地線的定義及阻抗概念

1．地線的定義

什么是地線？大家在教科書上學(xué)的地線定義是：地線是作為電路電位基準(zhǔn)點的等電位體。這個定義是不符合實際情況的。實際地線上的電位并不是恒定的。如果用儀表測量一下地線上各點之間的電位，會發(fā)現(xiàn)地線上各點的電位可能相差很大。正是這些電位差才造成了電路工作的異常。電路是一個等電位體的定義僅是人們對地線電位的期望。 HENRY 給地線了一個更加符合實際的定義，他將地線定義為：信號流回源的低阻抗路徑。這個定義中突出了地線中電流的流動。按照這個定義，很容易理解地線中電位差的產(chǎn)生原因。因為地線的阻抗總不會是零，當(dāng)一個電流通過有限阻抗時，就會產(chǎn)生電壓降。 因此，我們應(yīng)該將地線上的電位想象成象大海中的波浪一樣，此起彼伏。

2．地線的阻抗

談到地線的阻抗引起的地線上各點之間的電位差能夠造成電路的誤動作，許多人覺得不可思議：我們用歐姆表測量地線的電阻時，地線的電阻往往在毫歐姆級，電流流過這么小的電阻時怎么會產(chǎn)生這么大的電壓降，導(dǎo)致電路工作的異常。 要搞清這個問題，首先要區(qū)分開導(dǎo)線的電阻與阻抗兩個不同的概念。電阻指的是在直流狀態(tài)下導(dǎo)線對電流呈現(xiàn)的阻抗，而阻抗指的是交流狀態(tài)下導(dǎo)線對電流的阻抗，這個阻抗主要是由導(dǎo)線的電感引起的。任何導(dǎo)線都有電感，當(dāng)頻率較高時，導(dǎo)線的阻抗遠(yuǎn)大于直流電阻，表1 給出的數(shù)據(jù)說明了這個問題。在實際電路中，造成電磁干擾的信號往往是脈沖信號，脈沖信號包含豐富的高頻成分，因此會在地線上產(chǎn)生較大的電壓。對于數(shù)字電路而言，電路的工作頻率是很高的，因此地線阻抗對數(shù)字電路的影響是十分可觀的。

如果將10Hz時的阻抗近似認(rèn)為是直流電阻，可以看出當(dāng)頻率達(dá)到10MHz 時，對于1米長導(dǎo)線，它的阻抗是直流電阻的1000 倍至10萬倍。因此對于射頻電流，當(dāng)電流流過地線時，電壓降是很大的。 從表上還可以看出，增加導(dǎo)線的直徑對于減小直流電阻是十分有效的，但對于減小交流阻抗的作用很有限。但在電磁兼容中，人們最關(guān)心的交流阻抗。為了減小交流阻抗，一個有效的辦法是多根導(dǎo)線并聯(lián)。當(dāng)兩根導(dǎo)線并聯(lián)時，其總電感 L為：

L = ( L1 + M ) / 2

式中，L1 是單根導(dǎo)線的電感，M是兩根導(dǎo)線之間的互感。 從式中可以看出，當(dāng)兩根導(dǎo)線相距較遠(yuǎn)時，它們之間的互感很小，總電感相當(dāng)于單根導(dǎo)線電感的一半。因此我們可以通過多條接地線來減小接地阻抗。但要注意的是，多根導(dǎo)線之間的距離不能過近。