文档介绍：第5章接地及搭接
接地的概念
接地,顾名思义,是指设备或系统与“大地”相连接。大地是一个理想的零电位面(体)。
从广义上讲,接地并非一定是与大地直接连接,而是指连接到一个作为参考点或参考面的良导体上。
(1)建立与大地相连的低阻抗通路,使雷击电流、静电放电电流等从接地通路直接流入大地,而不致影响设备或系统的正常工作及人身安全;
(2)建立设备外壳与附近金属导体之间的低阻抗通路,当设备中存在漏电流时,不致于危及人身安全;
(3)设备或系统的各部分都连接到一个公共点或等位面,以便有一个公共的参考电位,消除两个悬浮电路之间可能存在的干扰电压;
(4)将屏蔽体接地,使屏蔽发挥作用;
(5)将滤波器接地,使滤波器能起到抑制共模干扰的作用;
(6)印制电路板上的信号电路接到地平面,以提供一个信号返回通路;
(7)汽车、飞机上的非重要的电路接车体或机体的金属外壳,以提供一个电路返回通路。
上述接地中,
(1)、(2)是有关安全的接地,
(3)、(4)、(5)是有关干扰控制的接地,
(6)、(7)是与实现电路的功能有关的接地。
归纳起来,为安全接地、干扰控制接地和功能接地。
安全接地就是用低阻抗的导体将设备或系统的外壳连接到大地,以保证人身及设备的安全。
为了安全,任何高压电气、电子设备的机壳、底座都要接地,以避免高压直接接触外壳或漏电时机壳带电,使触及机壳的人体触电。
安全接地
人体电阻的变化范围很大,从人体处于出汗、潮湿状态下的大约1000Ω左右,到人体皮肤处于干燥洁净和无破损情况下的40~100kΩ。
对人体造成伤害的是流经人体的电流,对于交流电,其安全限值为15~20mA,对于直流电,其安全限值为50mA,而当流经人体的电流达到100mA时,人就可能死亡。
为了保证安全,应将设备的金属外壳(正常情况下不带电)与接地体相连接,一般,接地电阻为5~10Ω,当人体接触带电外壳时,流经人体的电流可减少到原先漏电流的1/100~1/200,而大部分电流经接地电阻分流。
防雷接地的目的就是把雷电流引入大地从而保护设备及人身安全,以免遭雷击,并且要求在消除雷击时要影响其他接地系统。
一次雷闪往往包含多次闪击,在第一次闪击之后数毫秒又会发生一系列的闪击,直至闪击结束。一次雷闪将延续几十毫秒至几秒钟。一次典型的雷闪约有2~4个闪击,每次闪击的电流峰值达20kA,~2μs,宽度约为50μs,每次闪击的间隔约为50ms,相应的电磁波频率为160~640kHz。
一次典型闪击的电流峰值为20kA,即使接地电阻只有1Ω,也将产生20kV的电压,并且在附近产生流散电场。接地电阻越小越好,但要做得很低,则十分困难,且不经济。
干扰控制接地是指给设备或系统内部各种电路的信号电压提供一个零电位的公共参考点或参考面。
干扰控制接地有3种基本的接法:浮地、单点接地和多点接地,以及由单点接地和多点接地派生出来的混合接地。
干扰控制接地
浮地
浮地是将设备或电路单元与公共地或可能引起环流的公共导体隔离开来。
浮地抗干扰能力强,且可使不同电位的电路之间容易配合;但由于设备不与大地直接连接,容易产生静电积累,当电荷积累到一定程度,会在设备与大地之间产生放电,这就成为新的干扰源。
为避免电荷积累,可在采用浮地的设备与公共地之间接一个阻值很大的电阻,以泄放静电荷。
单点接地是在设备或电路单元中,只有一个参考接地点,所有需要接地的点都必须通过地线连接到这一点上。
单点接地
单点接地简单,且不存在多点接地时形成的地回路干扰;但当系统工作频率很高,以致系统接地线长度与波长λ可比(如达到λ/4)时,地线会成为天线,向外辐射电磁波,其接地效果变差,不宜再用单点接地。
一般,当频率在1MHz以下或地线长度小于λ/20时,可采用单点接地方式。
单点接地按连线方式又可分为两种:即独立地线的并联单点接地和共用地线的串联单点接地。
并联
串联
独立地线的并联单点接地方式,各设备或电路单元的地电位不受其它电路影响,但需要很多根接地线,连线很繁杂。
多点接地是指设备或电路单元中各接地点都是直接连接到离其最近的接地平面,以使接地线的长度最短。
串联单点接地方式,连线非常简单,但各接地点的电位并不相同,且受其它单元的影响。
多点接地
多点接地一般用于高频系统,为降低地线阻抗,地线应尽量加宽,或采用地平面、地栅网。