電路中各類“GND”簡述

賈彥榮 侯瑋 喬兵克 耿靜芬

石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司，中國·河北 石家莊 050208

1 引言

在電路圖中或者電路板上經(jīng)?？吹紾ND（Ground）這個縮寫，GND就是電路中的公共端也就是我們通常所說的“地”，這個“地”一般是指具有地意義的等電位工作面。它可以和電源地相連，也可以和設(shè)備的殼體相連，也可以是等電位端的連接，具體需要根據(jù)電路來確定。

2 地的接地形式

在現(xiàn)實生活中電路的接地形式相對來說比較豐富，包括單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、浮地和混合接地等幾種。一般情況下，單點(diǎn)接地的方式與地面只有一個連接點(diǎn)，所有的“地”都跟這個接地點(diǎn)直接連接。這種接地形式一般用于工作頻率低于1MHz 的低頻電路中，這種電路的布線以及元器件之間相互影響比較小。在多點(diǎn)接地的設(shè)置過程中，通常是將電子設(shè)備的接地點(diǎn)直接連接到與他距離最近的地面上，或者直接連接到跟殼體相連的敷銅上，采取這種接地方式的主要原因是在10MHz 的高頻電路中，寄生電容和電感對于電路具體性能的影響相對來說比較大，而通過該方式可以有效降低這種影響，保證接地的有效性。浮地一般情況下，是指電路的地與殼地不直接產(chǎn)生連接關(guān)系，這種方式可以讓功率地和信號地之間的隔離電阻變得特別大，可以有效地阻止共地阻抗電路性耦合所產(chǎn)生的電磁干擾，這種方式的應(yīng)用范圍相對來說比較特定，主要用在交流地與直流地進(jìn)行分離或者是放大器電路中。它的優(yōu)點(diǎn)是該電路不受地線回路對電路性能的影響。其缺點(diǎn)是該電路易受到電路中布線及元器件寄生電容的影響，從而使該電路的地電位產(chǎn)生波動，影響模擬電路的性能[1]。

3 地的種類

“地”是電子電路設(shè)計中一個非常重要的概念?！暗亍钡姆N類與作用有多種，易于混淆，“地”的使用不當(dāng)會對電路性能產(chǎn)生較大影響。由于設(shè)備在設(shè)計過程中的不同，所以接地類型也分為信號接地和設(shè)備接地兩種方式。

3.1 信號接地

信號“地”又稱作參考“地”，就是零電位的參考點(diǎn)，主要有以下幾種：

①直流地：直流電路“地”，部分電路中叫做直流回線，零電位參考點(diǎn)。

②交流地：交流電的零線，有部分電路也叫做中抽，應(yīng)與地線區(qū)別開。

③功率地：主要用于功率放大和推動電路等大電流器件、大功率器件的零電位參考點(diǎn)。

④模擬地：顧名思義就是模擬電路中的“地”，常見于放大器、采樣保持電路、A/D 轉(zhuǎn)換器和比較器等的零電位參考點(diǎn)。

⑤數(shù)字地：即數(shù)字電路中的“地”，也稱作邏輯地，是數(shù)字電路的零電位參考點(diǎn)。

⑥“熱地”：開關(guān)電源中在未使用變壓器的情況下，它的開關(guān)電路的“地”和輸入電源的地是強(qiáng)相關(guān)的關(guān)系，這里稱作 “熱地”。

⑦“冷地”：開關(guān)電源的在使用高頻變壓器的情況下，將輸入、輸出端進(jìn)行了有效隔離；同時在其反饋電路中采用光電耦合器進(jìn)行信號的反饋和電路控制，也將輸入輸出的“地”進(jìn)行了隔離，這時輸出端的地稱為“冷地”。

3.2 設(shè)備接地

設(shè)備接地是將設(shè)備與大地建立等電位進(jìn)行的連接，主要起到安全保護(hù)的作用，設(shè)備接地主要有以下幾種：

①保護(hù)地，通過電氣連接方式可以將設(shè)備外殼與接地裝置進(jìn)行連接，可以有效保護(hù)人員安全。

②防靜電地，用于泄放電子設(shè)備積累的電荷，避免積累電荷瞬間放電對設(shè)備電路造成損傷。

③屏蔽地，避免外部電磁環(huán)境對電子設(shè)備內(nèi)部電路造成干擾，影響設(shè)備工作穩(wěn)定性。

④防雷接地，是為了防止雷電對電子設(shè)備造成災(zāi)難性影響而設(shè)置的“地”。

以上是對電子設(shè)備中各類地的簡單匯總，不妥之處敬請諒解[2]。

4 就接地問題提出的一些看法

4.1 控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地的方式

在實際的接地過程中，不同頻率的電路在接地方面也存在很大的差異，一般情況下，高頻電路應(yīng)當(dāng)采取就近多點(diǎn)接地的方式，而低頻電路通常都會采取一點(diǎn)接地的方式。在對低頻電路進(jìn)行控制的過程中，布線和原件的電感之間并不會因為出現(xiàn)摩擦而產(chǎn)生比較大的問題，但是由于在接地過程中形成了相應(yīng)的環(huán)路，采用其他方式對這種環(huán)路所造成的影響是非常大的，而采取一點(diǎn)接地的方式，可以有效地避免這些問題。如此一來，可以很好地保證低頻電路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，另外還可以保證人員的人身安全。但是在高頻電路的接地過程中并不適合采取一點(diǎn)接地的方式，主要是由于高頻電路的電流量比較高，這時候地線上就會由于電感的增加導(dǎo)致抗阻也增加，而這時各個地線之間又由于摩擦產(chǎn)生了電感耦合，如果采取一點(diǎn)接地的方式，那么就很容易發(fā)生短路等安全事故。在實際的應(yīng)用過程中，如果頻率小于1MHz，就采取一點(diǎn)接地的方式，但是如果頻率大于10MHz，就要采取多點(diǎn)接地的方式。如果頻率位于1～10MHz，那么具體的接地方式要視當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境而定。

4.2 交流地與信號地不能共用

在一段比較完整的電源地線的，兩點(diǎn)之間會存在很大的電壓，而這個電壓有時候甚至?xí)_(dá)到幾千瓦的，這對于某些低電平的信號電路來說造成了很大的信號干擾。因此，必須要針對這些問題進(jìn)行有效的防范，但是如果所采取的方法不對，那么對于該電路信號來說仍然會產(chǎn)生很大的干擾，會嚴(yán)重影響運(yùn)用該電路的居民正常生活，還很容易發(fā)生一些安全事故。

4.3 浮地與接地的比較

通常情況下，在接地過程中會采用全機(jī)浮空的方式，具體來說，這種方式就是在操作過程中要求各個系統(tǒng)的各個部分與大地浮置起來，雖然這種方式的操作相對來說比較簡單，在該方法的運(yùn)用過程中，一定要保證整個系統(tǒng)與大地絕緣的電阻不得小于50Ω，否則該方法在運(yùn)用過程中就發(fā)揮不了很好的效能，那么就有可能會帶來相應(yīng)的干擾，因此又產(chǎn)生了一些負(fù)面的效應(yīng)。在具體的應(yīng)用過程中，還有一種比較特殊的方法，就是將其可接地，而其余的部分是懸浮在空中的，這種方法的抗干擾能力比前一種方法更強(qiáng)，而且更加安全可靠，并且不會產(chǎn)生其他的干擾，但是在具體的操作過程中，難度相對來說就比較大，因此在采取具體方法時，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況以及具體需求來選擇。

4.4 模擬地

在模擬地中所采取的接地方法是非常重要的，在模擬過程中為了提高抗共模干擾能力，對于模擬信號通常都會采取屏蔽地技術(shù)。但是在該技術(shù)的實施過程中是具備一定難度的，而且實施流程相對來說也比較復(fù)雜，所以對于具體的模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的相應(yīng)要求進(jìn)行操作，并且成立專門的模擬地小組，對該模擬地的接地方法進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，以防出現(xiàn)差池。

4.5 屏蔽地

在控制系統(tǒng)中，為了減少信號中電容耦合噪聲，并且進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測和有效的控制，通常情況下都會對信號采取相應(yīng)的屏蔽措施，根據(jù)屏蔽目的的不同，屏蔽地的具體接線方法也有很大的不同。通常情況下，電場屏蔽一般會連接大地，主要解決分布電容等方面的一些問題。之所以采取該接地的方式，是為了避免一些雷達(dá)和電臺等在運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的輻射干擾，而為了保證輻射阻隔的效果，通常情況下都會采取一些低阻的金屬材料，這些材料也要連接大地。在實際的應(yīng)用過程中磁場屏蔽主要用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng)，所采取的屏蔽方式，就是通過高導(dǎo)材料讓整個電路形成有效的閉合，而在這個過程中也要確保接地。如果是在低頻電纜的保護(hù)層設(shè)置過程中，通常都會采取一點(diǎn)接地的方式，但是如果電纜的頻率比較高那么就要采取多點(diǎn)接地的方式，這與其他線路在接地過程中的原理是一致的。如果在一些高頻電纜中仍然采取一點(diǎn)接地的方式，那么就容易導(dǎo)致噪聲電流比較大，產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染，對當(dāng)?shù)鼐用竦娜粘Ｉ顏碚f是非常不利的。

此外，一定要搞清楚相連接的放大器是否接地，然后再采取相應(yīng)的連接方式，避免出現(xiàn)錯誤而影響整個電路正常運(yùn)行[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，作者在論文中對其進(jìn)行了全面的剖析，希望能夠給予大家一些啟發(fā)，希望大家在閱讀論文之后能夠?qū)⒆约旱乃妓脒M(jìn)行全面的反饋，從而全面推進(jìn)其發(fā)展。