接地地环路对电子设备的干扰和抑制措施的研究

摘要: 本文简要叙述了雷电对通信和电子设备的危害及防护方法,对通过接地来防止雷电而形成的地环路干扰对电子电路设备的影响进行了重点分析和论述。

Abstract: This paper briefly describes hazards and protection methods on the communications and electronic equipment from lighting. And it analyzes and discusses the method which is through the ground to prevent interference to electronic equipment from lightning.

关键词: 雷电防护;接地;地线干扰;隔离地环路干扰的措施

Key words: lightning protection;grounding;ground disturbance;measures of isolating ground loop interference

中图分类号:TM862文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)05-0119-01

0引言

随着通信事业的迅速发展,电子器件等高新技术产品被广泛的应用。例如:程控交换机、数字通信设备、微机管理设备等。通信方式越来越先进,通信功能越来越完备。然而,这些先进的电子设备承受瞬间过电压的能力却非常低。这就要求我们增加预防雷电和感应电压对设备的损毁意识。另外,有数据统计显示,有85%以上的雷电和感应过电压对通信设备损坏是通过供电系统侵入的,而且雷电也给许多单位,家庭带来了巨大的经济损失甚至危及生命。因此,必须给以足够的重视和加以重点防护。此外,电磁噪声和电子电路之间的干扰和接地地环路的干扰对电子设备的性能造成了巨大的危害,甚至使其不能正常工作,因此消除接地环路的干扰对于设备的正常工作非常重要。

1雷电对通信、电子设备的危害和防护

雷电对通信电源及其供电设备造成的危害大部分是感应雷产生的过电压和地电位升高反击通信电源及其用电设备。据资料显示,当某处供电线路的雷击电流为80kA时,该处线路上的瞬间感应电压可达25kV。如果某通信站距离落雷处不是很远,那么,如此高的感应过电压即使经过线路衰减也仍然具有相当的强度,从而击穿电源设备绝缘,损坏电源及其供电设备,造成供电异常或中断、损坏其供电的通信设备等严重故障。此外,由于现在通信站接地系统大多采用联合接地方式,这样雷电流经接地装置入地时,地电位将瞬间升高。假设某站联合接地系统接地电阻值为1Ω,雷电流瞬间最大值为20kA,那么地电位就升高20kV。引雷入地是雷电防护最基本的措施。另外还有等电位法和雷云驱散法。等电位法是在构筑建筑物时将所有导电物体(如钢筋、金属管道、金属门窗等)均用导体联接成一体,使其感应任何电场时均无电位差,建筑体也就不会遭雷击。雷云驱散法是有的国家用导弹将雷云驱散以防止雷击。

2 地环路的干扰

全球每天约发生800万次闪电,每个闪电的电压高达l亿到10亿伏特,电流强度达2万至4万安培。雷击放出的强电会造成电力设施的损坏,引起电信、卫星、移动通讯服务的中断,导致煤炭、石油化工、纺织易燃物品火灾事故,更为严重的是带来人员伤亡。而引雷入地是雷电防护最基本的措施,因此电子、通信设备都需要有接地措施,但电子设备中的地线分布到设备内部的各级电路单元,通过接地难免会与其他线路构成环路。如果在不对称馈电的信号电路中,地线与信号线可构成环路;地线作为直流供电电源的馈线之一时,它与另一电源线也会构成环路;地线本身也可能构成环路。当交变磁场与这些回路交连时,环路中产生的感应电势就有可能叠加到传输信号上形成干扰。

3地环路干扰的抑制

对地环路干扰的抑制目前有很多措施,如采用变压器耦合,纵向扼流圈传输信号,电路单元间用同轴电缆传输信号,光偶合器,光缆传输信号,用差分放大器减少有地电位差应起的干扰。这里只着重讨论用差分放大器减少有地电位差引起的干扰。地线总有一定的阻抗,地线电流在信号电路两接地点之间产生电位差Ug,该电位差会在非平衡输入的放大器负载上输出一个放大了的干扰电压。而在平衡输入的差分放大器负载上(如图1(a)(b)所示),Ug所引起的干扰电压基本被抵消,达到抑制共模干扰的目的。

根据等效电路可以写出下列方程:

Ug+Irg=I2(Rc2+R12)(1)

I2(Rc2+R12)=I1(Rs+Rc1+R11)(2)

I=I1+I2=■+■(3)

根据以上三个方程连立求解可得:

U1=■Ug

U2=[■-1]■

所以有:U2-U1={■ -

■-■}Ug

由于电路的对称性,Rc1=Rc2,R11=R12

当Rs=0时 : U2-U1=0

当Rs≠0时,可以与Rc2串联一个滑动变阻器Rd,通过调节滑动变阻器的值使得:Rc2+Rd=Rc1+Rs(R11=R12)

4结论

当输入共模信号时,由于电路的对称性,此时两发射极电流增量大小极性相同,电阻上将有增量电流,同理两极电极处的电压增量也是大小极性都相同。因此,双端输出时电压为零,即理想对称的差放两端输出时的共模增益为零。使得Ug所引起的干扰电压基本被抵消,达到抑制共模干扰的目的。

参考文献:

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[2]沈惠源.电子设备结构与造型设计[M].南京:东南大学出版社,1990.

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