各種“地”—— 各種“GND”

本文轉載自硬件十萬個爲什麼

GND,指的是電線接地端的簡寫。代表地線或0線。

電路圖上和電路板上的GND(Ground)代表地線或0線.GND就是公共端的意思,也可以說是地,但這個地並不是真正意義上的地。是出於應用而假設的一個,對於電源來說,它就是一個電源的負極。它與大地是不同的。有時候需要將它與大地連接,有時候也不需要,視具體情況而定。

設備的信號接地,可能是以設備中的一點或一塊金屬來作爲信號的接地參考點,它爲設備中的所有信號提供了一個公共參考電位

有單點接地,多點接地,浮地和混合接地。

單點接地:是指整個電路系統中只有一個物理點被定義爲接地參考點,其他各個需要接地的點都直接接到這一點上。在低頻電路中,佈線和元件之間不會產生太大影響。通常頻率小於1MHz的電路,採用一點接地。

多點接地:是指電子設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上(即設備的金屬底板)。在高頻電路中,寄生電容和電感的影響較大。通常頻率大於10MHz的電路,常採用多點接地。

浮地:即該電路的地與大地無導體連接虛地:沒有接地,卻和地等電位的點。

其優點是該電路不受大地電性能的影響。浮地可使功率地(強電地)和信號地(弱電地)之間的隔離電阻很大,所以能阻止共地阻抗電路性耦合產生的電磁干擾。其缺點是該電路易受寄生電容的影響,而使該電路的地電位變動和增加了對模擬電路的感應干擾。一個折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個阻值很大的泄放電阻,用以釋放所積累的電荷。注意控制釋放電阻的阻抗,太低的電阻會影響設備泄漏電流的合格性。

“地”是電子技術中一個很重要的概念。由於“地”的分類與作用有多種, 容易混淆,故總結一下“地”的概念。
“接地”有設備內部的信號接地設備接大地,兩者概念不同,目的也不同。“地”的經典定義是“作爲電路或系統基準的等電位點或平面”。

一、信號“地”又稱參考“地”,就是零電位的參考點,也是構成電路信號迴路的公共端 。

(1) 直流地:直流電路“地”,零電位參考點。
(2) 交流地:交流電的零線。應與地線區別開
(3) 功率地:大電流網絡器件、功放器件的零電位參考點。
(4) 模擬地:放大器、採樣保持器、A/D轉換器和比較器的零電位參考點。
(5) 數字地:也叫邏輯地,是數字電路的零電位參考點。
(6) “熱地”:開關電源無需使用工頻變壓器,其開關電路的“地”和市電電網有關,即所謂的“熱地”,它是帶電的。
(7) “冷地”:由於開關電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離;又由於其反饋電路常用光電耦合器,既能傳送反饋信號,又將雙方的“地”隔離;所以輸出端的地稱之爲“冷地”,它不帶電。

信號接地

設備的信號接地,可能是以設備中的一點或一塊金屬來作爲信號的接地參考點,它爲設備中的所有信號提供了一個公共參考電位。

浮地技術的應用

交流電源地與直流電源地分開

一般交流電源的零線是接地的。但由於存在接地電阻和其上流過的電流,導致電源的零線電位並非爲大地的零電位。另外,交流電源的零線上往往存在很多幹擾,如果交流電源地與直流電源地不分開,將對直流電源和後續的直流電路正常工作產生影響。因此,採用把交流電源地與直流電源地分開的浮地技術,可以隔離來自交流電源地線的干擾。

放大器的浮地技術

對於放大器而言,特別是微小輸入信號和高增益的放大器,在輸入端的任何微小的干擾信號都可能導致工作異常。因此,採用放大器的浮地技術,可以阻斷干擾信號的進入,提高放大器的電磁兼容能力。

浮地技術的注意事項

  1. 儘量提高浮地系統的對地絕緣電阻,從而有利於降低進入浮地系統之中的共模干擾電流。
  2. 注意浮地系統對地存在的寄生電容,高頻干擾信號通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統之中。
  3. 浮地技術必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術相互結合應用,才能收到更好的預期效果。
  4. 採用浮地技術時,應當注意靜電和電壓反擊對設備和人身的危害。

混合接地

混合接地使接地系統在低頻和高頻時呈現不同的特性,這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對低頻和直流有較高的阻抗,因此能夠避免兩模塊之間的地環路形成。當將直流地和射頻地分開時將每個子系統的直流地通過10~100nF的電容器接到射頻地上,這兩種地應在一點有低阻抗連接起來,連接點應選在最高翻轉速度(di/dt)信號存在的點。

設備接大地

在工程實踐中,除認真考慮設備內部的信號接地外,通常還將設備的信號地,機殼與大地連在一起,以大地作爲設備的接地參考點。設備接大地的目的是
1. 保護地,保護接地就是將設備正常運行時不帶電的金屬外殼(或構架)和接地裝置之間作良好的電氣連接。 爲了保護人員安全而設置的一種接線方式。保護“地”線一端接用電器外殼,另一端與大地作可靠連接。
2. 防靜電接地,泄放機箱上所積累的電荷,避免電荷積累使機箱電位升高,造成電路工作的不穩定。
3. 屏蔽地,避免設備在外界電磁環境的作用下使設備對大地的電位發生變化,造成設備工作的不穩定。

此外還有防雷接地和音響中的音頻專用地等等。

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