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电子设备地线干扰及其抑制

电子设备地线干扰及其抑制
为构成电信号的通路、防止设备外壳带电而造成人身不安全,一般电子设备的机架、外壳、插件、插箱、底板等都与地相连。

连接这些“地”的导体称为地线,地线设置的不好,会影响设备的电磁兼容性设计,造成地线干扰,主要表现为:地阻抗干扰和地环路的干扰。

5.4.1 地阻抗干扰和抑制
由于地线自身有阻抗,电路工作时,各种频率的电流都可能流经地线某些段而产生电压降,这种电压降会使得电路中各部分对地电压变化而产生干扰。

如图所示,U1为干扰电路1中的干扰源电压,U2为受干扰电路2中的信号电压,Z g为两电路公共地阻抗。

根据电路1和电路2两个回路可写出下列方程:
图 公共地阻抗引起的干扰
g g g
L i Z I I U Z I I R R I U )()()(21211111+=+++=
由于仅讨论电路1对电路2的干扰,2I 在公共阻抗g Z 上的作用不予考虑,(5.11)可简化为
g
g g L i Z I U Z R R I U 11111)
(=++= 得g
L i g
g Z R R U Z U ++=111
一般 g L i Z R R >>+11,忽略g Z 则
1
11
L i g g R R U Z U +=
g U 在电路2负载2L R 上所形成的噪声电压n U 为
n U =g L i L U R R R 2
22
+
将式(5—13)代入式(5—14)可得
n U =))((22111
2L i L i L g R R R R U R Z ++
可见,电路2负载2L R 上的噪声电压n U 与干扰电压1U 、公共地线阻抗g Z 及负载2L R 成正比。

为减少地阻抗的干扰,可以通过增大地线的横截面积,减少阻抗而达到抑制地线干扰的目的;在高频时,由于集肤效应,地线中的高频电流是沿地线表面流过的,因此,不但要求地线的横截面积大,而且要求横截面的周边长;在相同横截面积时,矩形截面周长大于圆形截面周长,而且矩形的宽厚比越大,截面周长越长。

所以地线一般采用扁平的矩形铜条带。

为了减小地线和馈线的阻抗,可将地线和馈线靠近敷设。

地线与馈线靠得越近,回路电感L 越小,但线间的分布电容会增大,由于馈线和地线的特性阻抗C L
Z ,减小L 增大C ,
可使Z 变小,故地线和馈线靠近敷设,对减小阻抗有利。

5.4.2地环路干扰
电源馈线接入电路后,电路接地,电源
馈线和地线就构成一个环路;此外地线与信
号线、地线本身也可能构成环路。

当交变磁
场穿过这些环路网孔时,环路中产生的感应电势就有可能叠加到传输信号上形成干扰。

这种干扰称为地环路干扰。

如右图所示的电路,电源馈线、地线以及电路1和电路2的信号传输线之间构成一个环路,交变磁场在环路中产生的感生电势为
dt
d S dt d
e g B -=Φ-= 式中 g e —环路中的感生电势(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)
由式(5—16)可知,要减小地环路的干扰,就得减小地环路面积,最好在线路布局时避免构成地环路。

抑制地环路干扰的方法是阻隔地环路,可以采用隔离变压器、纵向扼流圈、光电耦合器等方法。

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