物理与电子信息工程学院.doc

物理与电子信息工程学院学生学年论文（设计）题 目 电子电路接地问题学生姓名 学 号 院 系 物理与电子信息工程系专 业 电子信息工程指导教师 2011年06月1日物理与电子信息工程系本科生学年论文指导记录、指导教师审阅意见表学生姓名学号院、系物理与电子信息工程专 业电子信息工程班级09电信指导教师职 称教授论文题目电子电路接地问题指导记录：下发论文题目，给出电子电路接地问题等方面的一些参考文献。指导教师签名： 学生签名： 2011 年 6 月 1 日指导记录：要求学生认真查找文献，了解电子电路接地问题方面的相关知识。指导教师签名： 学生签名： 2011 年 6 月 8 日指导记录：提出一稿修改意见。指导教师签名： 学生签名： 2011 年 6 月 15 日指导记录：指导学生对文章内容进行校对，包括符号、文字、语言、参考文献、英文摘要等，完成论文。指导教师签名： 学生签名： 2011 年 6 月 22 日指导教师审阅意见：（对学年论文完成情况及质量、工作能力及态度、思想表现、论文学术水平等进行总体评价）该同学在规定时间内进行学年论文的准备和撰写工作。其间，该同学能够按照指导教师的要求认真查阅文献资料，比较熟悉论文所用的软件，经常向指导教师请教和探讨论文研究的内容。论文完成了电子电路接地问题分析，达到了学年论文的基本要求。成 绩 ： 指导教师签名： 2011 年 6 月 24 日电子电路中的接地问题分析赤峰学院物理与电子信息工程学院摘要 在电子电路中，元器件及部分电路的接地方式是非常讲究的。接地的合理与否对电路性能往往有很大的影响。有许多的电路故障就和接地不良有直接的关系；错误的接地甚至还可能引起元器件的损坏。本文就如何在电子电路设计中做到合理接地进行探讨。关键词 地线 电子电路 接地方式1 接地的主要目的及基本方法 电子电路接地的主要目的有三：其一是使一个电子设备中的所有单元电路有一个基准零电位, 该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位。但这种相对的零电位是不稳定的，它会随着外界电磁场的变化而变化，使系统的参数发生变化，从而导致电路系统工作不稳定。当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不合理的工作接地反而会增加电路的干扰。比如接地点不正确引起的干扰，电子设备的共同端没有正确连接而产生的干 这对保证电子电路正常稳定工作是不可缺少的条件之一。其二是防止外界电磁场干扰电路工作, 当然也能防止电路内部产生的电磁场外泄而影响其它电路工作。这一点通常是对带有接地屏蔽体的电路而言。第三是许多电子设备的金属底板、机壳及外露件为了屏蔽等需要, 通常与电路中的地线接在一起。在采用市电电源供电的情况下, 若电路地线与大地相通, 就可避免因绝缘不良或雷击等因素造成触电事故或元器件损坏。这对那些外壳或内电路经常可能与人体相接触的设备如医疗仪器和某些家用电器来说是非常重要的, 但对那些不用市电供电或外壳及外露机件绝缘良好的电子设备来讲就显的不重要。在电子设备中，接地也是控制干扰的重要手段之一，如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。2 接地方式电子电路的基本接地方式一般分为单点接地、多点接地和混合接地等三大类，每一大类中又可分好几种。混合接地是一种将单点和多点方式应用的接地法，它主要适用于复杂的电子电路，下面就单点和多点接地方式作重点介绍。2.1 单点接地方式单点接地方式又称一点接地方式，就是将各种具有不同信号电平的信号接地、噪声地线和金属件地线在电路中适当的一点接地，而不应相互串接。单点接地主要适用于低频电路或直流电路。单点接地方式又可分为单级一点接地方试、多级一点接地方式及整机一点接地方式。如图1中（a）、（b）、（c）、分别为单级、多级和整机一点接地方式. （a） 单级 (b) 多级 (c) 整机 图1 单级、多级和整机一点接地方式 图2和图3以单管放大电路及3级放大器为例,分别示出了两种常用的单点接地方式。其中图2是并联型单点接地电路, 图3是并、串联型单点接地电路。在图2中, 各电路或元器件通过单独的地线连接到一个公共的接地点。这样, 整个接地通道中就不存在环回路, 因而可避免因外界磁力线掠过地环路而产生的地环电流干扰。此外, 各电路和元器件之间不存在（共）地阻抗的藕合作用, 故也不会出现因共地阻抗而造成的干扰。 然而, 在大多数情况下, 并联型单点接地电路中是存在共地线的,有共地线就有共地阻抗, 因为所有的导线都有一定的阻抗。当电路中信号的频率较高或变化较快时, 即使是较短的共地线也将呈现出较大的共地阻抗, 因此瞬时快速变化的地电流在较短的共地线上也可能产生较明显的压降, 这个压降盈加在电路的输入或电源等回路上就会形成共地千扰。所以应尽量缩短共地线的长度, 或者共地线的长度应尽可能做的粗些。 图3是把各个元器件的接地线分成若干组, 组内接地并接, 组与组之间用导线串接, 故称并、串联型接地方式。在图3中,AB便是一段串接地线。显然, 如果AB段地线的阻抗小到可以忽略不记的程度, 则图3与图2的接地方式就没有什么区别了。若不满足这个条件, 则AB 段地线应视为共地线。因此图3比图2多了一条公地线, 形成共地干扰的可能性通常比图2电路大些。但图3的接地方式比图2简单, 便于印刷电路板的布线, 故实际应用还是很普遍的。 图2 并联型单点接地电路 图3 并、串联型单点接地电路 在大功率和小功率电路混合的系统中，切忌使用，因为大功率电路中的地线电流会影响小功率电路的正常工作。解决这个问题的方法是并联单点接地。但是，并联单点接地需要较多的导线，实践中可以采用串联、并联混合接地。 图4 串联、并联混合接地 将电路按照特性分组，相互之间不易发生干扰的电路放在同一组，相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。 这个方法的关键：绝不要使功率相差很大的电路或噪声电平或相差很大的电路共用一段地线。2.2 多点接地方式 图5 电路多点接地方式 为了减小地线电感，在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中，每个电路就近接到低阻抗的地线面上，如机箱。电路的接地线要尽量短，以减小电感。在频率很高的系统中，通常接地线要控制在几毫米的范围内。 多点接地时容易产生公共阻抗耦合问题。在低频的场合，通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时，只能通过减小地线阻抗（减小公共阻抗）来解决。由于趋肤效应，电流仅在导体表面流动，因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻。通常1MHz以下时，可以用单点接地；10MHz以上时，可以用多点接地，在1MHz和10MHz之间时，可如果最长的接地线不超过波长的1/20，可以用单点接地，否则用多点接地。 在单点接地方式中, 为了实现一点接地, 各元器件或各级电路往往需要用较长的地线。这样, 地线的电感及地线的分布电容就明显增大, 在高频电路中很容易形成干扰, 因此高频电路一般不用单点接地方式,而用多点接地方式。图5示出了单管放大电路和3级放大器的多点接地方式。从图6和图7不难看出, 多点接地可以使各条支地线的长度减至最小程度, 因而能有效地防止因地线电感和电容引起的干扰。但必须注意,多点接地电路中由于各支地线以串联方式接人总地线, 因此当总地线阻抗较大时会形成较严重的共地干扰。为此, 多点接地电路中的总地线要用导电性能良好的大面积金属底版、印刷板铜箔等来担当, 这样可以是总线上的任何一点都有基本相等的地电位。有些多点接地电路无法满足上述条件, 它们往往环行地线、大面积环抱地线或每隔一段距离接地一次的地线来减小总地线上的地电位差, 分别如图8、图9、图10所示2。但图810均存在接地环路, 容易受外来磁场及环地电流的干扰。 图6 多点接地 图7 多点接地 多点接地方式实际上也广泛应用在许多低频和直流电路中。因为除了高频小信号放大器和某些有特殊要求的电路外, 其它低频及直流电路一般共地线的要求并不严格, 因此允许多点接地, 这在用印刷线路板安装的电路中是普遍的。但低频电路易手地环电流的影响, 故图810的接地方式大多不用在低频电路中。 图8 环形地线 图9 大面积环抱地线 图10 隔一段距离接地 在采用多点接地方式的多级电路中还必须注意正确排列各单元电路的接地顺序, 其原则是应保证地线电流有小信号单元流向大信号单元. 2.3 混合接地图11 混合接地方式 接地电容的容量一般在10nF以下，取决于需要接地的频率3。 如果将设备的安全地断开，地环路就被切断，可以解决地环路电流干扰。但是出于安环路电流，地线是断开的，而对于50Hz的交流电，机箱都是可靠接地的。 全的考虑，机箱必须接到安全地上。图中所示的接地系统解决了这个问题，对于频率较高的地 3 总结 综上所述, 不论对何种接地方式来讲, 都希望“地”具有理想的零阻抗, 这样可完全避免又共地阻抗所引人的干扰电压。但事实上是做不到的。单点接地方式只有一个接地点, 因而可使共地阻抗降至最低, 单点接地方式所用的各分支地线的长度通常较长, 不适用于高频电路, 故高频电路一般多用多点接地方式。此外，单点接地方式也不便于印刷线路板的布线, 过长的分支地线还可能引人外界电磁干扰, 所以在多级低频及直流电路中也常采用多点接地方式4。不管采用何种接地方式, 还应尽量避免形成地环路, 尤其是大面积的地环路。 参考文献：1 李天明.电子电路中的接地问题.天水师院学报(综合版).2007.2 闫瑞.电子电路接地方式的分析.包头职业技术学院学报.2006.3.3 张峥嵘.印刷电路板设计中的抗干扰措施N.电子报，2003年.10（第7版）.4 张颇宁.电子电路防静电工艺M.北京：电子工业出版社，2005.5 王锡吉. 电子设备可靠性工程基础(M).北京:电子工业部出版社出版,1982. 8致谢: 在本论文的写作过程中，我的导师老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。Analysis of the ground electronic circuitFuchangleChifeng College of Physics and Electronic Information Engineering, Chifeng024000ABSTRACTIn electronic circuits, components and parts of the circuit is very particular about grounding. Grounded on the circuit performance is reasonable or not tend to have great impact. There are many on the circuit and ground fault has a direct relationship betwe