重要提示
接地技術在現代電子領域得到了廣泛而深入的應用。
1.兩大類接地
電子設備的“地”通常有兩種含義：“大地”(安全地，在電路中用符號
表示)和“系統基準地”(信號地，在電路中用符號
或
表示，一般是接機殼或底板)。 接地技術早期主要應用在電力系統中，後來接地技術延伸應用到弱電系統中。
“接大地”是以地球的電位為基準，並以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連。由於大地的電容非常大，一般認為大地的電勢為 0 V。
系統基準地就是指在系統與某個電位基準面之間建立低阻的導電通路，在弱電系統中的接地一般不是指真實意義上與地面相連的接地。
2.接地
電子設備將接地線接在一個作為參考電位的導體上，當有電流通過該參考電位時，接地點是電路中的共用參考點，這一點的電位為0 V。
電路中，其他各點的電位高低都是以這一參考點為基準的，一般在電路圖中所標出的各點電壓數據都是相對接地端的大小，這樣可以大大方便修理中的電壓測量。
3.地線
相同接地點之間的連線稱為地線。圖5-1是電子電路圖中的地線示意圖。
圖5-1 電子電路圖中的地線示意圖
4.接地目的
把接地平面與大地連接，往往是出於以下考慮：提高設備電路系統工作的穩定性，靜電洩放，為工作人員提供安全保障。
重要提示
接地的目的是出於安全考慮，即保護接地;為信號電壓提供一個穩定的零電位參考點(信號地或系統地)，起屏蔽保護作用。
5.安全接地
安全接地即將高壓設備的外殼與大地連接。圖5-2所示是電冰箱保護性接地。
圖5-2 示意圖
這種接地出於以下方面的保護目的。
(1)防止機殼上積累電荷，產生靜電放電而危及設備和人身安全，例如，計算機機箱的接地，油罐車那根拖在地上的尾巴，都是為了使積聚在一起的電荷釋放，防止出現事故。
(2)當由於設備的絕緣損壞而使機殼帶電時，電源的保護動作而切斷電源，以便保護工作人員的安全，如電冰箱、電飯煲的外殼。
(3)可以屏蔽設備巨大的電場，起到保護作用，如民用變壓器的防護欄。
6.防雷接地
當電力電子設備遇雷擊時，不論是直接雷擊還是感應雷擊，如果缺乏相應的保護，電力電子設備都將受到很大損害甚至報廢。為防止雷擊，一般在高處(如屋頂、煙囪頂部)設置避雷針與大地相連，如圖5-3所示，以防雷擊時危及設備和人員安全。
圖5-3 示意圖
重要提示
安全接地與防雷接地都是為了給電子電力設備或者人員提供安全的防護措施，用來保護設備及人員的安全。
接地電阻是接地體的流散電阻與接地線的電阻之和。接地電流流入地下後，通過接地體向大地作半球形散開，這一接地電流就叫流散電流。流散電流在土壤中遇到的全部電阻叫流散電阻。流散電阻需用專門的接地電阻測量儀測量。
接地電阻的阻值要求是：安全接地小於4 Ω，防雷裝置小於1 Ω。
7.工作接地
工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。這個基準電位一般設定為0 V。該基準電位可以設為電路系統中的某一點、某一段或某一塊等。
(1)未與大地相連。當該基準電位不與大地連接時，視為相對的零電位，但這種相對的零電位是不穩定的，它會隨著外界電磁場的變化而變化，使系統的參數發生變化，從而導致電路系統工作不穩定。
(2)與大地相連。當該基準電位與大地連接時，基準電位視為大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化。但是不合理的工作接地反而會增加電路的干擾，例如，接地點不正確引起的干擾，電子設備的共同端沒有正確連接而產生的干擾。
重要提示
為了有效控制電路在工作中產生的各種干擾，一般都要使之符合電磁兼容原則。設計電路時，根據電路的性質可以將工作接地分為不同的種類，如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。
8.信號地
信號地是各種物理量信號源零電位的公共基準地線。由於信號一般都較弱，易受干擾，不合理的接地會使電路產生干擾，因此對信號地的要求較高。
9.模擬地
模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。模擬電路中有小信號放大電路、多級放大電路、整流電路、穩壓電路等，不適當的接地會引起干擾，影響電路的正常工作。
重要提示
模擬電路中的接地對整個電路來說有很大的意義，它是整個電路正常工作的基礎之一。所以模擬電路中，合理的接地對整個電路的作用不可忽視。
10.數字地
數字地是數字電路零電位的公共基準地線。由於數字電路工作在脈衝狀態，特別是脈衝的前後沿較陡或頻率較高時，會產生大量的電磁波干擾電路。
重要提示
如果接地不合理，會使干擾加劇，所以對數字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。
11.電源地
電源地是電源零電位的公共基準地線。由於電源往往同時供電給系統中的各個單元，而各個單元要求的供電性質和參數可能有很大差別，因此既要保證電源穩定可靠的工作，又要保證其他單元穩定可靠的工作。電源地一般是電源的負極。
12.功率地
功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由於負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高，如果接地的地線電阻較大，會產生顯著的電壓降而產生較大的干擾，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其他弱電地分別設置，以保證整個系統穩定可靠的工作。
13.屏蔽接地
屏蔽與接地應當配合使用，才能有良好的屏蔽效果，主要是為了考慮電磁兼容，典型的兩種屏蔽是靜電屏蔽與交變電場屏蔽。
(1)交變電場屏蔽。為降低交變電場對敏感電路(比如多級放大電路、RAM和ROM電路)的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體，或將干擾源、敏感電路分別屏蔽，並將金屬屏蔽體接地，如圖5-4所示。
圖5-4 示意圖
重要提示
只要金屬屏蔽體良好接地，就能極大地減小交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，這樣電路就能正常工作了。
(2)靜電屏蔽。當用完整的金屬屏蔽體將帶電導體包圍起來時，在屏蔽體的內側將感應出與帶電導體等量異種的電荷，外側出現與帶電導體等量的同種電荷，因此外側仍有電場存在。
如果將金屬屏蔽體接地，如圖5-5所示，外側的電荷將流入大地，金屬殼外側將不會存在電場，相當於殼內帶電體的電場被屏蔽起來了。
圖5-5 示意圖
14.電路的屏蔽罩接地
各種信號源和放大器等易受電磁輻射干擾的電路應設置屏蔽罩。
重要提示
由於信號電路與屏蔽罩之間存在寄生電容，因此要將信號電路地線末端與屏蔽罩相連，以消除寄生電容的影響，並將屏蔽罩接地，以消除共模干擾。
15.電纜的屏蔽層接地
在一些通信設備中的弱電信號傳輸電纜中，為了保證信號傳輸過程中的安全和穩定，可以使用外面帶屏蔽網的電纜。圖5-6是同軸電纜示意圖，它的作用是防止干擾其他設備並防止本身被幹擾。
圖5-6 同軸電纜示意圖
例如，閉路電視使用的是同軸電纜和音頻線，它們外面的金屬網用來起屏蔽作用。
為了進一步提高同軸電纜的抗干擾效果，同軸電纜的接線要採用專門的接線頭。圖5-7是同軸電纜接線頭實物示意圖。
圖5-7 同軸電纜接線頭實物示意圖
重要提示
屏蔽電纜分類：普通屏蔽線，適用於頻率低於30 kHz的電纜;屏蔽雙絞線，適用於頻率低於100 kHz的電纜;同軸電纜，適用於頻率低於100 MHz的電纜。
16.電纜屏蔽層雙端接地
圖5-8是電纜的屏蔽層雙端接地示意圖，它在電纜的信號源和負載端同時將屏蔽層接地。
圖5-8 電纜的屏蔽層雙端接地示意圖
重要提示
如果周圍環境的噪聲干擾比較大，則應該採用這種雙端接地方式。
17.電纜屏蔽層單端接地
圖 5-9 是電纜的屏蔽層單端接地示意圖，它只在電纜的信號源端將屏蔽層接地。
圖5-9 電纜的屏蔽層單端接地示意圖
重要提示
如果信號傳輸距離大於幾百米，周圍環境的噪聲干擾比較小，為了抑制低頻共模干擾(電源紋波干擾)，也可以採用這種單端接地方式，不將電纜負載端接地。
18.低頻電路電纜的屏蔽層接地
頻率低於1 MHz 的電纜屏蔽層應採用單端接地的方式，屏蔽層接地點應當與電路的接地點一致，一般是電源的負極。圖5-10是幾種低頻電纜單端接地方式示意圖。
圖5-10 幾種低頻電纜單端接地方式示意圖
圖5-11是屏蔽雙絞線實物示意圖。雙絞線是兩根線纏繞在一起製成的，雙絞線的絞扭若均勻，所形成的小回路面積相等而法線方向相反，這時其磁場干擾可以相互抵消。屏蔽雙絞線則是在雙絞線基礎上再加屏蔽層製成的。
圖5-11 屏蔽雙絞線實物示意圖
19.屏蔽線屏蔽層接地方法
同軸電纜有專用的接線頭，普通屏蔽線可以採用針型插頭連接(又稱蓮花插頭、RCA插頭)，如圖5-12所示，這樣可以提高屏蔽效果，這種連接頭可以進行音頻和視頻連接。
在實現屏蔽層與電路板直接焊接時，接地時應儘量避免所謂的“豬尾巴”效應。如圖5-13所示，屏蔽電纜的一端在與電路板連接時屏蔽層的編織網被集中在一側，扭成“豬尾巴”狀的辮子，而芯線有相當長的一段露出屏蔽層，這種做法在很大程度上會降低屏蔽效果。芯線不能曝露在外界電磁場中。
圖5-12 示意圖
圖5-13 示意圖
20.多層屏蔽電纜屏蔽層接地
對於多層屏蔽電纜，每個屏蔽層應在一點接地，但各屏蔽層之間應相互絕緣。
21.高頻電路電纜的屏蔽層接地
高頻電路電纜的屏蔽層接地應採用多點接地的方式。高頻電路的信號在傳遞中會產生嚴重的電磁輻射，數字信號在傳輸過程中會嚴重衰減，缺少良好的屏蔽會使數字信號產生錯誤。
重要提示
接地一般採用的原則是：當電纜長度大於工作信號波長的0.15倍時，採用工作信號波長0.15倍的間隔多點接地，如果不能實現，則至少將屏蔽層兩端接地。
22.電纜差模和共模電流回路
圖5-14是電纜產生的差模輻射和共模電流回路產生的共模輻射示意圖。
圖5-14 示意圖
重要提示
差模電流回路就是電纜中的信號電流回路，而共模電流回路是電纜與大地形成的。
23.屏蔽電纜各種接地方式抗干擾效果
屏蔽電纜單端接地方式能夠很好地抑制磁場干擾，同時也能很好地抑制磁場耦合干擾。
對於屏蔽電纜雙端接地方式，它抑制磁場干擾的能力比單端接地方式電路要差。
對於屏蔽電纜屏蔽層不接地方式，屏蔽電纜的屏蔽層懸空，只有屏蔽電場耦合干擾的能力，無抑制磁場耦合干擾的能力。
24.系統的屏蔽體接地
當整個系統需要抵抗外界電磁干擾，或需要防止系統對外界產生電磁干擾時，應將整個系統屏蔽起來，並將屏蔽體接到系統地上。例如計算機的機箱、敏感電子儀器、某些儀表。
25.電源變壓器屏蔽層
圖5-15是電源變壓器屏蔽層示意圖，通常屏蔽層只有一層，設置在一次繞組和二次繞組之間。
圖5-15 電源變壓器屏蔽層示意圖
重要提示
共模干擾是一種相對大地的干擾，所以它主要通過變壓器繞組間的耦合電容來傳輸。在一次繞組和二次繞組之間插入屏蔽層，並使之良好接地，便能使干擾電壓通過屏蔽層旁路掉，從而減小輸出端的干擾電壓。屏蔽層對變壓器的能量傳輸並無不良影響，但是影響了繞組間的耦合電容，即減小了分佈電容，達到抑制共模干擾的目的。
圖5-16所示是電源變壓器屏蔽層的幾種接地電路。
圖5-16 示意圖
26.電源線共模扼流圈
圖5-17是直流電源線實物示意圖，鐵氧體磁環套在兩根導線上，也可起到共模扼流的作用。
圖5-17 直流電源線實物示意圖
重要提示
利用光電耦合器只能傳輸差模信號，不能傳輸共模信號，完全切斷了兩個電路之間的地環路，可傳輸直流和低頻信號，但是抑制了共模干擾。
27.設備金屬外殼接地
電子設備中，往往含有多種電路，如低電平的信號電路(如高頻電路、數字電路、小信號模擬電路等)、高電平的功率電路(如供電電路、繼電器電路等)。為了安裝電路板和其他元器件，並抵抗外界電磁干擾，需要設備具有一定機械強度和屏蔽效能的外殼。
這些較複雜的設備接地時一般要遵循以下原則。
50 Hz電源零線應接到安全接地螺栓處，對於獨立的設備，安全接地螺栓設在設備金屬外殼上，並有良好的電氣連接;為防止機殼帶電危及人身安全，絕對不允許用電源零線作地線代替機殼地線。
為防止高電壓、大電流和強功率電路(如供電電路、繼電器電路)對低電平電路(如高頻電路、數字電路、模擬電路等)的干擾，一定要將它們分開接地，並保證接地點之間的距離。信號地分為數字地和模擬地，數字地與模擬地要分開接地，最好採用單獨電源供電並分別接地，信號地線應與功率地線和機殼地線相絕緣。
信號地線可另設一個和設備外殼相絕緣的信號地接地螺栓，該信號地接地螺栓與安全接地螺栓的連接有3種方法，其選用取決於接地的效果，具體如下。
(1)不連接而成為浮地式，浮地的效果不好，一般不採用。
(2)直接連接成為單點接地式，注意是在低頻電路中採用單點接地。
(3)通過1 ～3 μF 電容器連接，這是直流浮地、交流接地方式。
其他的接地最後全部匯聚在安全接地螺栓上，該點應位於交流電源的進線處。
28.單點接地
工作接地根據工作頻率等實際情況，可以採用幾種接地方式。
工作頻率低(低於1 MHz)的系統一般採用單點接地方式，如圖5-18所示，就是把整個電路系統中的一個結構點看成一個接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，最好設置一個安全接地螺栓，以防兩點接地產生共地阻抗的電路性耦合。
圖5-18 示意圖
多個電路的單點接地方式又分為串聯和並聯兩種，由於串聯接地產生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好採用並聯的單點接地方式。
重要提示
為防止電路自身的工頻和其他雜散電流在信號地線上產生干擾，信號地線應與功率地線和安全地線相絕緣，且只在功率地、安全地和接地線的安全接地螺栓上相連，這裡不包括浮地連接方式。
29.多點接地
多點接地是指設備中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短，如圖5-19所示。
圖5-19 示意圖
在該電路系統中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地迴路。因為接地引線的感抗與頻率、長度成正比，工作頻率高將增加共地阻抗，從而將增加共地阻抗產生的電磁干擾，所以要求地線的長度儘量短。
重要提示
採用多點接地時，儘量找最低阻值接地面接地，一般用在工作頻率高於 30 MHz 的電路中。這種電路一般是工作頻率高的弱電電路，如果接地點安排不當，會產生嚴重的干擾，如要分開接，以避免數字電路與模擬電路的共模干擾。
30.混合接地
工作頻率介於1 ～30 MHz 的電路採用混合接地方式。當地線的長度小於工作信號波長的1/20時，採用單點接地方式，大於這個值的採用多點接地方式。有時可視實際情況靈活處理。
31.浮地
浮地是指設備地線系統在電氣上與大地絕緣的一種接地方式。其優點是該電路不受大地電性能的影響;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並增加了對模擬電路的感應干擾。
該電路的地與大地無導體連接，易產生靜電積累而導致靜電放電，可能造成靜電擊。
32.正或負極性電源接地符號
圖5-20是正極性和負極性電源電路的接地示意圖。正電源供電時出現了接地符號，電池E負極用接地符號表示，正極用+V表示，顯然電路圖比較簡捷，方便識圖。
圖5-20 正極性和負極性電源電路的接地示意圖
重要提示
負電源供電時，−V端是電池的負極，接地點是電池的正極。
33.正、負極性電源同時供電時的接地符號
圖5-21所示是正、負極性電源同時供電時的接地符號。
圖5-21 示意圖
圖5-21(a)中沒有接地的電路符號，電路中的E1和E2是直流電源，a點是兩電源的連接點，將a點接地就是標準形式的電路圖，+V表示正電源(E1的正極端)，−V表示負電源(E2的負極端)。電路中的接地點對E1而言是與負極相連，對E2而言是與正極相連。
34.電路中接地處處相通
圖5-22是電子電路中接地符號示意圖。接地點電壓為 0 V，電路中其他各點的電壓高低都是以這一參考點為基準，電路圖中標出的各點電壓數據是相對地端的大小。
圖5-22 電子電路中接地符號示意圖
重要提示
少量電路圖中會出現兩種不同的接地符號，圖5-23所示是兩種不同的接地電路符號。這時一定要注意，這表示電路中存在兩個彼此獨立的直流電源供電系統，兩個接地點之間高度絕緣，切不可用導線將接地點之間接通。
圖5-23 示意圖
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