Введение в землю: земля, земля, аналоговое заземление и цифровое заземление
Узнайте об основах наземных, заземляющих и наземных символов. Не все основания созданы равными. В этой статье мы обсудим заземление, заземление, аналоговое заземление и цифровую землю.
Что такое земля "" src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Davis_ground_1.jpg" />
Рисунок 1. Общий символ заземления
Как правило, эта контрольная точка является базой для всех других измерений напряжения в цепи. Однако из этой контрольной точки берутся не все измерения напряжения. Например, если бы вы измеряли напряжение на верхнем резисторе в резистивном делителе напряжения, ваша контрольная точка не была бы заземлена. См. Рисунок 2.
Рисунок 2. Не все измерения напряжения относятся к земле
Земля
Земля так же, как кажется. Это земля физически (и электрически), соединенная с землей с помощью проводящего материала, такого как медь, алюминий или алюминиевый сплав.
Истинное заземление, как определено Национальным электрическим кодексом (NEC), состоит из проводящей трубы или стержня, физически приводимой в землю на минимальную глубину 8 футов.
Земля обеспечивает электрически нейтральное тело, и из-за практически бесконечного нейтрального состояния Земли он невосприимчив к электрическому колебанию. Следует, однако, отметить, что «земля, невосприимчивая к электрическому колебанию», на самом деле является обобщением. На самом деле земля является довольно сложным предметом, учитывая все переменные и материалы, составляющие землю. И, например, электрический потенциал Земли действительно вызывает некоторые изолированные области, которые могут меняться в связи с такими событиями, как удары молнии. Силовые полюса, те, которые натянуты по окрестностям, также соединены с землей. На рисунке 3 показан заземляющий провод заземления, подключенный к полюсу питания.
Рисунок 3. Силовые полюса имеют заземляющие провода заземления, подключенные к ним
Третий контакт на электрических выходах (см. Рис. 4) физически связан с землей.
Рисунок 4. Третий вывод 110VAC
Это выходное соединение с заземлением обеспечивает средство, например, для подключения испытательного оборудования к заземлению - провод заземления (зеленый) от шнура питания подключается к внутренней раме или корпусу оборудования. И при подключении различных частей испытательного оборудования к заземлению все они соединены с общей точкой заземления и, следовательно, имеют общую ссылку. Вы можете проверить эту точку, измеряя сопротивление между клеммами заземления любых двух частей испытательного оборудования.
Эта общая ссылка выдается пользователю, как клемма заземления. Замечание: шасси вашего настольного компьютера также подключено к заземлению.
Рисунок 5. Испытательное оборудование предоставляет пользователю клеммы заземления. Исходное изображение предоставлено calccenter.us. Примечание добавлено автором
Символ заземления, к сожалению, используется во многих приложениях в области электроники и электротехники, что часто означает разные вещи для разных людей, поэтому это может быть немного запутанным для некоторых новичков. Например, символ заземления также используется в качестве общего символа заземления или ссылки на 0 В. Это немного вводит в заблуждение, потому что ссылка на 0 В фактически не связана с землей. На рисунке 6 показаны различные соединения заземления с использованием общего символа заземления.
Рисунок 6. Различные соединения заземления с использованием символа заземления
Аналоговые и цифровые заземления
Цифровые схемы генерируют импульсы тока при изменении состояния цифровых сигналов. При изменении токов нагрузки в аналоговых цепях снова генерируются импульсы тока.
Несмотря на то, что для правильного заземления существует несколько методов, когда речь идет о заземлении смешанного сигнала, это имеет наибольшее значение - независимо от того, какой метод заземления принят - отделить «более шумные» цифровые обратные токи от «менее шумного» аналогового возврата токи. Это разделение оснований помогает свести к минимуму или предотвратить образование шума в цепях из-за токов заземления.
Такие земные токи - думают о них как об изменении токов - при применении к земным каналам возврата, создают изменения напряжения (вспомните Закон Ома), называемый шумом. Возможно, вы слышали термин «шумная земля». Такой шум может нарушать чувствительные сигналы в локальных цепях. Заземление всегда было основным препятствием для инженеров по проектированию, системам и испытаниям.
Одна возможная техника заземления, которая может быть полезна в некоторых, но не во всех ситуациях, использует то, что называется «звездой». Эта философия основывается на теории, что все напряжения в цепи относятся к одной точке заземления.
На рисунке 7 показано единственное соединение точки заземления как для аналогового, так и цифрового заземления.
Рисунок 7. Одноточечное заземление для цифровых и аналоговых оснований
Метод использования одиночных точек заземления (или звездных площадок) отлично смотрится на бумаге. На практике, однако, это может быть очень сложно реализовать в зависимости от сложности дизайна. Альтернативный подход - использовать заземленную шину.
Однако имейте в виду, что физическое разделение аналоговых и цифровых оснований обычно не требуется, поскольку возвратные токи могут управляться с помощью правильной компоновки печатной платы, даже если в проекте используется единая (общая) плоскость заземления.
Общая ошибка заземления
Трехконтактный источник питания постоянного тока, такой как тот, что показан на рисунке 8, может быть немного запутанным для новичков. Этот источник питания имеет положительный (+), отрицательный (-) и заземляющий (GND). Как упоминалось ранее, клемма заземления (заземление) физически привязана к шасси, которая, в свою очередь, подключается к заземляющему проводу в шнуре питания, который, наконец, подключается к земле через три вывода.
Довольно распространенная ошибка, которую новички совершают, заключается в подключении нагрузки между положительными (+) и терминалами GND. Это неправильное соединение не позволит текущему возврату в его источник энергии (сам источник питания), и, следовательно, ток не будет течь. Правильное соединение - это подключение нагрузки между положительными (+) и отрицательными (-) клеммами.
Рисунок 8. Источник постоянного тока с заземлением (зеленый контакт в центре). Изображение предоставлено GWInstek.com
Электростатический разряд (ESD)
Заземление вашего испытательного оборудования также помогает в устранении электростатического разряда (ESD). ESD возникает, когда статически заряженное тело (то есть вы) входит в контакт с испытательным оборудованием. Некоторое тестовое оборудование является ультрачувствительным и может быть очень уязвимым для событий ESD.
Интегральные схемы (ИС) известны тем, что они очень уязвимы для событий ESD. Заземленные маты (обозначенные как циклы ESD), заземленные стулья и браслеты обеспечивают адекватную защиту от электростатического разряда для ваших ИС, заземляя вас, тем самым разряжая любое статическое вещество, которое может иметься на вашем теле, до касания любых чувствительных компонентов. Большинство инженеров и техников также надевают защищенные от ESD куртки при работе с печатными платами и микросхемами для дополнительной защиты от возможных повреждающих компонентов и оборудования.
Символы на земле
Ниже перечислены следующие наземные символы:
Рисунок 9. Общий символ заземления или заземление (IEEE Std 315-1975, раздел 3.9.1 и IEC 60417-5017)
Рисунок 10. Низкое шумовое заземление или функциональное заземление (IEEE Std 315-1975, раздел 3.9.1.1 и IEC 60417-5018)
