电磁兼容讲义-接地与搭接课件

,*,东南大学电磁兼容研究室， Copyright 2002, All rights reserved,*,8,接地与搭接,8 接地与搭接,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.1,电子设备接地的目的,作为信号传输的返回通路和各级电路的供电回路；,提供电位基准（不一定是大地零电位）；,设备“地”与大地连接：,提高设备工作稳定性；,泻放机箱上积累的静电电荷；,为设备和操作人员提供安全保障,8.1 电子设备接地的目的作为信号传输的返回通路和各级电路的,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.2,安全地线,为什么设置安全地线：,绝缘破坏时安全地线能起保护作用；,防止设备感应带电而造成电击；,防止雷击事故,8.2 安全地线为什么设置安全地线：防止设备感应带电而造成电,8.2,安全地线,设置安全地线的方法：,单相供电,三相供电,三相五线制,三相四线五线制,8.2 安全地线设置安全地线的方法：三相供电三相四线五线制,8.2,安全地线,接地装置：,埋设铜板,打入地桩,钻孔法,埋设导线,地下管道,8.2 安全地线接地装置：,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.3,地线中的干扰,本部分所讨论的地线是指电子设备中各种电路单元电位基准的连接线，即电源地线或信号地线。,理想地线是一个零阻抗、零电位的物理实体，它不仅是各相关电路中所有信号电平的参考点，而且当有电流通过时也不产生压降。,8.3 地线中的干扰本部分所讨论的地线是指电子设备中各种电路,8.3,地线中的干扰,地阻抗干扰,8.3 地线中的干扰地阻抗干扰,8.3,地线中的干扰,地环路干扰,e,i,环路中的感应电势,(V),；,S,环路在磁场垂直方向上的投影面积,(m,2,),；,B,穿过环路的磁通密度,(T,，,1T= V,s/ m,2,),。,8.3 地线中的干扰地环路干扰ei环路中的感应电势 (V),8.3,地线中的干扰,地线中的等效干扰电动势,假设某一段地线的电阻为,R,g,，电感为,L,g,，流过的电流为,i,g,，则在这段地线上产生的压降,U,g,为,U,g,=,i,g,(,R,g,+j,L,g,),假设这段地线与电源正极馈线,(,或信号线,),构成的环路面积为,S,。则在这段地线上产生的总的干扰电动势为,8.3 地线中的干扰地线中的等效干扰电动势假设某一段地线的电,8.3,地线中的干扰,地线中的等效干扰电动势,减小地线干扰的措施：,减小地线阻抗和电源馈线阻抗；,正确选择接地方式和阻隔地环路。,8.3 地线中的干扰地线中的等效干扰电动势减小地线干扰的措施,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.4,低阻抗地线的设计,地线阻抗,Z,g,包括电阻分量,R,g,和电感分量,L,g,，可记为：,Z,g,R,g,+j,L,g,8.4 低阻抗地线的设计地线阻抗Zg包括电阻分量Rg和电感分,8.4,低阻抗地线的设计,孤立圆直导体射频电阻与直流电阻之比和频率、直径的关系,8.4 低阻抗地线的设计孤立圆直导体射频电阻与直流电阻之比和,8.4,低阻抗地线的设计,圆截面铜直导体的电感,l,导体的长度,(cm),；,d,导体的直径,(cm),。,8.4 低阻抗地线的设计圆截面铜直导体的电感l导体的长度,8.4,低阻抗地线的设计,矩形铜直导体的电感为,表明在截面积一定的情况下，增加宽度可减小导体的电感量。,因此，无论从导体的射频电阻还是电感方面考虑，采用宽,/,厚比值大的扁铜带制作地线都是合理的。,8.4 低阻抗地线的设计矩形铜直导体的电感为表明在截面积一定,8.4,低阻抗地线的设计,低阻抗电源馈线,电源馈线的特性阻抗,Z,C,减小馈线的分布电感，增加分布电容：,当负载电流突变时，负载两端瞬时电压变化值为：,U,L,=,I,L,Z,C,减小电源馈线的特性阻抗，就可减小馈线上的瞬态压降。,低阻抗馈线还可减小馈线的环路面积，有利于抑制地环路干扰。,采用长宽比小的扁导体；,在满足耐压条件下，尽量减小正负馈线的间距。,8.4 低阻抗地线的设计低阻抗电源馈线电源馈线的特性阻抗ZC,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.5,阻隔地环路干扰的措施,为有效地传输信号、抑制干扰，就需采取措施使信号,U,S,能顺利地输至电路,2,，而地线中的干扰,U,g,在输至电路,2,时受到阻挡。,这种措施称为阻隔地环路。,8.5 阻隔地环路干扰的措施为有效地传输信号、抑制干扰，就需,8.5,阻隔地环路干扰的措施,变压器耦合,取上述复数之模得,当直接由信号线传输时，地线中干扰电压,U,g,全部加到,R,L,上；采用变压器后，加到,R,L,上的电压减为,U,n,8.5 阻隔地环路干扰的措施变压器耦合取上述复数之模得当直接,8.5,阻隔地环路干扰的措施,变压器抑制干扰的能力,8.5 阻隔地环路干扰的措施变压器抑制干扰的能力,8.5,阻隔地环路干扰的措施,纵向扼流圈,(,中和变压器,),传输信号,8.5 阻隔地环路干扰的措施纵向扼流圈(中和变压器)传输信号,8.5,阻隔地环路干扰的措施,纵向扼流圈,(,中和变压器,),传输信号,f,C,=,R,C2,/(2,L,),是纵向扼流圈自身参数确定的截止频率，其物理意义表示：当传输频率等于截止频率时，信号电流将有,70,流过地线。,8.5 阻隔地环路干扰的措施纵向扼流圈(中和变压器)传输信号,8.5,阻隔地环路干扰的措施,纵向扼流圈,(,中和变压器,),传输信号,当,f,5,f,C,时，地线中的干扰在负载上所反映的电压仅为,20,，表明纵向扼流圈将对地线干扰起到有效的抑制作用。,8.5 阻隔地环路干扰的措施纵向扼流圈(中和变压器)传输信号,8.5,阻隔地环路干扰的措施,纵向扼流圈,(,中和变压器,),传输信号,纵向扼流圈有如下特点,：,a.,它既能传输交流信号，又可传输直流信号；,b.,扼流圈对地线中高频干扰的抑制能力强；,c.,扼流圈可有效地抑制线路中所传输的高频信号对其他电路单元的干扰。,8.5 阻隔地环路干扰的措施纵向扼流圈(中和变压器)传输信号,8.5,阻隔地环路干扰的措施,电路单元间用同轴电缆传输信号,两电路单元间的信号传输采用同轴电缆，能有效地抑制地环路干扰。其等效电路与纵向扼流圈类似。,8.5 阻隔地环路干扰的措施电路单元间用同轴电缆传输信号 两,8.5,阻隔地环路干扰的措施,光耦合器,8.5 阻隔地环路干扰的措施光耦合器,8.5,阻隔地环路干扰的措施,用差分放大器减小由地电位差引起的干扰,8.5 阻隔地环路干扰的措施用差分放大器减小由地电位差引起的,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.6,电子设备的接地,接地的种类,悬浮地,单点接地,多点接地,悬浮地,悬浮地缺点：,设备容易出现静电积累,有引起触电的危险。,悬浮地应用：,用变压器或光耦合器传输信号、阻隔地环路干扰的措施，就是把个别单元电路的信号地对整个设备接地系统悬浮的实例。,不宜用于通信系统和一般的电子设备,8.6 电子设备的接地接地的种类悬浮地悬浮地悬浮地缺点：悬浮,8.6,电子设备的接地,单点接地,串联式单点接地因各单元共用一条线，易引起共地阻抗干扰。,低频时可有效地避免各单元间的地阻抗干扰；,高频时，相邻地线间的耦合,(,电感性和电容性,),增强，易造成各单元间的相互干扰；,并联式接地的地线总数大大增加，导致设备的重量和体积增大，成本提高。,8.6 电子设备的接地单点接地串联式单点接地因各单元共用一条,8.6,电子设备的接地,多点接地,接地平面,:,可以是设备的底板,;,可以是贯通整个系统的接地母线,;,在比较大的系统中，还可以是设备结构框架等。,多点接地系统的优点是电路构成比单点接地简单，接地线上出现高频驻波现象的可能性显著减小。,采用多点接地后设备内部会增加许多地线回路。,接地点的增加，必须加强维护，以免腐蚀、振动、温度变化等因素使接地系统中出现高阻抗点。,8.6 电子设备的接地多点接地接地平面:多点接地系统的优点是,8.6,电子设备的接地,混合接地,多点接地系统中存在着各种地线回路，它们对于设备内较低电平的信号单元可能产生不良影响。,设备内的地线分为两大类：电源地与信号地。,在信号地中，应根据不同的工作频率采用相应的接地方式：射频、中频放大部分采用多点接地；显示器、记录仪等低频电路则采用单点接地方式。,8.6 电子设备的接地混合接地多点接地系统中存在着各种地线回,8.6,电子设备的接地,多级电路的接地,前两级放大器和带通滤波器单独用地线与总地线相连接。末级功率放大器和高电平信号电路共用一根地线接到总地线，这样高电平电路所产生的地线干扰不会影响低电平电路。,多级电路接地点应选在低电平电路的输入端，使其最接近于基准地位。尽量缩短输入级的接地线，减小受干扰的可能性。,8.6 电子设备的接地多级电路的接地前两级放大器和带通滤波器,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.7,电缆屏蔽层的接地,屏蔽电缆抑制干扰的能力除与其屏蔽层本身的质量有关外，还与屏蔽层的接地方法密切相关。,传输信号的频率不同，屏蔽层也应采用不同的方法接地。,8.7 电缆屏蔽层的接地屏蔽电缆抑制干扰的能力除与其屏蔽层本,8.7,电缆屏蔽层的接地,低频时电缆屏蔽层的接地,屏蔽层接地方式对磁场干扰抑制能力的影响,(100kHz,测试）,8.7 电缆屏蔽层的接地低频时电缆屏蔽层的接地屏蔽层接地方式,8.7,电缆屏蔽层的接地,电缆屏蔽层单点接地时接地点的选择,为使单点接地的电缆屏蔽层兼有最好的电屏蔽效能，其接地点应有所选择。,信号源不接地时电缆屏蔽层接地点的选择,低频时电缆屏蔽层的接地,8.7 电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层单点接地时接地点的选择为使,8.7,电缆屏蔽层的接地,电缆屏蔽层单点接地时接地点的选择,信号源接地时电缆屏蔽层接地点的选择,8.7 电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层单点接地时接地点的选择信号,8.7,电缆屏蔽层的接地,电缆屏蔽层单点接地时接地点的选择,接地点的优选方案,屏蔽双绞线,同轴电缆,8.7 电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层单点接地时接地点的选择接地,8.7,电缆屏蔽层的接地,高频时电缆屏蔽层的接地,当频率高于,lMHz,或电缆长度超过波长的,1/20,时，由于集肤效应的作用，使信号电流沿同轴电缆芯线的外表面流动，返回电流则集中在同轴电缆屏蔽层的内表面流动。由于干扰所产生的噪声电流只在屏蔽层外表面通过，因此屏蔽层通常采用多点接地，以保证其外表面有最低的地电位。,8.7 电缆屏蔽层的接地高频时电缆屏蔽层的接地当频率高于l,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.8,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8 电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8 电缆引入屏蔽盒的接地,主要内容,安全地线,8.1,8.2,8.3,8.4,阻隔地环路干扰的措施,电子设备接地的目的,地线中的干扰,8.5,电子设备的接地,8.6,低阻抗地线的设计,电缆屏蔽层的接地,8.7,电缆引入屏蔽盒的接地,8.8,搭接,8.9,主要内容安全地线8.18.28.38.4阻隔地环路干扰的措施,8.9,搭接,搭接是将设备、组件、元件的金属外壳或构架用机械手段连接在一起，形成一个电气上连续的整体。,搭接对设备的雷电防护、静电泄放、人员安全保护是必不可少的措施。,8.9 搭接搭接是将设备、组件、元件的金属外壳或构架用机械手,8.9,搭接,搭接的类型和搭接方法,直接搭接无需用中间过渡导体而直接把两个需搭接的金属构件连接在一起。,间接搭接是借助中间过渡导体,(,搭接条或片,),把两金属构件在电气上连接在一起，性能不如直接搭接好。,搭接的方法有,:,螺栓联接、铆钉、熔焊或钎焊。,8.9 搭接搭接的类型和搭接方法直接搭接无需用中间过渡导体而,8.9,搭接,搭接条,(,片,),的形式和选材,搭接条最好用导电性能好的扁平薄板料制造。为减小搭接条的射频阻抗，推荐长宽比不超过,5:1,。,搭接效能是被搭接对象在采用搭接条前后所检测到的外界感应电压之比值。,8.9 搭接搭接条(片)的形式和选材搭接条最好用导电性能好的,8.9,搭接,搭接条,(,片,),的形式和选材,搭接条材料通常采用铜或铝。,由于非同种金属间会产生电化学腐蚀作用，所以搭接条材料的电极电位应与被搭接金属的电极电位相接近。,当两者电位相差很大时，可对搭接条镀以合适的电镀层，或在搭接过程中加进日后可更换的中介垫圈等辅料予以弥补。,8.9 搭接搭接条(片)的形式和选材搭接条材料通常采用铜或铝,8.9,搭接,搭接面的处理,接触面上的油漆、氧化层、阳极氧化膜和灰尘油污等均应仔细清除；,清除面积比实际接触面周界大,3mm,；,搭接后重新涂覆时，应防止油漆渗入接触面之间。,8.9 搭接搭接面的处理接触面上的油漆、氧化层、阳极氧化膜和,8.9,搭接,间接搭接结构举例,8.9 搭接间接搭接结构举例,8.9,搭接,搭接技术的一般原则,搭接良好的关键在确保金属表面之间紧密接触。,对有较大相对运动的对象，搭接条要有一定的抗振性能和较好的柔性，以延长其工作寿命。,要确保搭接条或搭接片能够承受可能出现的最大电流，以免搭接条过载熔断造成更大危害。,搭接条和被搭接金属间应考虑防止电化学腐蚀，衬以相应的垫圈，搭接处应采用防潮和防其他腐蚀的保护措施，以确保搭接点的电气稳定性。,搭接条应尽量短、宽,(,粗,),、直，以满足搭接的低电阻和小电感要求。,8.9 搭接搭接技术的一般原则搭接良好的关键在确保金属表面之,习题,8.1,地线有哪些类型,?,接地系统设计应遵循的原则是什么,? 8.2,试述接地与搭接的异同点。搭接效能的物理含义是什么,?,实施搭接应考虑哪些问题,?,8.3,有一直径为,0.8mm,。长,1.2m,的铜导线，计算它在,50Hz,和,50MHz,时的电阻值；若用截面积相当的,0.05mm,10mm,铜扁导线，求在,50Hz,和,50MHz,时的电阻值。,8.4,有一铝制接地平板长,2m,、宽,1m,，当工作频率分别为,10MHz,和,1GHz,时，在其长度方向上的阻抗值为多少？,习题8.1地线有哪些类型? 接地系统设计应遵循的原则是什么?,习题,8.5,如图所示为变压器平衡输入的单端放大器，,R,L,200,，,R,C1,=,R,C2,0.5,，,R,S,800,，,R,g,=0.02,，求地线中干扰电压,U,g,在负载,R,L,上所引起的干扰电压,U,n,。,习题8.5 如图所示为变压器平衡输入的单端放大器，RL2,