Контур заземления (электричество) - Ground loop (electricity)

В электрические система, а контур заземления или же контур заземления возникает, когда две точки цепи должны иметь одинаковые земля опорный потенциал, но вместо этого между ними есть другой потенциал.^[1] Это может быть вызвано, например, в сигнальной цепи относительно земли, если в земле протекает достаточно тока, чтобы две точки находились под разными потенциалами.

Контуры заземления являются основной причиной шум, гул, и вмешательство в аудио, видео и компьютерных системах. Практика электромонтажа, защищающая от контуров заземления, включает обеспечение того, чтобы все уязвимые сигнальные цепи были привязаны к одной точке как заземление. Использование дифференциальных соединений может обеспечить подавление помех, вызванных землей. Удаление заземляющих подключений к оборудованию с целью устранения контуров заземления также устраняет защиту, которую призвано обеспечить защитное заземление.

Звук контура заземления 50 Гц

Контур заземления на 50 Гц, снятый с помощью звукового оборудования.

Проблемы с воспроизведением этого файла? Видеть помощь СМИ.

Описание

Замкнутый контур заземления возникает из-за того, что электрическое оборудование соединяется между собой, в результате чего к земле ведет несколько путей, поэтому образуется замкнутый проводящий контур. Типичным примером являются два элемента электрооборудования, A и B, каждый из которых подключен к сетевой розетке трехжильным кабелем и вилкой, содержащей провод защитного заземления, в соответствии с обычными правилами техники безопасности и практикой. Это становится проблемой только тогда, когда один или несколько сигнальных кабелей подключаются между A и B для передачи данных или аудиосигналов от одного к другому. В щит кабеля данных обычно подключается к заземленному шасси оборудования как A, так и B, образуя замкнутый контур с заземляющими проводниками шнуров питания, которые соединены через заземляющий провод здания. Это контур заземления.

Вблизи электропроводки всегда будет блуждающая магнитные поля колебания с частотой 50 или 60 Гц. Эти окружающие магнитные поля прохождение через контур заземления вызовет ток в контуре за счет электромагнитная индукция. Фактически, контур заземления действует как одновитковая вторичная обмотка трансформатора, причем первичная обмотка является суммой всех проводников с током поблизости. Величина индуцированного тока будет зависеть от величины ближайших электрических токов и их близости. Наличие мощного оборудования, такого как промышленные двигатели или трансформаторы, может увеличить помехи. Поскольку провод заземления обычно имеет очень низкое сопротивление, часто ниже единицы ом, даже слабые магнитные поля могут индуцировать значительные токи.

Поскольку заземляющий провод сигнального кабеля, соединяющий две части оборудования A и B, является частью пути сигнала кабеля, переменный ток заземления, протекающий по кабелю, может вносить электрические помехи в сигнал. Индуцированный переменный ток, протекающий через сопротивление проводника заземления кабеля, вызовет небольшое падение напряжения переменного тока на земле кабеля. Это добавляется к сигналу, подаваемому на вход следующего каскада. В звуковом оборудовании, таком как звуковые системы, помехи с частотой 50 или 60 Гц могут быть слышны в динамиках в виде гула. В видеосистеме это может вызвать "снежный" шум на экране или проблемы с синхронизацией. В компьютерных кабелях это может вызвать замедление или сбои передачи данных.

Представительная схема

Упрощенная схема, иллюстрирующая контур заземления.

В принципиальная электрическая схема иллюстрирует простой контур заземления. Две цепи имеют общий путь к земле. Этот путь имеет сопротивление ${ displaystyle scriptstyle R_ {G}}$ . В идеале заземляющий провод не должен иметь сопротивления ( ${ Displaystyle scriptstyle R_ {G} ; = ; 0}$ ), не давая падения напряжения на нем, ${ Displaystyle scriptstyle V_ {G} = 0}$ , поддерживая постоянный потенциал земли в точке соединения между цепями. В этом случае выход схемы 2 просто ${ Displaystyle scriptstyle V _ { text {out}} = V_ {2}}$ .

Однако если ${ Displaystyle scriptstyle R_ {G} neq 0}$ , это и ${ displaystyle scriptstyle R_ {1}}$ вместе образуют делитель напряжения. В результате, если Текущий, ${ displaystyle scriptstyle I_ {1}}$ , протекает через ${ displaystyle scriptstyle R_ {G}}$ от цепи 1 падение напряжения ${ Displaystyle scriptstyle V_ {G} ; = ; I_ {1} R_ {G}}$ , через ${ displaystyle scriptstyle R_ {G}}$ , происходит, и заземление обеих цепей больше не имеет фактического потенциала земли. Это напряжение на заземляющем проводе подается на цепь 2 и добавляется к выходу:

{ displaystyle V _ { text {out}} = V_ {2} -V_ {G} = V_ {2} - { frac {R_ {G}} {R_ {G} + R_ {1}}} V_ { 1}. ,}

Таким образом, две цепи больше не изолированы друг от друга, и цепь 1 может создавать помехи на выходе схемы 2. Если цепь 2 является аудио система а в цепи 1 протекают большие токи переменного тока, помехи могут быть слышны в динамиках как гул с частотой 50 или 60 Гц. Также обе цепи имеют напряжение ${ displaystyle scriptstyle V_ {G}}$ на их заземленных частях, которые могут подвергаться контакту, что может шок опасность. Это верно, даже если контур 2 выключен.

Хотя они чаще всего возникают в заземляющих проводниках электрического оборудования, контуры заземления могут возникать там, где две или более цепей имеют общий путь тока, если протекает достаточно тока, чтобы вызвать значительное падение напряжения по проводнику.

Общие контуры заземления

Обычный тип контура заземления возникает из-за неисправных соединений между электронными компонентами, такими как оборудование лаборатории или студии звукозаписи, или домашние компоненты аудио, видео и компьютерных систем. Это создает непреднамеренные замкнутые контуры в цепи заземления, что может позволить паразитному переменному току 50/60 Гц течь через заземляющие проводники сигнальных кабелей.^[2]^[3]^[4]^[5] Падения напряжения в системе заземления, вызванные этими токами, добавляются к сигнальному тракту, создавая шум и гул на выходе. Петли могут включать в себя систему заземления электропроводки здания, когда более одного компонента заземлено через защитное заземление (третий провод) в их шнурах питания.

Токи заземления в сигнальных кабелях

Рис.1: Типовой сигнальный кабель S между электронными компонентами, с током я протекает через проводник экрана.

Шум от земли электронный шум на земля провода или шины Электронная схема. В аудио, радио и цифровом оборудовании он представляет собой нежелательное состояние, так как шум может попасть на путь прохождения сигнала устройства и выглядеть как вмешательство на выходе. Как и другие типы электронного шума, он может проявляться в звуковом оборудовании в виде гула, шипения, искажение или другой нежелательный звук в динамиках, в аналоговом видеооборудовании, как снег на экране и в цифровых схемах и Системы управления как неустойчивую или неисправную работу или компьютер падает.

Симптомы контура заземления, шума заземления и гула в электрическом оборудовании вызваны током, протекающим в земле или щит жила кабеля. На рис.1 показан сигнальный кабель. S соединение двух электронных компонентов, включая типичный линейный драйвер и приемные усилители (треугольники).^[4] Кабель имеет заземляющий или экранированный провод, который подключается к заземлению шасси каждого компонента. Усилитель драйвера в компоненте 1 (оставили) подает сигнал V₁ между сигнальным и заземляющим проводниками кабеля. В конце пункта назначения (верно)сигнальный и заземляющий проводники подключены к дифференциальный усилитель. Это создает входной сигнал для компонента 2 путем вычитания напряжения экрана из напряжения сигнала, чтобы исключить синфазный шум снят по кабелю

{ displaystyle V_ {2} = V _ { text {S2}} - V _ { text {G2}} ,}

Если текущий я от отдельного источника течет по заземляющему проводнику сопротивление р жилы создаст падение напряжения на земле кабеля ИК, поэтому конечный конец заземляющего проводника будет иметь другой потенциал, чем исходный конец

{ displaystyle V _ { text {G2}} = V _ { text {G1}} - IR ,}

Поскольку дифференциальный усилитель имеет высокий импеданс, по сигнальному проводу протекает небольшой ток, поэтому на нем нет падения напряжения: ${ Displaystyle V _ { текст {S2}} = V _ { текст {S1}} ,}$ Напряжение заземления последовательно с сигнальным напряжением. V₁ и добавляет к этому

{ displaystyle V_ {2} = V _ { text {S1}} - (V _ { text {G1}} - IR) ,}

{ Displaystyle V_ {2} = V_ {1} + ИК ,}

Если я Это переменный ток, это может привести к добавлению шума в тракт прохождения сигнала в компоненте 2. В действительности ток заземления «обманывает» компонент, заставляя его думать, что он находится в тракте прохождения сигнала.

Источники тока заземления

На схемах справа показан типичный контур заземления, вызванный сигнальным кабелем. S соединение двух заземленных электронных компонентов C1 и C2. Петля состоит из заземляющего проводника сигнального кабеля, который через металлическое шасси компонентов соединен с заземляющими проводами. п в свои «трехжильные» шнуры питания, которые подключаются к заземляющим розеткам, которые подключаются через систему заземляющих проводов здания. грамм.

Такие петли на пути заземления могут вызывать токи в заземлении сигнального кабеля двумя основными механизмами:

Ток контура заземления, индуцированный паразитным переменным током магнитные поля (B, зеленый).
Токи контура заземления могут быть вызваны паразитным переменным током. магнитные поля^[4]^[6] (B, зеленый) которые всегда присутствуют вокруг электропроводки переменного тока. Контур заземления представляет собой контур из токопроводящего провода, который может иметь большую площадь в несколько квадратных метров. К Закон индукции Фарадея, в любое время меняющееся магнитный поток прохождение через петлю индуцирует электродвижущая сила (ЭДС) в контуре, вызывая протекание переменного тока. Цикл действует как короткое замыкание одновитковая «обмотка трансформатора»; любой AC магнитный поток из поблизости трансформаторы, электродвигатели или просто смежная силовая проводка будут индуцировать токи переменного тока в контуре за счет индукция. В общем, чем больше площадь, охватываемая петлей, тем больше магнитный поток через нее и тем больше будут индуцированные токи. С его сопротивление очень низкий, часто менее 1 ом, наведенные токи могут быть большими.
Ток контура заземления, вызванный токами утечки в системе заземляющих проводов здания от устройства А.
Другим менее распространенным источником токов контура заземления, особенно в высокомощном оборудовании, является утечка тока с «горячей» стороны линии электропередачи в систему заземления.^[2]^[7] В дополнение к резистивной утечке ток также может индуцироваться посредством емкостной или индуктивной связи с низким импедансом. Потенциал земли на разных розетках может отличаться от 10 до 20 В.^[3] из-за падений напряжения от этих токов. На схеме показан ток утечки от такого устройства, как электродвигатель. А протекает через наземную систему здания грамм к нейтральный провод в точке заземления электросети на сервисная панель. Контур заземления между компонентами C1 и C2 создает второй параллельный путь для тока.^[7] Текущие делятся, некоторые проходят через компонент C1, сигнальный кабель S заземляющий провод, C2 и обратно через розетку в систему заземления грамм. Падение переменного напряжения на заземляющем проводе кабеля от этого тока вызывает шум или помехи в компонентах. C2.^[7]

Решения

Решение проблемы шума контура заземления - разорвать контур заземления или иным образом предотвратить протекание тока. На диаграммах показано несколько использованных решений.

Сгруппируйте кабели, входящие в контур заземления, в жгут или «змейку».^[2] Контур заземления все еще существует, но две стороны контура находятся близко друг к другу, поэтому паразитные магнитные поля индуцируют равные токи с обеих сторон, которые компенсируются.
Взломать щит
Сделайте разрыв в проводе экрана сигнального кабеля.^[4] Разрыв должен быть в конце нагрузки. Это часто называют «подъемом грунта». Это самое простое решение; он оставляет токи земли, чтобы течь через другое плечо петли. Некоторые современные компоненты аудиосистемы имеют на входах переключатели заземления, которые отключают заземление. Одна проблема с этим решением заключается в том, что если другой путь заземления к компоненту будет удален, он оставит компонент незаземленным, «плавающим». Блуждающие токи утечки вызовут очень громкий гул на выходе, что может повредить динамики.
Резистор в щите
Ставим небольшой резистор примерно 10 Ω в проводе экрана кабеля со стороны нагрузки.^[4] Это достаточно велико, чтобы уменьшить токи, индуцированные магнитным полем, но достаточно мало, чтобы обеспечить заземление компонента, если другой путь заземления удален, предотвращая громкий гул, упомянутый выше. У него есть недостаток в высокочастотных системах, где он приводит к рассогласованию импеданса и утечке сигнала на экран, где он может излучать и создавать RFI или, симметрично через тот же механизм, внешние сигналы или шум могут приниматься экраном и смешиваться с полезным сигналом.
Изолирующий трансформатор
Используйте контур заземления разделительный трансформатор в кабеле.^[3]^[4] Это считается лучшим решением, поскольку оно прерывает соединение постоянного тока между компонентами при прохождении дифференциальный сигнал на линии. Даже если один или оба компонента незаземлены (плавающие), шум не будет. Лучшие изолирующие трансформаторы имеют заземленные экраны между двумя наборами обмоток. Оптоизоляторы может выполнять ту же задачу для цифровых линий. Трансформатор обычно вносит искажения в частотный отклик. Необходимо использовать изолятор, специально разработанный для соответствующего диапазона частот.
В цепях, производящих высокочастотный шум, например, в компьютерных компонентах, ферритовый шарик задыхается размещаются вокруг кабелей непосредственно перед подключением к следующему устройству (например, компьютеру). Они имеют высокий импеданс только на высоких частотах, поэтому они эффективно подавляют радиочастотный и цифровой шум, но мало влияют на шум 50/60 Гц.
Укрепите экран сигнального кабеля, соединяющего C1 и C2, подключив толстый медный проводник параллельно экрану. Это снижает сопротивление экрана и, следовательно, амплитуду нежелательного сигнала.
Техника, используемая в студиях звукозаписи, заключается в соединении всего металлического корпуса с помощью толстых проводов, таких как медная полоса, а затем подключения к системе заземления здания на один точка; это называется "одноточечное заземление ". Однако в домашних системах обычно несколько компонентов заземляются через их 3-проводные шнуры питания, что приводит к многоточечному заземлению.

Любители иногда используют опасный прием - обрыв заземляющего провода "третьего провода". п в одном из шнуров питания компонента, сняв заземляющий штырь на вилке или используя "читер" адаптер заземления. Это создает опасность поражения электрическим током, если один из компонентов останется незаземленным.^[3]^[4]

Сбалансированные линии

Более комплексное решение - использовать оборудование, на котором симметричные сигнальные линии. Шум земли может попасть на путь прохождения сигнала только в несбалансированная линия, в котором заземляющий или экранированный проводник служит одной стороной пути прохождения сигнала. В симметричном кабеле сигнал передается в виде дифференциальный сигнал вдоль пары проводов, ни один из которых не заземлен. Любой шум от системы заземления, наведенный в сигнальных линиях, является синфазный сигнал, одинаковые в обоих проводах. Поскольку линейный приемник на конечном конце отвечает только на дифференциальные сигналы, разница в напряжении между двумя линиями, синфазный шум подавляется. Таким образом, эти системы очень невосприимчивы к электрическим шумам, включая шум земли. В профессиональном и научном оборудовании часто используются сбалансированные кабели.

История

Причины возникновения контуров заземления досконально изучены на протяжении более полувека, и тем не менее они по-прежнему являются очень распространенной проблемой, когда несколько компонентов соединяются кабелями. Основная причина этого - неизбежный конфликт между двумя различными функциями системы заземления: уменьшение электронного шума и предотвращение поражения электрическим током. С точки зрения шума, предпочтительнее иметь «одноточечное заземление», при котором система подсоединяется к заземляющему проводу здания только в одной точке. Национальный электрические коды однако часто требуется, чтобы все компоненты с питанием от переменного тока имели заземление по третьему проводу; С точки зрения безопасности предпочтительно, чтобы каждый компонент переменного тока был заземлен. Тем не менее, несколько заземляющих соединений создают контуры заземления, когда компоненты соединяются сигнальными кабелями, как показано ниже.

В низкочастотных звуковых и инструментальных системах

Если, например, домашняя система Hi-Fi имеет заземленный проигрыватель виниловых дисков и заземленный предусилитель, подключенные тонким экранированным кабелем (или кабелями в стереосистеме) с помощью фоно-разъемов, поперечное сечение меди в экране (ах) кабеля равно вероятно, будет меньше, чем у проводов защитного заземления для проигрывателя и предусилителя. Таким образом, когда в контуре индуцируется ток, на сигнальном заземлении будет падение напряжения. Это непосредственно добавляется к полезному сигналу и приводит к нежелательному гудению. Например, если текущий ${ displaystyle I}$ 1 мА на местной частоте сети индуцируется в контуре заземления, а сопротивление ${ displaystyle R}$ экрана сигнального кабеля составляет 100 мОм, падение напряжения составит ${ Displaystyle V = I cdot R}$ = 100 микровольт. Это значительная часть выходного напряжения звукоснимателя с подвижной катушкой, и в результате будет получаться действительно неприятный гул.

На практике этого обычно не происходит, потому что звукосниматель, являющийся источником индуктивного напряжения, не обязательно должен иметь соединение с металлоконструкцией поворотного стола, и поэтому сигнальное заземление изолировано от шасси или защитного заземления на этом конце линии связи. Таким образом, нет токовой петли и проблем с гудением непосредственно из-за заземления.

В более сложной ситуации, например системы звукоусиления, системы громкой связи, усилители для музыкальных инструментов, студия записи и вещательная студия В оборудовании с питанием от переменного тока имеется множество источников сигналов, которые подают множество входных сигналов на другие элементы оборудования. Небрежное соединение практически гарантировано приведет к проблемам с гудением. Невежественные или неопытные люди во многих случаях пытались решить эти проблемы, удаляя провод защитного заземления на некоторых элементах оборудования, чтобы нарушить контуры заземления. Это привело ко многим несчастным случаям со смертельным исходом, когда какой-либо элемент оборудования имеет пробой изоляции, единственный путь к заземлению - через аудиосвязь, и кто-то отключает его, подвергая себя воздействию чего-либо вплоть до полного напряжения питания. Практика «снятия» защитных сооружений незаконна.^{[нужна цитата ]} в странах, где действуют надлежащие правила электробезопасности, и в некоторых случаях может привести к уголовному преследованию.

Следовательно, решение проблем, связанных с "гудением", должно выполняться в межсоединениях сигналов, и это делается двумя основными способами, которые можно комбинировать.

Изоляция

Изоляция - это самый быстрый, бесшумный и надежный метод решения "гудящих" проблем. Сигнал изолируется небольшим трансформатором, так что каждое оборудование источника и получателя сохраняет свои собственные соединения защитного заземления, но на пути прохождения сигнала нет сквозных соединений между ними. Изолируя все несимметричные соединения трансформатором, мы можем соединить несимметричные соединения с симметричными соединениями и, таким образом, решить проблему "гула". В аналоговых приложениях, таких как аудио, физические ограничения трансформаторов вызывают некоторое ухудшение сигнала, ограничивая полосу пропускания и добавляя некоторые искажения.

Сбалансированное соединение

Это превращает паразитный шум из-за тока контура заземления в Синфазные помехи пока сигнал дифференциал, что позволяет разделить их в пункте назначения цепями с высоким коэффициент подавления синфазного сигнала. Каждый сигнальный выход имеет аналог в противофазный, поэтому есть две сигнальные линии, часто называемые горячим и холодным, с одинаковыми и противоположными напряжениями, и каждый вход дифференциал, реагируя на разницу потенциалов между горячим и холодным проводами, а не на их индивидуальные напряжения относительно земли. Существуют специальные полупроводниковые выходные драйверы и линейные приемники, позволяющие реализовать эту систему с небольшим количеством компонентов. Обычно они обеспечивают лучшую общую производительность, чем трансформаторы, и, вероятно, стоят меньше, но все же относительно дороги, поскольку кремниевые «микросхемы» обязательно содержат ряд очень точно согласованных резисторов. Этот уровень соответствия, чтобы получить высокий коэффициент подавления синфазного сигнала, невозможно получить с помощью дискретных компонентов.

В связи с растущей тенденцией к цифровой обработке и передаче аудиосигналов все более полезными становятся все возможности изоляции с помощью небольших импульсных трансформаторов, оптопар или волоконной оптики. Стандартные протоколы, такие как S / PDIF, AES3 или же TOSLINK доступны в относительно недорогом оборудовании и обеспечивают полную изоляцию, поэтому не возникает необходимости в контурах заземления, особенно при подключении аудиосистем к компьютерам.

В приборы В системах широко распространено использование дифференциальных входов с высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала, чтобы минимизировать влияние наведенных сигналов переменного тока на измеряемый параметр. Также возможно введение узких режекторные фильтры на промышленной частоте и ниже гармоники; однако это невозможно сделать в аудиосистемах из-за нежелательного звукового воздействия на полезный сигнал.

В аналоговых видеосистемах

В аналоговое видео, гудение сети можно увидеть как гул бары (полосы немного другой яркости) вертикальная прокрутка экрана вверх. Их часто можно увидеть с видеопроекторы где корпус устройства отображения заземлен через трехконтактную вилку, а другие компоненты имеют плавающее заземление, подключенное к Кабельное телевидение коаксиальный. В этой ситуации видеокабель заземляется одним концом проектора к домашней электросистеме, а другим концом - к заземлению кабельного телевидения, вызывая ток через кабель, который искажает изображение. Эта проблема не может быть решена с помощью простого изолирующего трансформатора в подаче видео, поскольку видеосигнал имеет чистую составляющую постоянного тока, которая изменяется. Вместо этого изоляцию необходимо поставить в канал CATV RF. Внутренняя конструкция коробки CATV должна была это предусматривать.

Проблемы с контуром заземления телевизионного коаксиального кабеля могут повлиять на любые подключенные аудиоустройства, такие как ресивер. Даже если все аудио- и видеооборудование, например, в системе домашнего кинотеатра, подключено к одной розетке и, таким образом, все имеют одно и то же заземление, коаксиальный кабель, входящий в телевизор, иногда заземляется кабельной компанией на другой точки, чем электрическое заземление дома, создавая контур заземления и вызывая нежелательный гул в сети в динамиках системы. Опять же, эта проблема полностью связана с неправильной конструкцией оборудования.

В цифровых и ВЧ системах

В цифровых системах, которые обычно передают данные последовательно (RS232, RS485, USB, FireWire, DVI, HDMI и т. д.) напряжение сигнала часто намного превышает наведенную частоту переменного тока на экранах соединительного кабеля, но возникают другие проблемы. Из перечисленных протоколов только RS232 является несимметричным с заземлением, но это большой сигнал, обычно + и - 12 В, все остальные дифференциальные.Проще говоря, большая проблема с дифференциальными протоколами заключается в том, что из-за небольшого несоответствия емкости между горячим и холодным проводами и землей или слегка несогласованных колебаний горячего и холодного напряжения или синхронизации фронтов токи в горячих и холодных проводах будут неравными, а также на экран сигнала будет подано напряжение, которое вызовет циркулирующий ток на частоте сигнала и его гармониках, распространяющийся, возможно, до многих ГГц. Разница в величинах сигнального тока между горячим и холодным проводниками будет пытаться протекать, например, от проводника защитного заземления элемента A обратно к общему заземлению в здании и обратно по проводнику защитного заземления элемента B. Это может привести к большой площади петли и вызвать значительное излучение, нарушающее ЭМС норм и создание помех для другого оборудования.

В результате Теорема взаимности тот же контур будет действовать как приемник высокочастотного шума, который будет снова подключен к сигнальным цепям, что может вызвать серьезное повреждение сигнала и потерю данных. Например, на видеосвязи это может вызвать видимый шум на дисплее или полностью не работать. В приложении для обработки данных. например, между компьютером и его сетевым хранилищем, это может вызвать очень серьезную потерю данных.

«Лекарство» от этих проблем отличается от лечения проблем с низкочастотным контуром заземления. Например, в случае Ethernet 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T, где потоки данных Манчестер закодирован Чтобы избежать любого содержания постоянного тока, контур (ы) заземления, который может возникнуть в большинстве установок, можно избежать за счет использования изолирующих трансформаторов сигналов, часто встроенных в корпус фиксированного RJ45 Джек.

Многие другие протоколы разрывают контур заземления на частоте передачи данных путем установки небольших ферритовые сердечники вокруг соединительных кабелей около каждого конца и / или внутри границы оборудования. Они образуют синфазный дроссель который подавляет несимметричный ток, не влияя на дифференциальный сигнал. Этот метод одинаково применим для коаксиальный межблочные соединения, и многие видеокамеры имеют ферритовые сердечники, установленные на некоторых из их вспомогательных кабелей, таких как зарядка постоянного тока и внешний аудиовход, чтобы прервать высокочастотный ток, если пользователь случайно создает контур заземления при подключении внешнего оборудования.

РФ кабели, обычно коаксиальные, также часто снабжены ферритовым сердечником, часто довольно большим тороид, через который кабель можно намотать примерно 10 раз, чтобы добавить полезную величину синфазной индуктивности.

Если не требуется передавать мощность, только цифровые данные, использование волоконная оптика может устранить многие проблемы с контуром заземления, а иногда и проблемы с безопасностью, но существуют практические ограничения. Однако оптические изоляторы или оптопары часто используются для обеспечения изоляции контура заземления, а часто и для безопасной изоляции и предотвращения распространения неисправности.

Внутренние контуры заземления в оборудовании

Обычно это вызвано плохой конструкцией. Где есть технология смешанного сигнала на печатная плата, например аналоговые, цифровые и, возможно, радиочастотные, высококвалифицированному инженеру обычно необходимо указать схему того, где заземления должны быть соединены. Обычно цифровой раздел имеет свой собственный плоскость земли чтобы получить необходимое заземление с низкой индуктивностью и избежать отскок от земли что может вызвать серьезную цифровую неисправность. Но ток цифрового заземления не должен проходить через аналоговую систему заземления, где падение напряжения из-за конечного импеданса заземления может привести к появлению шума в аналоговых цепях. Петля фазовой синхронизации схемы особенно уязвимы, потому что VCO петля фильтр Схема работает с субмикровольтовыми сигналами, когда контур заблокирован, и любое нарушение вызовет дрожание частоты и возможную потерю синхронизации.

Как правило, аналоговая и цифровая части схемы находятся в отдельных областях печатной платы, с их собственными заземляющими поверхностями, и они связаны вместе в тщательно выбранной точке звезды. Где аналого-цифровые преобразователи (АЦП), точка звезды может быть на клеммах заземления АЦП или очень близко к ним.

Дифференциальная передача сигналов, оптическая изоляция или изоляция трансформатора или оптоволоконные линии также используются в печатных платах в крайних случаях.

В схемотехнике

Контуры заземления и заземления также важны в схемотехнике. Во многих схемах, большие тока могут существовать через плоскость земли, что приводит к разности напряжений опорного заземления в различных частях схемы, что приводит к гулу и другим проблемы. Следует использовать несколько методов, чтобы избежать контуров заземления и, в противном случае, гарантировать хорошее заземление:

Внешний экран и экраны всех разъемов должны быть подключены.
- Если конструкция источника питания не изолирована, этот внешний заземление должен быть подключен к заземляющей пластине Печатная плата только в одной точке; это позволяет избежать большого тока через заземляющую пластину печатной платы.
- Если конструкция представляет собой изолированный источник питания, это внешнее заземление должно быть подключено к заземляющей поверхности печатной платы через высоковольтный конденсатор, например, 2200 пФ при 2 кВ.
- Если разъемы устанавливаются на печатной плате, внешний периметр печатной платы должен содержать полоску меди, соединяющуюся с экранами разъемов. Между этой полосой и основной заземляющей пластиной цепи должен быть разрыв меди. Их следует соединять только в одной точке. Таким образом, если между экранами разъемов есть большой ток, он не пройдет через заземляющую поверхность схемы.
Для распределения заземления следует использовать звездообразную топологию, избегая петель.
Устройства большой мощности следует размещать как можно ближе к источнику питания, а устройства с низким энергопотреблением можно размещать дальше от него.
Сигналы, по возможности, должны быть дифференциал.
Изолированные источники питания требуют тщательной проверки на паразитную, компонентную или внутреннюю емкость плоскости питания на печатной плате, которая может позволить переменному току, присутствующему на входном питании или разъемах, пройти на землю или на любой другой внутренний сигнал. AC может найти обратный путь к своему источнику через сигнал ввода-вывода. Хотя его невозможно устранить, его следует минимизировать в максимально возможной степени. Допустимое количество подразумевается дизайном.

Смотрите также

внешняя ссылка

Уитлок, Билл. «Чистота сигнала». Звуко и видео подрядчик. Архивировано из оригинал 17 сентября 2004 г.

Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Администрация общих служб документ: «Федеральный стандарт 1037С».

[1] IEEE Std. 100 Авторитетный словарь терминов стандартов, седьмое издание, IEEE Press, 2000 г., ISBN 0738126012, Контур заземления стр. 494

[Vijayaraghavan8.11-2] а ^б ^c Виджаярагхаван, G .; Марк Браун; Малкольм Барнс (30 декабря 2008 г.). «8.11 Избегание замыкания на землю». Электрический шум и его ослабление - Часть 3: Экранирование и заземление (продолжение), а также фильтрация гармоник. Сеть EDN, UBM Tech. Получено 24 марта, 2014.

[Whitlock-3] а ^б ^c ^d Уитлок, Билл (2005). «Понимание, обнаружение и устранение контуров заземления в аудио- и видеосистемах» (PDF). Шаблон семинара. Jensen Transformers, Inc. Архивировано с оригинал (PDF) 21 февраля 2010 г.. Получено 24 марта, 2014.

[Robinson-4] а ^б ^c ^d ^е ^ж ^грамм Робинсон, Ларри (2012). "О заземляющих петлях". MidiMagic. Персональный сайт Ларри Робинсона. Получено 24 марта, 2014.

[Ballou-5] Баллоу, Глен (2008). Справочник звукорежиссера (4-е изд.). Тейлор и Фрэнсис. С. 1194–1196. ISBN 1136122532.

[Vijayaraghavan8.8.3-6] Виджаярагхаван, G .; Марк Браун; Малкольм Барнс (30 декабря 2008 г.). «8.8.3 Магнитная или индуктивная связь». Электрический шум и его ослабление - Часть 3: Экранирование и заземление (продолжение), а также фильтрация гармоник. Сеть EDN, UBM Tech. Получено 24 марта, 2014.

[Ballou2-7] а ^б ^c Этот тип часто называют «связью по общему сопротивлению», Баллоу 2008 Справочник звукооператоров, 4-е изд., п. 1198–1200

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]