抑制電磁干擾的接地技術(shù)

5.1接地的概念5.2安全接地5.4屏蔽體接地5.5地回路干擾及其抑制5.6搭接5.3信號接地5.1接地的概念指電路或系統(tǒng)的電位基準(zhǔn)面（相對電位零點(diǎn)）接地的兩種含義：（2）系統(tǒng)基準(zhǔn)“地”指電路、設(shè)備、或系統(tǒng)與“地”所建立的低阻通路。如設(shè)備外殼、金屬底座、屏蔽罩、粗銅線、銅帶等。什么是地？接地：在系統(tǒng)的選定點(diǎn)與某個(gè)電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。（1）接“大地”，以地球電位作為基準(zhǔn)，并以大地作為零電位。提供放電通路。幾點(diǎn)說明：理想接地面處處零電位，零阻抗。實(shí)際上即便是超導(dǎo)，表面兩點(diǎn)之間也存在電抗效應(yīng)，實(shí)際只是近似而已。接地面應(yīng)采用低阻抗材料（如銅）制成，并有足夠的長度、寬度和厚度，以保證在所有的頻率上都呈現(xiàn)低阻抗。如：用于安裝固定設(shè)備的接地平面應(yīng)當(dāng)有整塊銅板或網(wǎng)格

（25cm×25cm）或更密一些的銅柵網(wǎng)組成。對多路發(fā)射機(jī)裝置要求用薄銅板作接地平面。接地平面還應(yīng)對大地呈現(xiàn)很大的電容。在組裝時(shí)，接地平面應(yīng)延伸到所有設(shè)備底面的下方，而且應(yīng)比設(shè)備底面最大尺寸伸長1.8m或更遠(yuǎn)。如：大功率發(fā)射機(jī)要求接地平面在徑向延伸到最低工作頻率波長的1/4,以便排除地電流。還需設(shè)計(jì)一條接地母線，以便為設(shè)備提供就近接地匯流點(diǎn)，該母線應(yīng)該每隔1.8m或更短的間距與接地平面經(jīng)銅帶熔焊連接在一起。

避免因靜電感應(yīng)，使機(jī)殼上積累過多電荷，產(chǎn)生高電壓，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部放電造成干擾；“接地”不一定與大地相通，但在某些情況下必須相通。為操作人員提供安全保障。Z2Z1U1U2機(jī)箱Z1+Z2

Z2U2＝U1Z1:高壓部件與機(jī)箱間的阻抗；Z2:機(jī)箱與大地之間的阻抗。

若不接地，Z2為無限大，機(jī)箱電壓就是電源電壓，危險(xiǎn)!!!

若接地，Z2=0，U2=0,安全使整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面，并給高頻干擾電壓提供低阻抗通路，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的目的。為系統(tǒng)的屏蔽接地，取得良好的電磁屏蔽效果，達(dá)到抑制電磁干擾的目的。③在電磁兼容領(lǐng)域，最容易犯的錯(cuò)誤是忽視了導(dǎo)線電感引起的阻抗，特別是當(dāng)頻率較高時(shí)，電感的感抗會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻。作用分類安全接地信號接地單點(diǎn)接地多點(diǎn)接地混合接地懸浮接地設(shè)備安全接零保護(hù)防雷接地接地的分類5.2安全接地設(shè)備安全接地動(dòng)力電氣設(shè)備（如電動(dòng)機(jī)），除了外殼接地外，還應(yīng)與電網(wǎng)零線連接，稱為接零保護(hù)。接零保護(hù)機(jī)殼相線零線地線防雷接地：把可能受到雷擊的物體和大地連接，以便提供泄放大電流的通路。避雷針由三部分組成：接閃器（指高架避雷塔上的金屬棒、金屬針，建筑物或構(gòu)筑物上的避雷網(wǎng)、避雷線）、引下線接地體信號接地：為信號電流提供流回信號源的低阻抗路徑接地電流流經(jīng)接地線時(shí)，會產(chǎn)主傳輸線效應(yīng)和天線效應(yīng)。當(dāng)線條長度為1／4波長時(shí)，可以表現(xiàn)出很高的阻抗，接地線實(shí)際上是開路的，接地線反而成為向外輻射的天線。5.3信號接地單點(diǎn)接地多點(diǎn)接地混合接地懸浮接地信號接地方式串聯(lián)單點(diǎn)接地并聯(lián)單點(diǎn)接地信號接地方式的種類(1)串聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn):各點(diǎn)的地電位相互影響較大，最容易引起干擾。實(shí)踐處理:

具有最低接地電平的電路放在最靠近接地點(diǎn)的地方；敏感設(shè)備放在最靠近接地點(diǎn)的地方；大功率電路與小功率電路的混合系統(tǒng)，應(yīng)避免單點(diǎn)接地。N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC單點(diǎn)接地（低頻）

接地點(diǎn)的選擇接地點(diǎn)靠近最低電平電路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC接地點(diǎn)靠近最高電平電路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC(2)并聯(lián)單點(diǎn)接地優(yōu)點(diǎn):各電路互相不影響缺點(diǎn):1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于使用；2）各地線間可能形成電容性和電感性耦合。結(jié)論：單點(diǎn)接地只適用于低頻電路

當(dāng)l接近于/4時(shí)，有很強(qiáng)的天線效應(yīng)，向外輻射；高頻時(shí)分布電容與分布電感的影響，難以實(shí)現(xiàn)真正的單點(diǎn)接地。各電路的地電位R1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABC說明:

多點(diǎn)接地，應(yīng)盡可能減少接地線長度，使高頻阻抗減至最小。一般情況下，電子設(shè)備往往以鍍銀版作為接地子母線，以減少表面阻抗。各電路的地電位優(yōu)點(diǎn):接地線較短，適用于高頻及數(shù)字電路。缺點(diǎn):形成各種地回路，可能造成地回路干擾。R2N2I2BL1N1I1AR3I3N3CL2L3R1多點(diǎn)接地（高頻）小結(jié)：

單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻；當(dāng)時(shí)，一般采用單點(diǎn)接地；

當(dāng)時(shí)，一般采用多點(diǎn)接地；當(dāng)時(shí)，若，則采用多點(diǎn)接地；若，則采用多點(diǎn)接地。

當(dāng)時(shí)，一般采用單點(diǎn)接地；

如果電路對電壓降很敏感，則接地線長度應(yīng)比更小；若電路只是一般敏感，則接地線可大于。準(zhǔn)則第一類接地系統(tǒng)：

敏感信號和小信號接地系統(tǒng)。包括低電平、小信號檢測、傳感器輸入、前級放大、混頻器電路等。第二類接地系統(tǒng)：

非敏感信號或大信號接地系統(tǒng)，包括高平電路、末級放大器電路以及大功率電路。（1）不同接地系統(tǒng)的特點(diǎn)特點(diǎn)：特別容易受到干擾，出現(xiàn)電路失效或電路性能降低，接地導(dǎo)線應(yīng)盡量避免混雜其他電路。特點(diǎn)：必須將其與小信號接地線分開設(shè)置。按照電路各自的特點(diǎn)，對不同的電路采用不同的接地方式?；旌辖拥氐谌惤拥叵到y(tǒng)：干擾源器件、設(shè)備的接地系統(tǒng)。如電動(dòng)機(jī)、繼電器、火花塞等。第四類接地系統(tǒng)：

機(jī)殼、設(shè)備底座、系統(tǒng)金屬構(gòu)架等。注意：工程實(shí)踐中，模擬地與數(shù)字地必須分別設(shè)置；直流地與交流地必須分別設(shè)置。特點(diǎn)：干擾頻帶寬、瞬態(tài)電平高。除屏蔽外，必須與其它接地分開設(shè)置。特點(diǎn)：保證人身安全和設(shè)備工作的穩(wěn)定。模擬電路窄帶低電平（μV,mV）數(shù)字電路寬帶中電平（V）

(2)低頻電路的串、并聯(lián)混合接地低電平電路串聯(lián)接地高電平、強(qiáng)噪聲電平電路串聯(lián)接地機(jī)箱、機(jī)架串聯(lián)接地并聯(lián)接地G低電平電路高電平、強(qiáng)噪聲電平電路機(jī)箱、機(jī)架機(jī)架2機(jī)架1機(jī)箱機(jī)箱(3)高、低頻電路單點(diǎn)與多點(diǎn)混合接地低頻：電容的阻抗大——單點(diǎn)接地高頻：電容的阻抗小——多點(diǎn)接地N1N2N3低頻單點(diǎn)、高頻多點(diǎn)混合接地如：抗高頻干擾的低頻傳輸屏蔽電纜。低頻單點(diǎn)、高頻多點(diǎn)混合接地

如圖所示為一低電平視頻電路，在從音頻到高頻下，實(shí)現(xiàn)了低頻單點(diǎn)、高頻多點(diǎn)，避免了低頻地電流回路的形成。注意:避免電容與引線電感發(fā)生諧振。音頻端高頻端大地或車輛的接地面N1N2高頻：電感的阻抗大——單點(diǎn)接地低頻：電感的阻抗小——多點(diǎn)接地N1N2N3高頻單點(diǎn)、低頻多點(diǎn)混合接地低頻多點(diǎn)、高頻單點(diǎn)混合接地

如圖所示，計(jì)算機(jī)及其外設(shè)一般需要導(dǎo)線接地，但是容易引起電氣干擾。通過加線圈（1mH：f=50Hz，Z

<0.4Ω；f=

50k~1MHz，Z

約為1KΩ）這種方式有助于抑制地線中的感應(yīng)、瞬變和干擾進(jìn)入邏輯總線。4.浮地

設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與大地相絕緣。N1信號地安全地N2N3

利用懸浮機(jī)殼內(nèi)的屏蔽層降低地回路干擾機(jī)殼屏蔽層

可以避免安全接地回路中的干擾電流影響信號接地回路。

可以減少由于地電流引起的共模干擾；優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：N1信號地安全地N2N3

減少由于不當(dāng)?shù)慕拥囟a(chǎn)生的干擾；

對傳導(dǎo)干擾也有較好的抑制作用。

不能適應(yīng)復(fù)雜的電磁環(huán)境，特別是對于一個(gè)較大的電子系統(tǒng)，對地的分布電容較大，不能做到真正的懸?。?/p>

雷擊、靜電感應(yīng)時(shí)，會擊穿絕緣，甚至引起弧光放電。5.4

屏蔽體接地

1.單層屏蔽盒的接地

放大器輸出端電壓，形成反饋，此反饋不除，放大器將產(chǎn)生自激震蕩。2C1S～1C2SC3SUNU3

3Zin

1

2

3

C2S

C3S

C1SU3Zin消除此干擾的方法：屏蔽盒與放大器的公共端短接。

注意：這種連接方式在放大器公共端不接地也適用。通常，則2.雙層屏蔽盒的接地

3.

電纜屏蔽層的接地(1)放大器接地，信號源不接地

f<1MHz時(shí)，電纜一般采取一端接地。四種可能的接地方式：

A、B、C、D結(jié)論：方式D最好①方式A干擾會直接流入一條芯線，產(chǎn)生干擾，不合適。USUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～②方式BC1SUG2～UG1～12UN屏蔽體BC2S等效電路C12③

方式C

仍然不理想④方式DUSUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～C1SUG2～UG1～12UN屏蔽體CC2SC12C1SUG2～UG1～12UN屏蔽體DC2SC12USUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～(2)放大器不接地，信號源接地結(jié)論：方式A最好小結(jié)：

當(dāng)電路有一個(gè)接地信號源與一個(gè)不接地的放大器連接時(shí)，連接電纜的屏蔽層接地應(yīng)接至信號源的公共端；

當(dāng)電路有一個(gè)不接地信號源與一個(gè)接地的放大器連接時(shí)，連接電纜的屏蔽層接地應(yīng)接至放大器的公共端。~~~~~~

同軸電纜

屏蔽雙絞線

同軸電纜

屏蔽雙絞線5.5

地回路干擾及其抑制1.地回路干擾

由地回路中的共模干擾電壓在受害回路輸入端引起的干擾電壓。地回路干擾的來源:共地阻抗的共模干擾；場對導(dǎo)線的共模干擾。地回路干擾模型信號電流電路1電路2UG~地電流IGISZG地回路耦合系數(shù):計(jì)算地電流的等效電路UG~IGZGZCZSZL干擾源電壓地阻抗負(fù)載阻抗線路阻抗電源阻抗地電流的計(jì)算

RC1

A

RC2US

B

UGRS

RG~~

RL信號源與放大器都接地

RL

UN~RGUG

RC1

RS

RC2等效電路AB通常則故兩點(diǎn)接地的噪聲干擾

在信號源的接地端接入一阻抗ZSG當(dāng)則故

RC1

A

RC2US

B

UGRS

RG~~

RL信號源端接入一阻抗

ZSG

RL

UN~RGUG

RC1

RS

RC2等效電路AB

ZSG且當(dāng)時(shí)，

例：設(shè)RC1＝RC2＝1Ω、RS＝500Ω、RL＝10kΩ、RG=0.01Ω、

UG=10mV，試計(jì)算在放大器輸入端的干擾電壓值。

若在信號源與地之間加一個(gè)很大的阻抗ZSG=1M，則解：接地干擾電壓幾乎全部施加于放大器輸入端的輸入端有效抑制了地干擾對放大器輸入端的影響。2.地回路干擾抑制技術(shù)在信號回路中使用隔離變壓器在信號回路中使用中和變壓器（共模扼流圈）在信號線上使用磁環(huán)在數(shù)據(jù)線路中使用光電耦合器或光纖使用差分放大器原理：地回路被隔離變壓器阻隔分析：由于繞組間存在分布電容，仍會產(chǎn)生一定干擾或討論:當(dāng)時(shí)，對低頻干擾有較好的抑制能力提高抑制干擾能力的措施:

減少繞組間的分布電容；

降低負(fù)載阻抗CUG～RL干擾等效電路電路1電路2UG~C電路模型隔離變壓器對地回路干擾的抑制

當(dāng)時(shí)，適用范圍:，即電路1電路2UG~C結(jié)論：

不能傳輸直流信號，對低頻信號影響較大。因此，對直流和低頻信號電路不宜采用。

對低頻干擾有較好的抑制能力；

變壓器的初、次級之間有寄生電容，對高頻干擾的抑制效果不好；結(jié)構(gòu)：兩個(gè)繞向相同、匝數(shù)相同的繞組構(gòu)成電路2電路1扼流圈的一種安裝方式電路模型信號電流電路1電路2UG~地電流UG~US~ML1L2RC1RC2RL等效電路共模扼流圈對地回路干擾的抑制

對于流過接地線的共模干擾電流，流經(jīng)兩線電流方向相同,

所產(chǎn)生的磁場相長，故扼流圈對回路干擾電流呈現(xiàn)高阻抗，起到抑制地回路的作用。

對于正常信號，流過的電流相反，所產(chǎn)生的磁場相消，對電流沒有影響，且不會切斷直流回路；原理：電路模型信號電流電路1電路2UG~地電流UG~US~ML1L2RC1RC2RL等效電路①對干擾信號的抑制設(shè)兩繞組上的電流分別為I1、I2，則（令US＝0）UG~ML1L2RC1RC2RL等效電路在一般情況下當(dāng)時(shí)，得故——扼流圈的截止頻率I2I1②對信號的影響設(shè)兩繞組上的電流分別為IS、IG，則（令UG＝0）結(jié)論：對高頻干擾具有較好的抑制能力得US~ML1L2RC1RC2RL等效電路IGISIS-

IG當(dāng)時(shí)原理：同縱向扼流圈結(jié)論：信號電流主要流經(jīng)同軸線的屏蔽層得當(dāng)時(shí)，分析：由A—RS—LS—B—A構(gòu)成的回路中——同軸線的截止頻率~MLSI1RSRL等效電路IGISAB同軸電纜對地回路干擾的抑制電路1電路2UG~ZGISI1IG鐵氧體磁環(huán)是高導(dǎo)磁率和高電阻率的材料，對高頻干擾有很好的抑制損耗，而對低頻電路的損耗較小。對共模干擾的抑制電路1電路2UG~ZG對異模干擾的抑制在信號線上使用鐵氧體磁環(huán)電路1UG~ZG電路2用光電耦合器斷開地回路電路1電路2UG~ZG光電耦合器對信號的傳輸

利用發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度隨通過它的電流的變化特征，把電路1的信號變換成強(qiáng)弱不同的光信號；光敏三極管再把強(qiáng)弱不同的光信號轉(zhuǎn)換成信號電流，從而完成電路1和電路2之間的信號傳輸。使用光電耦合器抑制地回路干擾用光電耦合器斷開地回路電路1電路2UG~ZG光電耦合器對干擾的抑制光電耦合器利用光來傳輸信息，從輸入端傳送到輸出端的光電耦合器件使得輸入和輸出在電氣上完全隔絕，因而能有效地抑制干擾。

光電耦合器適用于數(shù)字電路，不適用于模擬電路。

光電耦合器的輸入—輸出端之間的雜散電容（0.3pF~10pF）限制了光電耦合器在高頻端的使用。使用光電耦合器抑制地回路干擾光纖的優(yōu)點(diǎn)是具有無感應(yīng)性和高度隔離性，相當(dāng)于在共模地回路中引入一個(gè)高阻抗，能從比值上消除干擾，常用于作強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中的信號傳輸線以及作微弱檢測信號傳輸線。光纖對地回路干擾的抑制用光纖消除地回路耦合電路2UG~ZG電路1差分放大器的輸出電壓當(dāng)兩個(gè)輸入端對地平衡時(shí)，即為差分平衡器件。電路連接電路1電路2UG~ZGKU0=K（U1－U2）

U0輸入端

U1

U212輸出端公共端差分放大器示意圖K使用差分放大器抑制地回路干擾對干擾的抑制，則通常若，且，則RGRC1RC2U1U2BRL2RSRL1A~UG

U0RC1RGRL2RL1~RSRC2

U1

U2~USUGBA等效電路例：UG=100mV，RG=0.1Ω，RS=500Ω,RC1=RC2=1Ω

，

RL1=RL2=10kΩ

，求UN=？若RL1=RL2=100kΩ時(shí),UN=？解：當(dāng)，則RGRC1RC2U1U2BRL2RSRL1A~UG

U0RC1RGRL2RL1~RSRC2

U1

U2~US