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地线的干扰与抑制

来源:机房360 作者:戴博文 更新时间:2011-12-1 11:02:13

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摘要:本文介绍了地线干扰的形成原因,提出了减小和抑制干扰的策略与接地方法。由于地线中存在的阻抗不能忽略,所以电流流经时必然产生压降,作为基准的地线电位产生了压差,对信号是一种严重干扰,影响电路的正常使用。根据成因,抑制的方式也从地环路干扰和公共阻抗两方面着手,介绍了相应的解决方法。

  1.地线干扰成因
  
   导线的阻抗是电阻和电抗之和,电抗与频率有关,当电流频率f=0时,阻抗等于电阻,频率较高时阻抗基本由感抗决定。由于地线存在阻抗,当电流流过地线时,会在地线上形成电位差,使信号传输出现偏差,这就是地线干扰。
  
  2.地线干扰形式
  
   地线干扰的形式主要有地环路干扰和共阻抗干扰两种。
  
   2.1地环路干扰,如图1所示,电路分别接地,由于地线阻抗的存在,当电流较大时,产生的电压也很大。假如附近有大功率用电设备启动时,在地线中就会流过很强的电流,由于电路的不平衡性,设备间的连接线缆上电流不同,因此会产生差模电压,对电路造成影响。


图1地环路干扰

  2.2公共阻抗干扰,如图2,当两电路共用一段地线时,一个电路的对地电位会受另一个电路电流的钳制,钳制影响是相互的,从而造成相互的干扰。


图2公共阻抗干扰

  3.减小干扰的对策
  
   我们研究的均是信号地,不同于设备外壳的安全接地,信号地流经的往往是高频信号,针对干扰成因,提出下列对策来减小或消除地线干扰。
  
   3.1使设备一端或整个接地断开,采取切断地回路的方式,可以消除地环路电流,如图3,但有两个问题,一个是安全考虑,往往不允许浮地,此时可考虑通过电感接地,这样对于高频电流有较强的抑制作用,对低频信号干扰起到减弱作用。另一个问题,设备浮地时设备对地存在寄生电容,在频率较高时阻抗较低,对高频干扰的抑制不明显。


图3浮地结构

   3.2使用变压器连接设备,如图4,利用磁路切断环路电流,但变压器初次级间的寄生电容仍然能够为高频电流提供通路,因此需选用带屏蔽层的变压器,注意屏蔽层的接地端必须在接受电路的一端,否则不仅不能起到很好的隔离作用,还有可能对干扰进行放大。


图4变压器隔离

  3.3使用光隔离,如图5,这可以说是解决地环干扰的最理想办法。光连接有两种方法,一种是用光耦器件,另一种是用光纤连接,光耦的寄生电容一般为2pf,能够在很高的频率范围内提供良好的隔离。光纤几乎没有寄生电容,但在安装、维护、成本等方面不如光耦器件。


图5光电隔离

   3.4使用共模扼流圈,如图6,相当于增加了地环路的阻抗,但要注意使用寄生电容较小的共模扼流圈,否则对高频干扰的隔离效果不理想,共模扼流圈的匝数越多,则寄生电容越大,高频隔离效果越差。


图6共模扼流圈

  4.消除公共阻抗干扰
  
   消除公共阻抗干扰的途径有两个,一个是减小公共地线部分的阻抗,另一个方法是采用适当的接地方式避免相互干扰。
  
   4.1减小阻抗,如前所述,减小阻抗就是减小地线的电感,其中包括使用扁平导体做地线,用多条相距较远的并联导体作地线等。
  
   4.2通过适当接地方式避免公共阻抗的接地方法是并联接地,如图7,缺点是导线过多,因此在实际中,并不是所有电路都并联单点接地,对于相互干扰较小的电路,可以采用串联单点接地,可将信号按强弱分类,在同类电路中使用串联单点接地,不同类型电路采用并联单点接地,即混合接地方式,如图8。


图7并联接地


图8混合接地

  5.总结
  
   地线造成干扰的现象在工程中屡见不鲜,但究其原因地线阻抗在高频信号下的不可忽略性是根本原因,希望通过本文的介绍能帮助读者在理解成因的基础上灵活应用策略,解决地线干扰。
  
  责任编辑:Randy

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