在控制系统中,大致有以下几种地线:
(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
(3)信号地:通常为传感器的地。
(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。
(5)直流地:直流供电电源的地。
(6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。
如图1分别是电源地、信号地、屏蔽地以及大地四种不同地的常见符号。
图1 四种接地符号
串并联单点接地的优缺点
单点接地可以分为“串联接地”和“并联接地”两种方式。
串联单点接地的方式较为简单,电路之间有公共阻抗,因此由公共阻抗耦合产生的干扰十分严重。如果此时串联在一起的是功率相差很大的电路,那么互相干扰就非常严重。其优势在于减少地环路,因为地线太长会导致地线阻抗较大。然而,串联单点接地不适合于高频应用场合。
并联单点接地方式中,电路板上全部地线连接至公共地线的同一点。这种接地方式的优势是能够引导接地电流流向我们所希望的地方,减小接地敏感部分的Ig(减小Ig可以减小接地部分的电压降,即噪声干扰)。但是其劣势是不适合处理高频的应用场合。
交流地与信号地不能共用
交流地与信号地不能共用,因为在同一段电源地线的两点间可能存在数mV甚至几V电压。对于低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。此外,从布线的角度来看,减少不同电路之间地的干扰也是重要的原因。
值得注意的是,虽然交流地与信号地不能共用,但在某些情况下,交流地线和直流地线可以共用。交流入地的电流比较大,接地也有一定的接地电阻,实际使用时要将两者的接地分开,入地点处要相隔一定距离(约1.3米),使交流信号不会窜入直流电路。如果实在分不开,则尽可能在入地点相接,并在直流的电源线路上多接上退耦电容,减小交流的耦合影响。
浮地与接地的比较
浮地和接地是电子设备中常见的两种电路接地方式。接地是指将电路或系统的基准电位点或平面与大地相连,通常设备的信号地就是与系统基准地相连。而浮地则是一种电路与公共地线可能引起环流的公共导线隔离起来的方式,使不同电位的电路之间配合变得容易,但也容易出现静电积累引起强烈的静电放电。
两者的主要区别在于,接地能够为电路提供一个稳定的参考电位,防止电路受到外界干扰;而浮地则无法为电路提供稳定的参考电位,因此对电路的设计和制造要求较高。此外,浮地方式可以防止电路受到大地电势差的影响,但同时也可能引入新的干扰源。
在实际应用中,选择哪种接地方式取决于具体的应用场景和电路需求。例如,在高频电路中,由于寄生电容和电感的影响更大,通常需要采用多点接地的方式。而对于全机浮空的方式,虽然具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰。
接地的定义
在电子设备中,接地是指将电路或系统的基准电位点或平面与大地相连。通常设备的信号地就是与系统基准地相连。接地是电路设计中最基本的概念之一,它为电路提供了一个稳定的参考电位,防止电路受到外界干扰。
为什么要接地
接地的主要作用是为了保护人身安全和设备安全。当人体接触到带电部分时,电流会通过人体流入地面,如果设备没有接地,那么电流就会通过其他路径流回电源,导致触电事故的发生。而如果设备接地良好,那么电流就会通过地线流入地面,从而保护了人身安全。此外,接地还可以提高设备的抗干扰能力,减少电磁干扰对电路的影响。
常见的接地符号
在电路图中,接地通常用一个带有竖线的圆圈表示,其中竖线表示接地点,圆圈表示接地点所在的区域。此外,还有一些其他的接地符号,如:
1.单点接地符号:表示只有一个接地点。
2.多点接地符号:表示有多个接地点。
3.混合接地符号:表示既有单点接地又有多点接地。
4.悬浮接地符号:表示电路与公共地线隔离开来。
5.浮动接地符号:表示电路的某一部分与公共地线隔离开来。
合适的接地方式
选择合适的接地方式对于保证电路的稳定性和安全性非常重要。常见的接地方式有以下几种:
1.单点接地:将所有电路的基准电位点都连接到同一个接地点上。这种方式简单易行,适用于低频电路和小型电子设备。但是,由于所有电路都共用一个接地点,因此当其中一个电路发生故障时,可能会影响其他电路的工作。
2.多点接地:将不同电路的基准电位点分别连接到不同的接地点上。这种方式可以减少不同电路之间的干扰,提高电路的稳定性和抗干扰能力。但是,需要更多的接地点和导线,成本较高。
3.混合接地:将不同类型的电路采用不同的接地方式。例如,对于高频电路可以采用多点接地的方式,而对于低频电路可以采用单点接地的方式。这种方式可以根据具体的应用场景和电路需求来选择合适的接地方式,既能保证电路的稳定性和安全性,又能降低成本。
4.悬浮接地:将电路与公共地线隔离开来,使电路处于悬浮状态。这种方式可以防止电路受到大地电势差的影响,但同时也可能引入新的干扰源。因此,需要采取一些措施来减小干扰的影响。
5.浮动接地:将电路的某一部分与公共地线隔离开来。这种方式可以防止这部分电路受到其他部分电路的干扰,提高电路的性能和稳定性。但是,需要采取一些措施来减小干扰的影响。
为什么要将模拟地和数字地分开,如何分开?
将模拟地和数字地分开的原因主要是为了减少数字信号对模拟信号的干扰。数字信号一般为矩形波,带有大量的谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开,数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形。当模拟信号为高频或强电信号时,也会影响到数字电路的正常工作。
模拟地与数字地
在实际应用中,模拟地和数字地可以通过以下方式进行分开:
1.单点接地:将所有电路的基准电位点都连接到同一个接地点上。这种方式简单易行,适用于低频电路和小型电子设备。但是,由于所有电路都共用一个接地点,因此当其中一个电路发生故障时,可能会影响其他电路的工作。
2.多点接地:将不同电路的基准电位点分别连接到不同的接地点上。这种方式可以减少不同电路之间的干扰,提高电路的稳定性和抗干扰能力。但是,需要更多的接地点和导线,成本较高。
3.混合接地:将不同类型的电路采用不同的接地方式。例如,对于高频电路可以采用多点接地的方式,而对于低频电路可以采用单点接地的方式。这种方式可以根据具体的应用场景和电路需求来选择合适的接地方式,既能保证电路的稳定性和安全性,又能降低成本。
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