電子設(shè)備接地與搭接技術(shù)

1、電子設(shè)備接地與搭接技術(shù)接地技術(shù)是任何電子、電氣設(shè)備都必須采用的重要技 術(shù)，它不僅是保護(hù)設(shè)施和人身安全的必要手段，也是抑制電 磁噪聲、控制電磁干擾、保證設(shè)備可靠性的重要技術(shù)措施之 一。在設(shè)計(jì)中如果能把接地和屏蔽正確使用，對(duì)實(shí)現(xiàn)電子設(shè) 備的防干擾將起著事半功倍的作用。搭接是指兩個(gè)金屬物體之間通過(guò)機(jī)械或化學(xué)方法實(shí)現(xiàn) 結(jié)構(gòu)連接，以建立穩(wěn)定的低阻抗電氣通路的工藝過(guò)程。任何 電氣、電子系統(tǒng)中，無(wú)論是一個(gè)小部件或整套設(shè)施都需要在 金屬體之間進(jìn)行相互搭接，以便提供電源和信號(hào)的回路。搭 接是抑制電磁干擾的技術(shù)措施之一。搭接不良或不適當(dāng)，不 僅直接降低設(shè)備或系統(tǒng)的抗雷電放電、抗靜電和抗信號(hào)噪聲 干擾的能力，直接影

2、響系統(tǒng)和人身的安全，而且還影響其他 抑制電磁干擾技術(shù)措施的設(shè)施效果，如濾波、屏蔽和接地等。5. 5. 1 接地技術(shù)電子設(shè)備中的“接地”有兩個(gè)含義，一是真正接大地的 地方；另一是在電路上某一點(diǎn)，即將直流電源的某極人為地 指定作為這單元地電壓參考點(diǎn)的“地”，設(shè)其電壓為零，基 本上與大地的地?zé)o關(guān)連。另外還有為監(jiān)測(cè)某一電路元件的電 壓降是否標(biāo)準(zhǔn)，所設(shè)定的接地點(diǎn)（參考點(diǎn)），則專稱“懸浮地”。這些“接地符號(hào)”如下圖所示。（a）次級(jí)直流電源地（懸浮地）（b）初級(jí)直流電源地（大地）（c）機(jī)殼地、信號(hào)地、屏蔽地1.安全接地設(shè)備接地的一個(gè)主要目的是為了安全。若機(jī)箱沒(méi)有接地，當(dāng)電源線與機(jī)箱之間的絕緣良好（阻抗很大）

3、時(shí)，盡管 機(jī)箱上的感應(yīng)電壓可能很高，但是人觸及機(jī)箱時(shí)也不會(huì)發(fā)生 危險(xiǎn)，因?yàn)榱鬟^(guò)人體的電流很小。但如果電源線與機(jī)箱之間 的絕緣層損壞，使絕緣電阻降低，當(dāng)人觸及機(jī)箱時(shí)，則會(huì)導(dǎo) 致較大的電流流過(guò)人體，造成人身傷害。最壞的情況是電源 線與機(jī)箱之間短路，這時(shí)全部電流流過(guò)人體。若機(jī)箱接地，當(dāng)電源線與機(jī)箱短路時(shí)，會(huì)燒斷保險(xiǎn)或?qū)е侣?電保護(hù)動(dòng)作。接地還能為雷擊電流提供一條泄放路徑，當(dāng)設(shè)施或設(shè)備 中裝有浪涌抑制器時(shí)，接地是必要的，否則無(wú)法泄放浪涌能 量。這時(shí)，不僅要接地，而且還要“接好地”，也就是，接 地的阻抗還必須很低。對(duì)于許多靜電敏感的場(chǎng)合，接地還是泄放電荷的主要手 段。2 .信號(hào)接地(1)信號(hào)接地的方式懸

4、浮地懸浮地是指電子設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與建筑物的接大地系統(tǒng)相絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)上的電磁干擾就不會(huì) 傳導(dǎo)到設(shè)備。另一種情況是在有些電子設(shè)備中為防止機(jī)箱上 的干擾電流直接耦合到信號(hào)電路，有意使電路單元的信號(hào)地 線與設(shè)備機(jī)箱絕緣，稱之為電路單元的懸浮地。TOyArr 機(jī)応地如圖所示，為用于極靈敏電路的浮地系統(tǒng)。這個(gè)裝置要 求電路和機(jī)殼完全隔離。該電路必須用太陽(yáng)能電池或電池供 電，而且信號(hào)必須通過(guò)變壓器或隔離器進(jìn)入或離開(kāi)系統(tǒng)。為 防止靜電積累，在信號(hào)地和機(jī)殼地之間設(shè)置了一個(gè)高阻值泄 放電阻。懸浮地的設(shè)備容易出現(xiàn)靜電積累，當(dāng)電荷達(dá)到一定程度 后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電。在雷電環(huán)境下，靜電感應(yīng)產(chǎn)生的高壓會(huì)在

5、設(shè)備機(jī)箱與內(nèi)部其他設(shè)備間產(chǎn)生飛弧，甚至使操作人員 遭到電擊。另外由于電子設(shè)備采用一般的電網(wǎng)供電，而電廠 電網(wǎng)是以大地為接地基準(zhǔn)的，當(dāng)電網(wǎng)相線與浮地的機(jī)箱短路 時(shí)，有引起觸電的危險(xiǎn)。這種接地方式不宜用于通信系統(tǒng)和 一般的電子設(shè)備。單點(diǎn)接地如圖所示，單點(diǎn)接地是將電子設(shè)備中各單元的信號(hào)地線 接在一個(gè)點(diǎn)上。串聯(lián)式單點(diǎn)接地因各單元共用一條地線，易 引起共地阻抗干擾。如圖5.62所示，并聯(lián)式單點(diǎn)接地是將每個(gè)電路單元的單獨(dú)地線連接到一個(gè)接地點(diǎn)上，低頻時(shí)可有 效地避免各單元間的共阻抗耦合和低頻接地環(huán)路的干擾，系 統(tǒng)可在上至1 MHz時(shí)工作得很好。但在頻率高的場(chǎng)合，常因 多根接地線聚在一起，會(huì)因連線間的感應(yīng)、輻

6、射耦合引起干 擾。串聯(lián)式單點(diǎn)接地并聯(lián)式單點(diǎn)接地系統(tǒng)多點(diǎn)接地如圖5.63所示，多點(diǎn)接地是指設(shè)備或系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，使接地引線的長(zhǎng)度最 短。接地平面可以是設(shè)備的底板、整個(gè)系統(tǒng)的接地母線或是大系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)框架等。實(shí)質(zhì)上是具有許多網(wǎng)孔的接地平 面。當(dāng)網(wǎng)孔尺寸小于所需頻率波長(zhǎng)的1/10時(shí)，網(wǎng)格的效果接近一個(gè)實(shí)體平板。為使此接地平面更為適用，應(yīng)滿足兩個(gè) 條件：(1) 所有接至網(wǎng)格的設(shè)備接地線的長(zhǎng)度必須小于最高頻率的1/10的波長(zhǎng)；(2) 設(shè)備與接地平面的連接必須具有足夠的并聯(lián)通路，以降低設(shè)備與接地平面間的電位差。圖5.63 多點(diǎn)接地系統(tǒng)地線阻抗隨頻率的上升而增加，當(dāng)?shù)鼐€長(zhǎng)度

7、與工作波長(zhǎng)可比擬時(shí)，地線上電流、電壓呈駐波分布，地線變成“輻射 天線”。高頻時(shí)應(yīng)盡量限制地線的長(zhǎng)度并提高地線表面的電 導(dǎo)率，所以電子設(shè)備常以鍍銀底板作為接地母線，便于設(shè)備 內(nèi)各級(jí)電路直接與它就近相接。多點(diǎn)接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是電路構(gòu)成比單點(diǎn)接地簡(jiǎn)單，接地線上 出現(xiàn)高頻駐波現(xiàn)象的可能性顯著減小。這類接地系統(tǒng)通常用 于具有相同噪聲特性的高頻電路(f < 10MHZ。由于接地點(diǎn)的增加，這種系統(tǒng)要求仔細(xì)維護(hù)，防止腐蝕、振動(dòng)、溫度變化等因素使接地系統(tǒng)中出現(xiàn)高阻抗點(diǎn)。因?yàn)槎帱c(diǎn)接地后設(shè)備內(nèi)部可能產(chǎn)生許多接地環(huán)路，所以它不應(yīng)用于敏感電路?；旌辖拥叵到y(tǒng)中既有單點(diǎn)接地又有多點(diǎn)接地，或者多點(diǎn)接地后，再構(gòu)成統(tǒng)一接地，

8、稱為混合接地。如圖所示，把設(shè)備內(nèi)的地 線分為兩大類：電源地和信號(hào)地。設(shè)備中各部分的電源地線 都接到電源總地線上，所有信號(hào)地都接到信號(hào)總地線上。兩 根總地線最后匯總到一個(gè)公共的入地點(diǎn)。在信號(hào)地中，應(yīng)根 據(jù)不同的工作頻率采用相應(yīng)的接地方式：射頻、中頻放大部分采用多點(diǎn)接地；顯示器、記錄儀等低頻電路則采用單點(diǎn)接 地方式。5. 5. 2 搭接技術(shù)1. 概述搭接是將設(shè)備、組件、元件的金屬外殼或構(gòu)架用機(jī)械手段連接在一起，形成一個(gè)電氣上連續(xù)的整體。這樣可以避免 在不同金屬外殼（或架構(gòu)）之間出現(xiàn)電位差，而這電位差往往是電磁干擾的誘發(fā)原因之一。搭接可用于設(shè)備的金屬機(jī)箱之間、設(shè)備機(jī)箱到接地平面、信號(hào)回線到地線、電纜

9、屏蔽層 到地線之間；也可用于接地平面與連接大地的地網(wǎng)或地樁之 間。搭接對(duì)設(shè)備的雷電防護(hù)、靜電泄放、人員安全保護(hù)是必 不可少的措施。2. 搭接的類型和搭接方法直接搭接無(wú)需用中間過(guò)渡導(dǎo)體而直接把兩個(gè)需要搭接 的金屬構(gòu)件連接在一起。搭接方法可以利用螺栓等緊固裝置 將一些經(jīng)機(jī)加工的表面或帶有導(dǎo)電襯墊的表面進(jìn)行固定，也 可以利用鉚接、熔焊、釬焊等工藝將搭接對(duì)象連接。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自攻螺絲不能用于搭接連接。間接搭接是借助于過(guò)渡導(dǎo)體（搭接條或片）把兩金屬構(gòu) 件在電氣上連接在一起，性能不如直接搭接好。搭接片的固定方法有：螺栓連接、鉚釘、熔焊或釬焊。3. 搭接條（片）的形式和選材搭接條最好用導(dǎo)電性能好的扁平薄板料制造。為了減小 搭接條的射頻阻抗，推薦長(zhǎng)寬比不超過(guò)5: 1。搭接條材料通常采用銅或鋁。由于非同種金屬間會(huì)產(chǎn)生 電化學(xué)腐蝕作用，所以搭接條材料的電極電位應(yīng)與被搭接金 屬的電極電位相近。當(dāng)兩者電極電位相差很大時(shí)，可對(duì)搭接 條鍍以合適的電鍍層，或在搭接過(guò)程中加進(jìn)日后可以更換的 中介墊圈等輔料予以彌補(bǔ)。4. 搭接面的處理無(wú)論是直接搭接還是間接搭接，對(duì)搭接表面都必須進(jìn)行 處理：接觸面上的油漆、氧化層、陽(yáng)極氧化膜或灰塵油污等 均應(yīng)仔細(xì)清除；清除面積比實(shí)際接觸面周界大 3mm5. 搭接技術(shù)的一般原則a. 搭接良好的關(guān)鍵在確保金屬