ch11-emc系統(tǒng)設(shè)計補(bǔ)充接地pcb板-第6章

第六章接地技術(shù)及其應(yīng)用6.1接地及其分類6.2安全接地6.3導(dǎo)體阻抗的頻率特性6.4信號接地6.5屏蔽體接地6.6地回路干擾6.7電路的接地點(diǎn)選擇6.8地回路干擾的抑制措施6.1.1接地的概念

所謂“地”(Ground)，一般定義為電路或系統(tǒng)的零電位參考點(diǎn)，直流電壓的零電位點(diǎn)或者零電位面，它不一定為實(shí)際的大地(建筑地面)，可以是設(shè)備的外殼或其它金屬板或金屬線。

接地原意指與真正的大地(Earth)連接以提供雷擊放電的通路(例如，避雷針一端埋入大地)，后來成為為用電設(shè)備提供漏電保護(hù)(提供放電通路)的技術(shù)措施。6.1接地及其分類現(xiàn)在接地的含義已經(jīng)延伸，“接地”(Grounding)一般指為了使電路、設(shè)備或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路，而將電路、設(shè)備或系統(tǒng)連接到一個作為參考電位點(diǎn)或參考電位面的良導(dǎo)體的技術(shù)行為，其中一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的一個電氣或電子元(組)件，而另一點(diǎn)則是稱之為“地”的參考點(diǎn)。例如，當(dāng)所說的系統(tǒng)組件是設(shè)備中的一個電路時，則參考點(diǎn)就是設(shè)備的外殼或接地平面。6.1.2接地的要求

(1)理想的接地應(yīng)使流經(jīng)地線的各個電路、設(shè)備的電流互不影響，即不使其形成地電流環(huán)路,避免使電路、設(shè)備受磁場和地電位差的影響。

(2)理想的接地導(dǎo)體(導(dǎo)線或?qū)щ娖矫?應(yīng)是零阻抗的實(shí)體，流過接地導(dǎo)體的任何電流都不應(yīng)該產(chǎn)生電壓降，即各接地點(diǎn)之間沒有電位差，或者說各接地點(diǎn)間的電壓與電路中任何功能部分的電位比較均可忽略不計。

(3)接地平面應(yīng)是零電位，它作為系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號的公共電位參考點(diǎn)。

(4)良好的接地平面與布線間將有大的分布電容，而接地平面本身的引線電感將很小。理論上，它必須能吸收所有信號，使設(shè)備穩(wěn)定地工作。接地平面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的長度、寬度和厚度，以保證在所有頻率上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。用于安裝固定式設(shè)備的接地平面,應(yīng)由整塊銅板或者銅網(wǎng)組成。

6.1.3接地的分類

通常，電路、用電設(shè)備按其作用可分類為安全接地(SafetyGrounds)和信號接地(SignalGrounds)。其中安全接地又有設(shè)備安全接地、接零保護(hù)接地和防雷接地，信號接地又分類為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮接地，見表6-1。

表6-1接地的分類6.2.1設(shè)備安全接地

設(shè)備安全接地是安全接地的一種。為了人、機(jī)安全，任何高壓電氣設(shè)備、電子設(shè)備的機(jī)殼、底座均需要安全接地，以避免高電壓直接接觸設(shè)備外殼，或者避免由于設(shè)備內(nèi)部絕緣損壞造成漏電打火使機(jī)殼帶電,否則，人體觸及機(jī)殼就會觸電，如圖6-1所示。

一般用電設(shè)備在使用中，因絕緣老化、受潮等原因?qū)е聨щ妼?dǎo)線或者導(dǎo)電部件與機(jī)殼之間漏電，或者因設(shè)備超負(fù)荷引起嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致燒損絕緣材料造成漏電，或者因環(huán)境氣體污染、灰塵沉積導(dǎo)致漏電和電弧擊穿打火。6.2安全接地

機(jī)殼通過雜散阻抗而帶電，或者因絕緣擊穿而帶電，如圖6-1所示。設(shè)U1為用電設(shè)備中電路的電壓，Z1為電路與機(jī)殼(Chassis)之間的雜散阻抗(StrayImpedances)，Z2為機(jī)殼與地之間的雜散阻抗，U2為機(jī)殼與地之間的電壓。機(jī)殼對地的電壓U2是由機(jī)殼對地的阻抗Z2分壓造成的，即

(6-1)當(dāng)機(jī)殼與地絕緣(Z2→∞)，即Z2>>Z1時，則U2＝U1。如果U2足夠大(例如超過36V)時，人體觸及機(jī)殼就可能發(fā)生危險。為了人身安全，機(jī)殼應(yīng)該接地，使Z2→0，從而使U2＝0。

圖6-1設(shè)備機(jī)殼接地的作用如果人體觸及機(jī)殼，相當(dāng)于機(jī)殼與大地之間連接了一個人體電阻Zb。人體電阻變化范圍很大，一般地，人體的皮膚處于干燥潔凈和無破損情況時，人體電阻可高達(dá)40～100kΩ；人體處于出汗、潮濕狀態(tài)時，人體電阻降至1000Ω左右。但是，流經(jīng)人體的安全電流值，對于交流電流為15～20mA，對于直流電流為50mA。當(dāng)流經(jīng)人體的電流高達(dá)100mA時，就可能導(dǎo)致死亡發(fā)生。因此，我們國家規(guī)定的人體安全電壓為36V和12V。一般家用電器的安全電壓為36V，以保證觸電時流經(jīng)人體的電流值小于40mA。為了保證人體安全，應(yīng)該將機(jī)殼與接地體連接，即應(yīng)該將機(jī)殼接地。這樣，當(dāng)人體觸及帶電機(jī)殼時，人體電阻與接地導(dǎo)線的阻抗并聯(lián)，人體電阻遠(yuǎn)大于接地導(dǎo)線的阻抗，大部分漏電電流經(jīng)接地導(dǎo)線旁路流入大地。通常規(guī)定接地電阻值為5～10Ω，所以，流經(jīng)人體的電流值將減小為原先的1/200～1/100。

6.2.2接零保護(hù)接地

用電設(shè)備通常采用220V(單相三線制)或者380V(二相四線制)電源提供電力，如圖6-2所示。設(shè)備的金屬外殼除了正常接地之外，還應(yīng)與電網(wǎng)零線相連接，稱之為接零保護(hù)。

當(dāng)用電設(shè)備外殼接地后，一旦發(fā)生人體與機(jī)殼接觸時，人體處于與接地電阻并聯(lián)的位置，因接地電阻遠(yuǎn)小于人體電阻，使漏電電流絕大部分從接地線中流過。但是，接地電阻與電網(wǎng)中性點(diǎn)接地的接觸電阻相比，在數(shù)量上相當(dāng)，故接地線上的電壓降幾乎為相電壓220V的一半，這一電壓超過了人體能夠承受的安全電壓，使接觸設(shè)備金屬外殼的人體上流過的電流超過安全限度，從而導(dǎo)致觸電危險。因此，即使外殼良好接地也不一定能夠保證安全，為此，應(yīng)該把金屬設(shè)備外殼接到供電電網(wǎng)的零線(中線)上，才能保證安全用電，如圖6-2所示。這就是所謂的“接零保護(hù)”原理。

室內(nèi)交流配線可采用如圖6-2(a)所示的接法。圖中“火線”上接有保險絲，負(fù)載電流經(jīng)“火線”至負(fù)載再經(jīng)“零線”返回。還有一根線是安全“地線”。該地線與設(shè)備機(jī)殼相連并與“零線”連接于一點(diǎn)。因而，地線上平時沒有電流，所以沒有電壓降，與之相連的機(jī)殼都是地電位。只有發(fā)生故障，即絕緣被擊穿時，安全地線上才會有電流。但該電流是瞬時的，因?yàn)楸ｋU絲或電流斷路器在發(fā)生故障時會立即將電路切斷。

圖6-2接零保護(hù)6.2.3防雷接地

防雷接地是將建筑物等設(shè)施和用電設(shè)備的外殼與大地連接，將雷電電流引入大地，從而保護(hù)設(shè)施、設(shè)備和人身的安全，使之避免雷擊，同時消除雷擊電流竄入信號接地系統(tǒng)，以避免影響用電設(shè)備的正常工作。防雷接地是一項(xiàng)專門技術(shù)，詳細(xì)內(nèi)容請查閱其它技術(shù)文獻(xiàn)。6.2.4安全接地的有效性

安全接地的質(zhì)量好壞，關(guān)系到人身安全和設(shè)施安全，因此，必須檢驗(yàn)安全接地的有效性。

接地的目的是為了使設(shè)備與大地有一條低阻抗的電流通路，因此，接地是否有效取決于接地電阻。接地電阻的阻值越小越好。接地電阻與接地裝置、接地土壤狀況以及環(huán)境條件等因素有關(guān)。一般地，接地電阻應(yīng)小于10Ω。針對不同的接地目的，對接地電阻有不同的選擇。設(shè)備安全接地的接地電阻一般應(yīng)小于10Ω；1000V以上的電力線路要求小于0.5Ω的接地電阻；防雷接地一般要求接地電阻為10～25Ω；建筑物單獨(dú)裝設(shè)的避雷針的接地電阻要求小于25Ω。接地電阻屬于分布電阻。通常，接地電阻由接地導(dǎo)線的電阻、接地體的電阻和大地的雜散電阻三部分組成,其中大地雜散電阻起主要作用。因此，接地電阻的大小不僅與接地體的大小、形狀、材料等特性有關(guān)，而且與接地體附近的土壤特性有很大關(guān)系。土壤的成分、土壤顆粒的大小和密度、地下水中是否含有被溶解的鹽類等因素也影響接地電阻的阻值。除此之外，接地電阻還受環(huán)境條件的影響，天氣的潮濕程度、季節(jié)變化和溫度高低變化都影響接地電阻的阻值。因此，接地電阻的阻值并不是固定不變的，需要定期測定監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)接地電阻阻值不符合接地要求時，可以采用保持水分、化學(xué)鹽化和化學(xué)凝膠三種方法來有效地降低土壤的電阻率，以減小接地電阻。

接地裝置也稱為接地體，常見的有接地樁、接地網(wǎng)和地下水管等。通常把接地體分類為自然接地體和人工接地體兩大類型。

埋設(shè)在地下的水管、輸送非燃性氣體和液體的金屬管道、建筑物埋設(shè)在地下或水泥中的金屬構(gòu)件、電纜的金屬外皮等屬于自然接地體。一般說來，自然接地體與大地的接觸面積比較大，長度也較大，因此其雜散電阻較小，往往比專門設(shè)計的接地體的性能更好。同時，自然接地體與用電設(shè)備在大多數(shù)情況下已經(jīng)連接成整體，大部分故障漏電電流能在接地體的開始端向大地擴(kuò)散，所以很安全。自然接地體還在地下縱橫交叉，從而降低接觸電壓及跨步電壓，所以1000V以下的系統(tǒng)，一般都采用自然接地體。

對于大電流接地系統(tǒng)，要求接地電阻阻值較低。埋設(shè)于地下的自然接地體因其表面腐蝕等使其接地電阻難以降低，因此需要采用人工接地體。必須指出，在弱信號、敏感度高的測控系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)、貴重精密儀器系統(tǒng)中不能濫用自然接地體。例如水管，一般地水管與建筑物的金屬構(gòu)件及大地并沒有良好的接觸，其接地電阻阻值比較大，因此不宜作為接地體。人工接地體是人工埋入地下的金屬導(dǎo)體，常見的形式有垂直埋入地下的鋼管、角鋼和水平放置的圓鋼、扁鋼，還有環(huán)形、圓板形和方板形的金屬導(dǎo)體。

電磁兼容工程中，接地、搭接是抑制電磁干擾的有效措施。不論地線還是搭接條，它們的直流電阻、交流電阻和感抗的不同，反映了導(dǎo)體阻抗的頻率特性。在用電設(shè)備、系統(tǒng)數(shù)字化的信息時代，導(dǎo)線傳輸高頻電流產(chǎn)生電磁騷擾，可能形成電磁干擾，影響設(shè)備、系統(tǒng)的電磁兼容性。因此，分析導(dǎo)線阻抗的頻率特性，有益于設(shè)計、實(shí)施接地或搭接。圖6-3為研究導(dǎo)體射頻阻抗的導(dǎo)體幾何形狀。

6.3導(dǎo)體阻抗的頻率特性

圖6-3導(dǎo)體幾何形狀6.3.1直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述

眾所周知，導(dǎo)線的直流電阻為

(6-2)

式中：ρ為導(dǎo)體的電阻率(Ω/m)；l為導(dǎo)體的長度(m)；S為導(dǎo)體橫截面面積(m2)。

圓導(dǎo)線和扁平導(dǎo)體條的直流電阻分別為

(6-3)和

(6-4)

式中：a為圓導(dǎo)線的半徑(m)；w、t分別為扁平導(dǎo)體條的寬度和厚度(m)。

由于集膚效應(yīng)(SkinEffect)的影響，導(dǎo)體的高頻交流電阻將遠(yuǎn)大于直流電阻。圓導(dǎo)線的高頻(a>>δ)交流電阻為

(6-5)

式中， ，為集膚深度(SkinDepth)。

圖6-4相對電阻與頻率的關(guān)系扁平導(dǎo)體條的高頻交流電阻為

(6-6)

式中，K是寬度與厚度之比的函數(shù)。仔細(xì)分析式(6-5)和式(6-6)，不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)心單導(dǎo)體的直流電阻與交流電阻的關(guān)系可以廣義描述為

(6-7)上式表明，高頻交流電阻與工作頻率的平方根成正比。圖6-4表示半徑為0.6mm、長為1m的銅導(dǎo)線的高頻交流電阻與直流電阻比對頻率的依賴關(guān)系。經(jīng)計算知，其直流電阻為15.25mΩ；頻率為1MHz時，高頻交流電阻為115.34Ω。6.3.2導(dǎo)體電感

圓導(dǎo)線的直流內(nèi)電感和高頻交流內(nèi)電感分別為

(6-8)

和

(6-9)

圓導(dǎo)線的外電感(l>>a,δ<<a)為

(6-10)仍然以半徑為0.6mm，長為1m，工作頻率為1MHz的銅導(dǎo)線為例，計算獲得其直流內(nèi)電感為50nH；高頻交流內(nèi)電感為11nH，對應(yīng)感抗為69.2mΩ；外電感為1.4mH,對應(yīng)感抗為8.94Ω。可見高頻外電感遠(yuǎn)大于內(nèi)電感，工程計算時可以忽略內(nèi)電感。通常，外電感與導(dǎo)線的長度成正比。

圖6-3所示的扁平導(dǎo)體條的外電感可以表示為

(6-11)

依據(jù)式(6-11)繪制的曲線如圖6-5和圖6-6所示，依次表明寬度、厚度增加或減少對電感的貢獻(xiàn)。扁平導(dǎo)體條的寬度增加，電感減少；厚度增加，電感也減少。但是，寬度增加比厚度增加產(chǎn)生的電感減少量要大得多。

圖6-5扁平導(dǎo)體條的寬度與電感

圖6-6扁平導(dǎo)體條的厚度與電感計算表明，工作頻率為1MHz的導(dǎo)體條的直流電阻為0.575Ω，電感為5.74μΗ，而感抗達(dá)36.1Ω，遠(yuǎn)大于其直流電阻。

導(dǎo)體條橫截面的幾何形狀也是影響其電感量大小的重要因素。圖6-7表明，橫截面相同的長方形的電感比正方形的電感小，寬度與厚度的比值越大，電感越小。

圖6-7橫截面的幾何形狀與電感的關(guān)系6.3.3搭接條的選擇

有關(guān)文獻(xiàn)指出，搭接條尺寸的選擇，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，其長度與寬度比應(yīng)等于或小于5∶1；也有文獻(xiàn)指出，搭接條尺寸的選擇，其長度與寬度比應(yīng)等于或小于3∶1。電磁兼容工程中，如何進(jìn)行搭接條尺寸的選擇，選擇的原則和依據(jù)是什么，這些都是必須解決的問題。從基本概念考慮，應(yīng)盡可能降低搭接條的射頻阻抗。為此目的，必須盡量降低搭接條的電感。我們通過選擇搭接條的不同幾何尺寸，采用表達(dá)式(6-11)獲得的計算結(jié)果如圖6-8所示。從圖6-8的計算結(jié)果可以看出，僅考慮降低搭接條的電感，長度與寬度比越小越好。所以，相關(guān)文獻(xiàn)提供的兩種選擇都是可取的。

圖6-8搭接條長度與寬度比對電感量的影響

這一節(jié)我們以接地線、搭接條的常用形式——圓橫截面導(dǎo)線、矩形橫截面扁平導(dǎo)體條為對象，詳細(xì)綜述了導(dǎo)體阻抗的頻率特性，提出了導(dǎo)體直流電阻與交流電阻關(guān)系的廣義描述；通過計算表明，導(dǎo)體條橫截面的幾何形狀也是影響其電感量大小的重要因素，搭接條尺寸的選擇應(yīng)遵循減少射頻阻抗的原則；導(dǎo)體阻抗的頻率特性是決定接地、搭接成功或失敗的關(guān)鍵因素。

信號接地是為設(shè)備、系統(tǒng)內(nèi)部各種電路的信號電壓提供一個零電位的公共參考點(diǎn)或面。對于電子設(shè)備，將其底座或者外殼接地，除了提供安全接地外，更重要的是為了在電子設(shè)備內(nèi)部提供一個作為電位基準(zhǔn)的導(dǎo)體，以保證設(shè)備工作穩(wěn)定，抑制電磁騷擾。這個導(dǎo)體稱為接地面。設(shè)備的底座或者外殼往往采用接地導(dǎo)線連接至大地，接地面的電位一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定，就會導(dǎo)致電子設(shè)備工作的不穩(wěn)定。

6.4信號接地

信號接地的連接對象是種類繁多的電路，因此信號地線的接地方式也是多種多樣的。復(fù)雜系統(tǒng)中，既有高頻信號，又有低頻信號；既有強(qiáng)電電路，又有弱電電路；既有模擬電路，又有數(shù)字電路；既有頻繁開關(guān)動作的設(shè)備，又有敏感度極高的弱信號裝置。為了滿足復(fù)雜的用電系統(tǒng)的電磁兼容性要求，必須采用分門別類的方法將不同類型的信號電路分成若干類別，以同類電路構(gòu)成接地系統(tǒng)。通常將所有電路按信號特性分成四類，分別接地，形成四個獨(dú)立的接地系統(tǒng)，每個接地系統(tǒng)可能采用不同的接地方式。下面敘述接地系統(tǒng)的類別及其含義。

第一類接地系統(tǒng)是敏感信號和小信號電路的接地系統(tǒng)。它包括低電平電路、小信號檢測電路、傳感器輸入電路、前級放大電路、混頻器電路等的接地。由于這些電路工作電平低，特別容易受到電磁騷擾而出現(xiàn)電路失效或電路性能降級現(xiàn)象,因此，小信號電路的接地導(dǎo)線應(yīng)避免混雜于其它電路中。

第二類是非敏感信號或者大信號電路的接地系統(tǒng)。它包括高電平電路、末級放大器電路、大功率電路等的接地。這些電路中的工作電流都比較大，從而其接地導(dǎo)線中的電流也比較大，容易通過接地導(dǎo)線的耦合作用對小信號電路造成干擾，使小信號電路有可能不能正常工作,因此，必須將其接地導(dǎo)線與小信號接地導(dǎo)線分開設(shè)置。

第三類是騷擾源器件、設(shè)備的接地系統(tǒng)。它包括電動機(jī)、繼電器、開關(guān)等產(chǎn)生強(qiáng)電磁騷擾的器件或者設(shè)備。這類器件或者設(shè)備在正常工作時，會產(chǎn)生沖擊電流、火花等強(qiáng)電磁騷擾。這樣的騷擾頻譜豐富，瞬時電平高，往往使電子電路受到嚴(yán)重的電磁干擾，因此，除了采用屏蔽技術(shù)抑制這樣的騷擾外，還必須將其接地導(dǎo)線與其它電子電路的接地導(dǎo)線分開設(shè)置。

第四類是金屬構(gòu)件的接地系統(tǒng)。它包括機(jī)殼、設(shè)備底座、系統(tǒng)金屬構(gòu)架等的接地。其作用是保證人身安全和設(shè)備工作穩(wěn)定。

工程實(shí)踐中，也采用模擬信號地和數(shù)字信號地分別設(shè)置，直流電源地和交流電源地分別設(shè)置，以抑制電磁騷擾。電路、設(shè)備的接地方式有單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地和懸浮接地，詳細(xì)分析如下。

6.4.1單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地只有一個接地點(diǎn)，所有電路、設(shè)備的地線都必須連接到這一接地點(diǎn)上，以該點(diǎn)作為電路、設(shè)備的零電位參考點(diǎn)(面)。

1.共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地

圖6-9為一共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地的示例。其中，電路1、電路2、電路3注入地線(接地導(dǎo)線)的電流分別依次為I1、I2、I3；R1為A點(diǎn)至接地點(diǎn)之間的一段地線(AG段)之電阻；AG段地線是電路1、電路2和電路3的共用地線；R2為BA段的地線電阻；BA段地線是電路2和電路3的共用地線；R3為CB段的地線電阻；G點(diǎn)為共用地線的接地點(diǎn)。共用地線上A點(diǎn)的電位：

UA＝(I1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3)R1

(6-12)共用地線上B點(diǎn)的電位：

UB＝UA＋(I2＋I(xiàn)3)R2＝(I1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3)R1＋(I2＋I(xiàn)3)R2

(6-13)

共用地線上C點(diǎn)的電位：

UC＝UB＋(I3R3)＝(I1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3)R1＋(I2＋I(xiàn)3)R2＋I(xiàn)3R3

(6-14)通常地線的直流電阻不為零，特別是在高頻情況下，地線的交流阻抗比其直流電阻大，因此共用地線上A、B、C點(diǎn)的電位不為零，并且各點(diǎn)電位受到所有電路注入地線電流的影響。從抑制干擾的角度考慮，這種接地方式是最不適用的。但是這種接地方式的結(jié)構(gòu)比較簡單，各個電路的接地引線比較短，其電阻相對小，所以，這種接地方式常用于設(shè)備機(jī)柜中的接地。如果各個電路的接地電平差別不大，也可以采用這種接地方式。反之，高電平電路會干擾低電平電路。

圖6-9共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地采用共用地線串聯(lián)一點(diǎn)接地時必須注意，要把具有最低接地電平的電路放置在最靠近接地點(diǎn)G的地方，即圖6-9中的A點(diǎn)，以便B點(diǎn)和C點(diǎn)的接地電位受其影響最小。

2.獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地

圖6-10是獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地的等效電路圖，各個電路分別用一條地線連接到接地點(diǎn)G。I1、I2、I3依次表示電路1、電路2、電路3注入地線(接地導(dǎo)線)的電流，R1、R2、R3依次表示電路1、電路2、電路3的接地導(dǎo)線的電阻。顯然，各電路的地電位分別為

(6-15)

圖6-10獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地由上可見，獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地方式的優(yōu)點(diǎn)是，各電路的地電位只與本電路的地電流及地線阻抗有關(guān)，不受其它電路的影響。但是，獨(dú)立地線并聯(lián)一點(diǎn)接地方式存在以下缺點(diǎn)。第一，因各個電路分別采用獨(dú)立地線接地，需要多根地線，勢必會增加地線長度，從而增加了地線阻抗。使用比較麻煩，結(jié)構(gòu)笨重。第二，這種接地方式會造成各地線相互間的耦合，且隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感及電容耦合都會增大。第三，這種接地方式不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長λ＝c/f縮小到可與系統(tǒng)的接地平面的尺寸或接地引線的長度比擬時，就不能再用這種接地方式了。因?yàn)?，?dāng)?shù)鼐€的長度接近于λ/4時，它就像一根終端短路的傳輸線。由分布參數(shù)理論可知，終端短路λ/4線的輸入阻抗為無窮大，即相當(dāng)于開路，此時地線不僅起不到接地作用，而且將有很強(qiáng)的天線效應(yīng)向外輻射干擾信號。所以，一般要求地線長度不應(yīng)超過信號波長的1/20。顯然，這種接地方式只適用于低頻。

6.4.2多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地是指某一個系統(tǒng)中各個需要接地的電路、設(shè)備都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地線的長度最短，如圖6-11所示。這里說的接地平面，可以是設(shè)備底座，也可以是貫通整個系統(tǒng)的接地線，在比較大的系統(tǒng)中還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等。如果可能，還可以用一個大型導(dǎo)電物體作為整個系統(tǒng)的公共地。

圖6-11多點(diǎn)接地圖6-11中，各電路的地線分別連接至最近的低阻抗公共地。設(shè)每個電路的地線電阻及電感分別為R１、Ｒ2、R3和L1、L2、Ｌ3，每個電路的地線電流分別為I1、I2、I3，則各電路對地的電位差為

(6-16)為了降低電路的地電位，每個電路的地線應(yīng)盡可能縮短，以降低地線阻抗。但在高頻時，由于集膚效應(yīng)，高頻電流只流經(jīng)導(dǎo)體表面，即使加大導(dǎo)體厚度也不能降低阻抗。為了在高頻時降低地線阻抗，通常要將地線和公共地鍍銀。在導(dǎo)體截面積相同的情況下，為了減小地線阻抗，常用矩形截面導(dǎo)體制成接地導(dǎo)體帶。

多點(diǎn)接地方式的優(yōu)點(diǎn)是地線較短，適用于高頻情況，其缺點(diǎn)是形成了各種地線回路，造成地回環(huán)路干擾，這對設(shè)備內(nèi)同時使用的具有較低頻率的電路會產(chǎn)生不良影響。

綜上所述，單點(diǎn)接地適用于低頻，多點(diǎn)接地適用于高頻。一般來說，頻率在1MHz以下可采用一點(diǎn)接地方式；頻率高于10MHz應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式；頻率在1～10MHz之間，可以采用混合接地(在電性能上實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地混合使用)。如用一點(diǎn)接地，其地線長度不得超過0.05λ，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。當(dāng)然選擇也不是絕對的，還要看通過的接地電流的大小，以及允許在每一接地線上產(chǎn)生多大的電壓降。如果一個電路對該電壓降很敏感，則接地線長度應(yīng)不大于0.05λ或更小。如果電路只是一般的敏感，則接地線可以長些(如0.15λ)。此外，由接地引線“看進(jìn)去”的阻抗是該引線相對于地平面的特性阻抗Z0的函數(shù)。而Z０的大小，又和引線與接地平面的相對位置有關(guān)。一般，接地引線與接地平面平行時，其特性阻抗較??；當(dāng)兩者相互垂直時，則Z0較大,而Z0較大，則“看進(jìn)去”的阻抗也較大。因此，當(dāng)長度一定時，垂直于接地平面的接地引線其阻抗將大于平行于接地平面時的阻抗，所以，要求垂直接地面的接地引線的長度應(yīng)更短一些。

6.4.3混合接地

如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點(diǎn)接地，而在高頻時又需采用多點(diǎn)接地，此時，可以采用混合接地方法。所謂混合接地，就是將那些只需高頻接地的電路、設(shè)備使用串聯(lián)電容器把它們和接地平面連接起來,見圖6-12所示。

由圖6-12可見，在低頻時，電容的阻抗較大，故電路為單點(diǎn)接地方式，但在高頻時，電容阻抗較低，故電路成為兩點(diǎn)接地方式。因此，這種接地方式適用于工作于寬頻帶的電路。應(yīng)注意的是，要避免所使用的電容器與引線電感發(fā)生諧振。

圖6-12混合接地

實(shí)際用電設(shè)備的情況比較復(fù)雜，很難通過某一種簡單的接地方式解決問題，因此混合接地應(yīng)用更為普遍。

6.4.4懸浮接地

浮地就是將電路、設(shè)備的信號接地系統(tǒng)與安全接地系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)地及其它導(dǎo)電物體隔離，如圖6-13所示。圖中列舉了三個設(shè)備，各個設(shè)備的內(nèi)部電路都有各自的參考“地”,它們通過低阻抗接地導(dǎo)線連接到信號地，信號地與建筑物結(jié)構(gòu)地及其它導(dǎo)電物體隔離。

圖6-13懸浮接地采用這種接地方式，可以避免安全接地回路中存在的干擾電流影響信號接地回路。浮地的概念也可以應(yīng)用于設(shè)備內(nèi)部的電路接地設(shè)計——將設(shè)備內(nèi)部的電路參考地與設(shè)備機(jī)殼隔離，避免機(jī)殼中的干擾電流直接耦合至信號電路。浮地接地的干擾耦合取決于浮地接地系統(tǒng)和其它接地系統(tǒng)的隔離程度，在一些大系統(tǒng)中往往很難做到理想浮地。除此之外，特別在高頻情況下，更難實(shí)現(xiàn)真正的浮地。特別是當(dāng)浮地接地系統(tǒng)靠近高壓設(shè)備、線路時，可能堆積靜電電荷，引起靜電放電，形成干擾電流。

因此，除了在低頻情況下，為防止結(jié)構(gòu)地、安全地中的干擾地電流騷擾信號接地系統(tǒng)外，一般不采用懸浮接地的方式。

6.5.1放大器屏蔽盒的接地

電路組件、高增益的放大器常常裝在一個金屬盒內(nèi)，一方面形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的固定構(gòu)件，另一方面保護(hù)其內(nèi)部電路組件、放大器等免受電磁輻射的騷擾。但是，屏蔽盒如何接地呢？

6.5屏蔽體接地

如圖6-14所示，放大器與屏蔽盒之間存在寄生電容。由等效電路可以看出，寄生電容C1S和C3S使放大器的輸出端到輸入端有一反饋通路，反饋到輸入端的電壓為

(6-17)

式中：U3是放大器輸出端的電壓；UN是放大器輸入端的騷擾電壓。

圖6-14放大器屏蔽盒的接地4此反饋如不消除，則放大器將產(chǎn)生自激振蕩。解決的方法是把屏蔽盒接至放大器的公共端(AmplifierCommonTerminal)，將C2S短路，如圖6-14(c)所示。由式(6-17)可知，當(dāng)C2S＝∞時，UN＝0。這種屏蔽體連接方式，在放大器的公共端不接地的電路中也是適用的。6.5.2電纜屏蔽層的接地

頻率低于1MHz時，電纜屏蔽層的接地一般采用一端接地方式，以防止騷擾電流流經(jīng)電纜屏蔽層，使信號電路受到干擾。一端接地還可以避免騷擾電流通過電纜屏蔽層形成地環(huán)路(GroundLoop)，從而可防止磁場的騷擾。電纜屏蔽層的接地點(diǎn)應(yīng)根據(jù)信號電路的接地方式來確定。

如圖6-15所示為一接地的放大器和一個不接地的信號源相連接。圖中UG1表示放大器公共端對地的電位，UG2表示兩個接地點(diǎn)的電位差。連接電纜的芯線和屏蔽層之間由于存在分布電容而產(chǎn)生騷擾耦合。放大器輸入端(即1、2兩端)，出現(xiàn)的外來電壓就是騷擾電壓，以U12表示。

圖6-15電纜屏蔽層接至放大器的公共端電纜屏蔽層有A、B、C、D四個可能的接地方法(或者接地點(diǎn)，圖中用虛線表示)。屏蔽層接到A點(diǎn)，顯然是不適合的，因?yàn)槠帘螌拥尿}擾電流會因此直接流入一條芯線，產(chǎn)生騷擾電壓，而且該騷擾電壓與信號電壓是串聯(lián)的。B點(diǎn)接地時(接地方法B)，加至放大器輸入端的有騷擾電壓UG1和UG2，并由C1、C12分壓，放大器輸入端的騷擾電壓為

由上式可見，這種接地方式是不能令人滿意的。C點(diǎn)接地時(接地方法C)，加至放大器輸入端的仍有電壓UG1，經(jīng)C1、C12分壓后，在放大器輸入端產(chǎn)生的騷擾電壓為

因而這種接地方式仍不理想。D點(diǎn)接地時(接地方法D)，放大器輸入端沒有騷擾電壓存在。所以，當(dāng)電路有一個不接地的信號源與一個接地的放大器連接時，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接至放大器的公共端。

同理，當(dāng)一個接地的信號源與一個不接地的放大器連接時，連接電纜的屏蔽層應(yīng)接至信號源的公共端。

屏蔽雙絞線(ShieldedTwistedPair)和同軸電纜(CoaxialCable)的首選低頻屏蔽體接地方案如圖6-16所示。圖6-16(a)～圖6-16(d)分別表示或者在放大器的公共端接地，或者在信號源的公共端接地。

圖6-16屏蔽雙絞線、同軸電纜的低頻首選接地方式當(dāng)頻率高于1MHz或電纜長度超過信號波長的1/20時，常采用多點(diǎn)接地方式，以保證屏蔽層上的地電位。最常用的是兩端接地，如圖6-17所示。長電纜應(yīng)在每隔1/10波長處接地一次。由于集膚效應(yīng)，減少了屏蔽層上信號電流與騷擾電流的耦合。集膚效應(yīng)使騷擾電流在屏蔽層外表面流動，而信號電流在屏蔽層內(nèi)表面流動。同軸電纜在高頻時多點(diǎn)接地能提供一定的磁屏蔽作用。

圖6-17屏蔽雙絞線、同軸電纜的高頻兩端接地方式高頻時出現(xiàn)的另一個問題是，雜散電容的耦合也會形成地環(huán)路，如圖6-18所示。這時電纜屏蔽層通過雜散電容實(shí)際上已被接地。若用一個小電容代替雜散電容，則可形成混合接地(復(fù)合接地)：在低頻時，因小電容對低頻的阻抗很高，電路是一點(diǎn)接地；在高頻時，小電容的阻抗變得很低，電路變成多點(diǎn)接地。所以，這種接地方法對寬頻帶工作是有利的。

必須指出，電纜屏蔽層的一端接地并不能防止磁場的干擾。屏蔽電纜的防磁作用將在下面討論。

圖6-18高頻時通過雜散電容形成地環(huán)路6.5.3電纜屏蔽層的一端接地與兩端接地

騷擾源磁屏蔽的目的在于防止騷擾源的磁輻射。屏蔽導(dǎo)線接入電路時，只要將屏蔽體在一端接地，則中心導(dǎo)線的電流在屏蔽體上感應(yīng)出的電荷就被泄放入地。電場將被限制在屏蔽體的內(nèi)部空間，在屏蔽體外部沒有電場，因而屏蔽體一端接地就具有電場屏蔽作用，如圖6-19(a)所示。但是一端接地的屏蔽體并不能限制磁場，其磁屏蔽作用是非常小的。

圖6-19電纜屏蔽層的一端接地的屏蔽作用如果使屏蔽體內(nèi)流過一個電流，其大小與中心導(dǎo)線電流的大小相等、方向相反，則在屏蔽體外部，屏蔽體上的電流將產(chǎn)生一個磁場，它與中心導(dǎo)線上的電流所產(chǎn)生的磁場大小相等，方向相反，這兩個磁場相抵消，其結(jié)果是在屏蔽體的外部沒有磁場存在，如圖6-19(b)所示，從而起到磁屏蔽作用。

為了使屏蔽導(dǎo)線具有防止磁輻射的磁屏蔽作用，屏蔽體必須在兩端都接地，使屏蔽體能夠提供一個電流回路。電纜屏蔽層兩端接地及其等效電路如圖6-20所示。

圖6-20屏蔽層兩端接地及其等效電路為了求出流經(jīng)屏蔽層的電流IS，由圖6-20中的等效電路沿環(huán)路A→RS→LS→B→A列方程：

IS(jωLS＋RS)－jωMI1＝0 (6-18)

由式(3-21)知，M＝LS，因此

(6-19)對上式求模值，得

(6-20)

由式(6-21)可知，當(dāng)ω>>ωc時，IS≈I1。即當(dāng)頻率ω遠(yuǎn)大于屏蔽體的截止頻率ωc時，流經(jīng)屏蔽層的電流IS近似等于中心導(dǎo)線的電流I1。這也就是說，由于屏蔽體與中心導(dǎo)體之間的互感，使屏蔽體在高頻時，能夠提供一個比地面回路電感低得多的電流回路。這時IS≈I1，且方向相反。由這兩個電流產(chǎn)生的屏蔽體外部的磁場相互抵消，使屏蔽層外部沒有磁場存在，從而起到了防止磁輻射的作用。圖6-21屏蔽層一端接地，另一端與中心導(dǎo)線連接

當(dāng)ω>>ωc時，流經(jīng)屏蔽層的返回電流IS很小，大部分返回電流IS將流經(jīng)地面，所以這時屏蔽導(dǎo)線的磁屏蔽作用是很有限的。

圖6-21所示為將中心導(dǎo)線的一端與屏蔽層連接，并將屏蔽層的另一端接地。這樣中心導(dǎo)體的返回電流就全部流經(jīng)屏蔽層，所以這種接地方法有很好的磁屏蔽效果。這種接地方法的磁屏蔽效果，不是由于屏蔽體的磁屏蔽性能，而是由于屏蔽體上的返回電流能夠產(chǎn)生一個抵消中心導(dǎo)線磁場的磁場。

綜上可見，電纜屏蔽體兩端接地的使用條件是：

①頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于5倍屏蔽體的截止頻率。

②屏蔽體上不會有其它回路電流流過。

③屏蔽體兩端對地沒有電位差。

6.6.1接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾

兩個不同的接地點(diǎn)之間存在一定的電位差，稱為地電壓。這是由于兩接地點(diǎn)之間總有一定的阻抗，地電流流經(jīng)接地公共阻抗，在其上產(chǎn)生了地電壓，此地電壓直接加到電路上形成共模干擾電壓。例如，圖6-22所示的接地回路，來自直流電源或者高頻信號源的電流經(jīng)接地面返回。由于接地面的公共阻抗非常小，所以在電路的性能設(shè)計時往往不予考慮。但是，對電磁騷擾而言，在回路中必須考慮接地面阻抗的存在。6.6地回路干擾因此，在圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個公共阻抗Zi，該公共阻抗上存在的電壓為Ui＝ZiI1＋ZiI2。對被干擾回路而言，ZiI1是電磁騷擾電壓,而ZiI2是對負(fù)載電壓降的分壓，由于RL2|Zi|，因此，一般情況下ZiI2對負(fù)載電壓降的影響可以忽略不計，僅考慮I1所引起的電磁騷擾電壓對負(fù)載的作用。

圖6-22公共阻抗引起的騷擾如果不考慮被干擾回路的電流I2在接地公共阻抗Zi上的作用，即令U2＝0，則電路1中的電流I1在接地公共阻抗Zi上產(chǎn)生騷擾電壓Ui，此電壓降使被干擾回路的負(fù)載RL2受到騷擾，其騷擾電壓為

(6-21)

由此可知，被干擾回路的負(fù)載RL2受到的騷擾是電路1騷擾源U1的函數(shù)。

【例６－１】

假設(shè)采用電纜槽作為接地面，將兩個電路的地線均接到電纜槽上，接地點(diǎn)間的公共地阻抗Zi＝0.32Ω；電路1發(fā)送定時脈沖，電壓信號源幅度為5V，頻率為100kHz；信號源的內(nèi)阻為100Ω；負(fù)載阻抗為10Ω；被干擾回路的信號源內(nèi)阻為100Ω；負(fù)載端是內(nèi)含傳感器的顯示裝置，阻抗為100Ω；顯示器的靈敏度為1mV。求被干擾回路的負(fù)載(顯示裝置)上可能受到的干擾電壓值。

【解】

根據(jù)公式(6-21)可知，負(fù)載(顯示裝置)上可能受到的干擾電壓值為

可見，干擾電壓Un的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顯示器的靈敏度1mV，因此顯示器不能正常工作。此例表明，在電子電路的設(shè)計和布局中，必須給予公共地阻抗足夠的重視。

6.6.2地電流與地電壓的形成

電子設(shè)備一般采用具有一定面積的金屬板作為接地面，由于各種原因在接地面上總有接地電流通過，而金屬接地板兩點(diǎn)之間總存在一定的阻抗，因而產(chǎn)生接地干擾電壓。可見，接地電流的存在是產(chǎn)生接地干擾的根源。接地電流產(chǎn)生的原因，主要有以下幾種。

(1)導(dǎo)電耦合引起接地電流。

用電設(shè)備中的各級電路不可能總采用一點(diǎn)接地，在許多情況下需要采用兩點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地，即通過兩點(diǎn)或多點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與接地面的連接，因此形成接地回路，接地電流將流過接地回路，如圖6-23所示。

圖6-23導(dǎo)電耦合的地電流回路

圖6-24接地電流回路

(2)電容耦合形成接地電流。

由于電路元件、器件、構(gòu)件與接地面之間存在雜散電容(分布電容)，通過雜散電容可以形成接地回路，電路中的電流總會有部分電流泄漏到接地回路中。圖6-24(a)表示導(dǎo)電耦合與電容耦合形成的接地回路，接地電流通過接地回路流動。圖6-24(b)表示在阻抗元件的高電位和低電位兩點(diǎn)上的分布電容所形成的接地回路，當(dāng)該接地回路處于諧振狀態(tài)時，接地電流將非常大。

(3)電磁耦合形成感應(yīng)電流。

當(dāng)電路中的線圈靠近設(shè)備殼體時，殼體相當(dāng)于只有一匝的二次線圈，它和一次線圈之間形成變壓器耦合，機(jī)殼內(nèi)因電磁感應(yīng)將產(chǎn)生接地電流，而且不管線圈的位置如何，只要有變化磁通通過殼體，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

(4)金屬導(dǎo)體的天線效應(yīng)形成地電流。

輻射電磁場照射到金屬導(dǎo)體時，由于金屬導(dǎo)體的接收天線效應(yīng)，使金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果金屬體是箱體結(jié)構(gòu)，那么由于電場作用，在平行的兩個平面上將產(chǎn)生電位差，使箱體有接地電流流過，該金屬箱體同回路連接時，就會形成有接地電流通過的電流回路。圖6-25電磁波在傳輸線上形成的共模干擾

當(dāng)采用傳輸線連接的設(shè)備置于地面附近時，如圖6-25所示，外界電磁場作用于傳輸線，使傳輸線上形成共模干擾電壓源，進(jìn)一步在公共地阻抗上形成干擾電壓。或者，通過傳輸線與接地面形成的導(dǎo)電回路中的電磁場隨著時間變化，也會在傳輸線上形成干擾。

由上述分析可以看出，接地公共阻抗、傳輸線或者金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素，使地回路中存在共模干擾電壓，該共模干擾電壓通過地回路作用到受害電路的輸入端，形成地回路干擾。

6.7.1放大器與信號源的接地點(diǎn)選擇

圖6-26表示一個信號源與放大器連接的電路。如果信號源在A點(diǎn)接地，放大器在B點(diǎn)接地，則兩接地點(diǎn)A、B之間存在地電位差UG。

6.7電路的接地點(diǎn)選擇

圖6-26放大器與信號源接地點(diǎn)的選擇

RC1和RC2為信號源與放大器連接導(dǎo)線的電阻。由圖可見，此時加至放大器輸入端的電壓為UN＝US＋UG。為了剔除地電壓的干擾，應(yīng)采用一點(diǎn)接地。如果采用A點(diǎn)接地，而B點(diǎn)不接地，即放大器所用的電源不接地，此時需要使用差分放大器。通常比較方便的一點(diǎn)接地方式是選擇B點(diǎn)接地，而A點(diǎn)不接地。

在圖6-26中，導(dǎo)線電阻RC1和RC2一般很小，通常在1Ω以下，取RC1＝RC2＝1Ω。兩接地點(diǎn)A、B之間存在的地電阻RG更小，比如取RG＝0.01Ω。信號源的內(nèi)阻RS一般為500Ω。設(shè)放大器的輸入阻抗為10kΩ，圖6-26所示電路的等效電路可用圖6-27來表示。

圖6-27信號源連接放大器的接地干擾分析因?yàn)镽C2<<RS＋RC1＋RL，由等效電路圖6-27(b)可得C點(diǎn)到地的電壓為

從而確定的放大器輸入端的干擾電壓為

顯然，接地干擾電壓對放大器輸入端的干擾電壓值為

(6-22)【例6-2】

設(shè)RC1＝RC2＝1Ω，RS＝500Ω，RL＝10kΩ,RG＝0.01Ω,UG＝10mV，試計算接地干擾電壓在放大器輸入端施加的干擾電壓值。

【解】

將所給數(shù)值代入式(6-22)計算，可知UN＝0.94mV。計算結(jié)果表明，10mV的接地干擾電壓幾乎全部施加于放大器輸入端。

現(xiàn)在將信號源與放大器隔離，即在信號源與地之間加入一個很大的阻抗ZSG(即加在圖6-27(a)中的C點(diǎn)與A點(diǎn)之間)。此時，接地干擾電壓施加與放大器輸入端的干擾電壓值為

(6-23)

比較式(6-22)與式(6-23)可知，由于|ZSG|>>RC2＋RG，所以式(6-23)中的干擾電壓值將大幅度降低，即信號源與地隔離比放大器與地相連時，放大器輸入端的干擾電壓小得多。理想的隔離阻抗為無窮大，此時放大器輸入端的干擾電壓值為零。如果ZSG＝1MΩ，根據(jù)式(6-23)計算得，UN＝0.0095μV。

綜上可見，信號源與放大器連接構(gòu)成電路時，采用信號源與地隔離的一點(diǎn)接地方式，可抑制接地干擾電壓對放大器輸入端產(chǎn)生的干擾。6.7.2多級電路接地點(diǎn)的選擇

多級電路的接地點(diǎn)應(yīng)選擇在何處為宜？一般來說，電子設(shè)備中的低電平級電路是受干擾的電路，因此，接地點(diǎn)的選擇也應(yīng)使低電平級電路受干擾最小。

圖6-28所示的A、B、C三級電路，其電平關(guān)系為A＜B＜C。圖6-28(a)為接地點(diǎn)o選擇在靠近高電平級電路的c端；圖6-28(b)為接地點(diǎn)o選擇在靠近低電平級電路的a端。多級電路接地點(diǎn)的選擇原則分析如下。

圖6-28多級電路接地點(diǎn)的選擇多級電路接地點(diǎn)選擇在靠近高電平級電路端(圖6-28(a))時，低電平級電路端a點(diǎn)的電位為

Uao＝(Rab＋jωLab)Ia＋(Rbc＋jωLbc)(Ia＋I(xiàn)b)

＋(Rco＋jωLco)(Ia＋I(xiàn)b＋I(xiàn)c) (6-24)

式中，Rab、Rbc、Rco和Lab、Lbc、Lco分別表示ab、bc、co各段接地線的電阻及電感。

接地點(diǎn)選擇在靠近低電平級電路端時，低電平級電路a點(diǎn)的電位為

U'ao＝(Rao＋jωLao)(Ia＋I(xiàn)b＋I(xiàn)c) (6-25)

比較式(6-24)和式(6-25)可見，|Uao|＜|U'ao|。這說明接地點(diǎn)選擇在靠近低電平級電路的輸入端時，電路受地電位差的干擾最小，因?yàn)檫@時a點(diǎn)電位只受ao段地線阻抗的影響。因此得出結(jié)論,多級電路的接地點(diǎn)應(yīng)選擇在低電平級電路的輸入端。

6.7.3諧振回路接地點(diǎn)的選擇

眾所周知，并聯(lián)諧振回路內(nèi)部的電流是其外部電流的Q倍(Q為諧振回路的品質(zhì)因數(shù))。有時諧振回路內(nèi)部的電流是非常大的，如果把諧振回路的電感L和電容C分別接地，如圖6-29所示，由圖可見，在接地回路中將有高頻大電流通過，會產(chǎn)生很強(qiáng)的地回路干擾。

如果將諧振回路的電感L和電容C取一點(diǎn)接地，使諧振回路本身形成一個閉合回路，如圖6-30所示，此時高頻大電流將不通過接地面，從而有效地抑制了地回路干擾。因此，諧振回路必須單點(diǎn)接地。

圖6-29諧振回路的錯誤接地

圖6-30諧振回路的正確接地

6.8.1隔離變壓器

隔離變壓器是通過阻隔地回路的形成來抑制地回路干擾的，如圖6-31所示。圖中，電路1的輸出信號經(jīng)變壓器耦合到電路2，而地回路則被變壓器所阻隔。6.8地回路干擾的抑制措施

圖6-31采用隔離變壓器阻隔地回路

圖6-32隔離變壓器阻隔地回路的等效電路但是，變壓器繞組之間存在分布電容，通過此分布電容形成地回路的等效電路如圖6-32所示。圖中設(shè)輸出電路的內(nèi)阻為零，變壓器繞組之間的分布電容為C，輸入電路的輸入電阻為RL。

在分析隔離變壓器阻隔地回路的干擾時，根據(jù)電路分析的疊加原理，可以不考慮信號電壓的傳輸，即將信號電壓短路，只考慮地回路電壓UG。

由圖6-32可見，由地回路電壓UG產(chǎn)生的地回路電流為

(6-26)

式中：ω為地回路電壓UG的角頻率；I、UG分別為地回路電流、電壓。

地回路電流I在RL上產(chǎn)生的壓降為

(6-27)將上式整理，得

(6-28)

因此

(6-29)當(dāng)沒有采用隔離變壓器，直接采用信號線傳輸時，干擾電壓UG全部加到RL上，而采用隔離變壓器后加到RL上的電壓為UN。所以，式(6-29)表示隔離變壓器抑制地回路干擾的能力。|UN/UG|越小，抑制干擾的能力就越大。

由式(6-29)可知，當(dāng)ωCRL<<1時，|UN/UG|<<1。所以，要提高隔離變壓器的抗干擾能力，有效的辦法是減小變壓器繞組間的分布電容C(因?yàn)棣厥菬o法改變的，而減小負(fù)載電阻RL會影響信號的傳輸)。如在變壓器之間加一電屏蔽(見圖6-32)就可以有效地減小繞組之間的分布電容C，從而有效地阻隔了地回路的干擾。為了防止地回路電壓UG通過電屏蔽層與繞組之間的分布電容耦合加至負(fù)載RL，造成干擾，電屏蔽層應(yīng)接至負(fù)載RL的接地端。

必須指出，采用隔離變壓器不能傳輸直流信號，也不適于傳輸頻率很低的信號。但是，隔離變壓器對地線中較低頻率的干擾具有很好的抑制能力。同時，電路中的信號電流只在變壓器繞組連線中流過，因此可避免對其它電路的干擾。

6.8.2縱向扼流圈

當(dāng)傳輸?shù)男盘栔杏兄绷鞣至炕蚝艿偷念l率分量時，就不能用隔離變壓器，因?yàn)楦綦x變壓器使直流和低頻信號無法通過。圖6-33所示的縱向扼流圈(LongitudinalChoke)(或稱為中和變壓器(NeutralizingTransformer))，可以通過直流或低頻信號，對地回路共模干擾電流呈現(xiàn)出相當(dāng)高的阻抗，使其受到抑制。

圖6-33采用縱向扼流圈阻隔地回路

縱向扼流圈是由兩個繞向相同、匝數(shù)相同的繞組所構(gòu)成，一般常用雙線并繞而成。信號電流在兩個繞組流過時方向相反，稱為異模電流，產(chǎn)生的磁場相互抵消，呈現(xiàn)低阻抗。所以，扼流圈對信號電流不起扼流作用，并且不切斷直流回路。地線中的干擾電流流經(jīng)兩個繞組的方向相同，稱為共模電流，產(chǎn)生的磁場同向相加。扼流圈對地回路干擾電流呈現(xiàn)高阻抗，起到抑制地回路干擾的作用。

圖6-33(a)的電路性能可用圖6-33(b)的等效電路加以分析。在圖6-33(b)中，信號源電壓US通過縱向扼流圈并經(jīng)連接線電阻RC1、RC2接至負(fù)載RL。縱向扼流圈可用電感L1、L2及互感M表示。若扼流圈的兩個繞阻完全相同，且在同一個鐵芯上構(gòu)成緊耦合，則有L1＝L2＝M。UG是地電位差或地線環(huán)路經(jīng)磁耦合形成的地回路電壓(此處稱為縱向電壓)。

首先分析縱向扼流圈對信號電壓US的影響。此時可暫不考慮UG。因RC1與RL串聯(lián)，且RC1<<RL,故RC1可忽略不計。這樣，圖6-33(b)的等效電路可簡化為圖6-34的形式。

圖6-34縱向扼流圈對信號電壓US的影響

信號電流IS流經(jīng)負(fù)載RL后就分成兩路：一部分(IG)直接入地，另一部分(IS－IG)流經(jīng)RC2、L2后入地。由流經(jīng)RC2、L2入地的回路可得

(ＩS－IG)(RC2＋jωL2)－ISjωM＝0 (6-30)

用M＝L2＝L代入上式并經(jīng)整理得或

(6-31)

式中，取ωL＝RC2時的角頻率為ωc,即

(6-32)

ωc稱為扼流圈的截止角頻率。當(dāng)ω＝ωc時,|IG|＝0.707|ＩS|；當(dāng)ω＞ωc時，只有小部分信號流經(jīng)地線。一般認(rèn)為，當(dāng)ω≥5ωc時，IG→0，這時絕大部分信號電流經(jīng)RC2、Ｌ2入地。

根據(jù)圖6-34中上面的回路，可列出方程：

US＝IS(jωL1＋RL－jωM)

＋(IS－IG)·(ＲC2＋jωL2－jωM) (6-33)用M＝L1＝L2代入上式并經(jīng)整理得

(6-34)

因?yàn)镽C2<<ＲL，且當(dāng)ω≥5ωc時，IG→0，所以，式(6-34)可簡化為

(6-35)圖6-35縱向扼流圈對地回路電壓UG的影響上式說明，流經(jīng)負(fù)載RL的信號電流IS相當(dāng)于沒有接入縱向扼流圈時的電流。因此，當(dāng)扼流圈的電感足夠大，使信號頻率ω≥5ωc(ωc＝RC2/L)時，可認(rèn)為加入扼流圈對信號傳輸沒有影響。

現(xiàn)在再分析縱向扼流圈對地回路電壓UG的抑制作用。此時可不考慮信號電壓(即將US短路)，等效電路如圖6-35所示。

未加扼流圈時，地回路干擾電壓UG全部加到RL上。加扼流圈后，流經(jīng)扼流圈兩個繞組的干擾電流分別為I1、I2，在負(fù)載RL上的干擾電壓UN＝I1RL。由I1回路得

UG＝j(luò)ωL1I1＋jωMI2＋Ｉ1RL (6-36)

由I2回路得

UG＝j(luò)ωL2I2＋jω