28. Техника заземления. Основные системы заземлений.

«Земля» электрической цепи – проводник, который служит точкой отсчёта остальных потенциалов этой цепи. Обычно создаётся несколько заземляющих систем. Их разделяют на 4 основные функциональные группы:

1. проводящие системы, по отношению к которым производится отсчёт напряжения сигнала и питания, при этом потенциал самой системы принимается равным 0; такую систему называют базовой;

2. группа соединений, предназначенная для образования путей протекания обратных сигнальных и питающих токов; это возвратная земля;

3. группа поверхностей и их соединений, служащая для экранирования изделий и их частей; это экранирующая земля;

4. группа соединений, предназначенная для исключения возможностей поражения обслуживающего персонала электрическим током – это защитное заземление; оно гарантирует сохранение потенциала земли на нетоковедущих проводниках даже в случае соединения потенциала с заземляющей системой

Из-за возможности возникновения помех в аналоговой подсистеме, а она самая чувствительная к помехам, заземление должно осуществляться нетоковедущим проводником, и это требует отдельного заземляющего провода. Земля источника питания представляет собой цепь возврата для распределённой системы, она может быть общей с заземляющей системой сигнала, которая обеспечивает опорную точку для информационных сигналов в системе. Земля сигнала, в свою очередь, подразделяется на цифровую и аналоговую землю, каждая из которых обеспечивает опорную точку для соответствующих типов сигналов. В системах с низким уровнем сигналов выделение аналоговой земли является обязательным для получения удовлетворительной помехоустойчивости. Системы заземления не являются полностью независимыми и имеют в системе общую точку.

29. Основные системы соединений заземлений. Защита от статического электричества.

Система заземления - это электрическая цепь, обладающая свойством сохранять min потенциал, являющийся уровнем отсчета в конкретной аппаратуре. Рационально организованная система заземления в аппаратуре вместе с экранированием и фильтрацией является эффективным средством ослабления помех.

Из-за возможности возникновения помех в аналоговой подсистеме, а она самая чувствительная к помехам, заземление должно осуществляться нетоковедущим проводником, и это требует отдельного заземляющего провода. Земля источника питания представляет собой цепь возврата для распределённой системы, она может быть общей с заземляющей системой сигнала, которая обеспечивает опорную точку для информационных сигналов в системе. Земля сигнала, в свою очередь, подразделяется на цифровую и аналоговую землю, каждая из которых обеспечивает опорную точку для соответствующих типов сигналов. В системах с низким уровнем сигналов выделение аналоговой земли является обязательным для получения удовлетворительной помехоустойчивости. Системы заземления не являются полностью независимыми и имеют в системе общую точку.

Топология функциональной системы земель может представлять собой сплошную поверхность, магистральную, радиальную или смешанную систему соединений.

Сплошная (многоточечная) поверхность обладает относительно низким импедансом и обеспечивает наилучшую эквипотенциальность по сравнению с другими формами.

Радиальная система имеет меньше общих участков для протекания обратных сигнальных и питающих токов по сравнению с магистральной, но менее экономична.

М агистральная система наименее экономична менее пригодна для построения возвратных систем, особенно, если имеются информационные линии связи.

Напряжение в точках A, B и C оказывается не одинаковым, так как всё соединено последовательно:

Таким образом, получается, что чем дальше удалена точка от места заземления, тем выше её потенциал.

Из-за простоты реализации такая система находит широкое применение в аппаратуре, но её не следует применять для цепей с большим разбросом потребляемой мощности, так как мощные узлы создают большие возвратные токи, и они могут влиять на малосигнальные функциональные узлы.

Часто такие системы применяют для заземления цифровой аппаратуры.

Р адиальная система:

В данном случае потенциалы узлов независимы друг от друга:

Такая система заземления достаточно громоздка. Она не может применяться на ВЧ, поскольку индуктивности заземляющих проводников увеличивают импеданс земли, а между проводниками возникает индуктивная и емкостная связь. Для обеспечения малого импеданса таких земель необходимо минимально возможная длина проводников.

Многоточечная система:

П роводник снизу – заземляющая поверхность.

Такую систему заземления можно и следует использовать на ВЧ, подключая функциональные узлы в ближайших точках к опорной земле. Заземляющей поверхность может быть металлическое шасси, слой в многослойной печатной плате, металлизированные поверхности и тому подобное.

Электрическое сопротивление между двумя точками сплошного заземления, выполненного при помощи, например, металлического листа, можно получить из выражения:

– расстояние между точками заземления в направлении распространения токов.

– сопротивление между точками заземления на высокой частоте. Определяется из выражения для любого металла:

Если то выражение упрощается до вида:

Если то:

Импеданс заземления на ВЧ можно снизить, применив гальваническое покрытие с более высокой, чем у основного металла проводимостью, например серебрение медного или латунного шасси.

Другим эффективным способом снижения импеданса является уплотнение компоновки аппаратуры. На частотах до 1 МГц рекомендуется использовать одноточечную систему заземления, а свыше 10 МГц – многоточечную. В интервале между ними можно в зависимости от конкретной компоновки аппаратуры использовать любую из систем.

Схема переноса помехи:

– ЭДС рецептора.

Для такой схемы напряжение помехи можно определить:

К системе заземления предъявляются требования: минимизация общего импеданса земли, которая позволяет исключить образование помех. Превышающих допустимый уровень, отсутствие замкнутых контуров заземления, Которые чувствительны к ЭМП.

В аппаратуре требуется как минимум 3 раздельные цепи заземления:

1. для сигнальных цепей с низкими уровнями токов и напряжений;

2. для силовых цепей с высокими уровнями потребляемых напряжений (источник питания, мощные каскады аппаратуры – усилители, схемы управление реле, двигателей)

3. несущих конструкций, шасси, панелей и так далее.

В зависимости от назначения аппаратуры и условий эксплуатации защитное заземление может выполняться с помощью корпусных цепей, при этом цепи, соединяющие экраны в аппаратуре, могут быть с ними кондуктивно развязаны и электрически соединены в одной точке.

В ряде случае в соответствии с правилами ТБ защитное заземление может отсутствовать.

Пример организации заземления (правильное и неправильное заземление узлов:

C2 – неправильно, так как получается замкнутый контур.