些儀表。

設備地
在現在的電子設備中，要出色地完成特定的工作，往往含有多種電路，比如低電平的信號電路（如高頻電路、數字電路、小信號模擬電路等）、高電平的功率電路（如供電電路、繼電器電路等）。為了安裝電路板和其它元器件、為了抵抗外界電磁干擾而需要設備具有一定機械強度和屏蔽效能的外殼。

這些較復雜的設備接地是一般要遵循以下原則：
????????50Hz電源零線應接到安全接地螺栓處，對于獨立的設備，安全接地螺栓設在設備金屬外殼上，并有良好電氣連接；為防止機殼帶電，危及人身安全，絕對不允許用電源零線作地線代替機殼地線。
????????為防止高電壓、大電流和強功率電路（如供電電路、繼電器電路）對低電平電路（如高頻電路、數字電路、模擬電路等）的干擾，一定要將他們的將它們分開接地，并保證接地點之間的距離。前者為功率地（強電地），后者為信號地（弱電地），信號地分為數字地和模擬地，數字地與模擬地要分開接地，最好采用單獨電源供電并分別接地，信號地線應與功率地線和機殼地線相絕緣。
????????信號地線可另設一個和設備外殼相絕緣信號地接地螺栓，該信號地螺栓與安全接地螺栓的連接有三種方法，選用那種方法取決于接地的效果：一種是不連接，而成為浮地式，由于浮地的效果不好，建議不采用；二是直接連接成為單點接地式，注意是在低頻電路中采用單點接地；三是通過1-3μF電容器連接，而成為直流浮地式，交流接地式。其它的接地最后全部匯聚在安全接地螺栓上，該點應位于交流電源的進線處，然后通過接地線將接地極可靠地埋在土壤中。

系統地
工業現場動力線路密布，設備啟停運轉繁忙，因此存在嚴重的電場和磁場干擾。而工業控制系統又有幾十乃至幾百個輸入輸出通道分布在其中，導線之間形成相互耦合是通道干擾的主要原因之一。它們主要表現為電容性耦合、電感性耦合、電磁場輻射三種形式。系統接地就是使系統建立與大地的連接，是電子電力設備防止這些干擾并正常地工作。
????????系統的接地應當注意以下幾點：參照設備的接地注意事項；設備外殼用設備外殼地線和機柜外殼相連； 機柜外殼用機柜外殼地線和系統外殼相連；對于系統，安全接地螺栓設在系統金屬外殼上，并保持良好電氣連接；
當系統內機柜、設備過多時，將導致數字地線、模擬地線、功率地線和機柜外殼地線過多，對此，可以考慮鋪設兩條互相并行并和系統外殼絕緣的半環形接地母線，一條為信號地母線，另一條為屏蔽地及機柜外殼地母線；系統內各信號地就近接到信號地母線上，系統內各屏蔽地及機柜外殼地就近接到屏蔽地及機柜外殼地母線上；兩條半環形接地母線的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及機柜外殼地母線接到安全接地螺栓上；信號地母線接到信號地螺栓上；母線的電氣性能要良好，電阻要盡可能的小。
????????當系統用三相電源供電時，由于各負載用電量和用電的不同時性，如果不接地，必然導致三相不平衡，造成三相電源中心點電位偏移，為此將電源零線接到安全接地螺栓上，迫使三相電源中心點電位保持零電位，從而防止三相電源中心點電位偏移所產生的干擾。
????????工作接地線應采用銅芯絕緣導線或電纜，不得利用鍍鋅扁鐵或金屬軟管；工作接地線與保護接地線，必須分開，保護接地導體不得利用金屬軟管；埋設時，將接地極打入地表層一定深度倒入鹽水，地線周圍最好全部采用炭粉實埋，用來增強導電性；一般系統接地電阻小于4Ω，共點接地電阻小于1Ω，移動設備，接地電阻不大于10Ω。