在測量系統(tǒng)中，習(xí)慣上將地分成三類： 

 電氣接地”原本是電路與大地之間的導(dǎo)電連接。但是，在電子設(shè)備制造業(yè)中，這個詞的意義已經(jīng)放寬成用作零電壓參考的一個點(diǎn)或幾個點(diǎn)。
 

1. 電源地---------提供儀器工作所需電源的電流的返回路徑。
2. 信號地---------所有信號電流的參考點(diǎn)和返回路徑。
3. 底盤和屏蔽地----------通常是儀器的底盤和金屬外殼以及電纜的屏蔽。

   基本接地準(zhǔn)則是要求整個系統(tǒng)中每類的地都具有相同電位。然而，在任何實(shí)際系統(tǒng)中，這個要求很少完全滿足。

電氣接地原理與測試方法一、交流電源接地

    交流配電系統(tǒng)是*嚴(yán)重的電干擾源之一。為此，適當(dāng)了解這類配電系統(tǒng)中的一些實(shí)際接地作法是十分重要的。

交流配電系統(tǒng)通常分為三類：

1. 以高壓，即34kV以上電壓遠(yuǎn)距離傳送電力的輸電線。
2. 向測試設(shè)備或范圍不大的城鎮(zhèn)傳送電力的主配電線路，電壓范圍為2.4～25kV。
3. 通常工作在120～240V的設(shè)備配電線路。

    在所有這些情況下，電力線都以大地作為參考。這樣作是為了防止由各個接地之間的跳火引起的瞬時電壓，允許使用較低的絕緣電平以及幫助保護(hù)啟動。
    由于上述電力線全都有大地作為參考，故電流均流入大地。流入大地的電流將找到一條電阻*小的路徑并沿其流動，因而，在大地中產(chǎn)生電位降并產(chǎn)生磁通。這種電位降使與處在兩個不同位置的兩地相連，并假定它們?nèi)匀惶幱谙嗤娢怀蔀椴豢赡?。所產(chǎn)生的磁通因變壓器的作用而耦合進(jìn)遠(yuǎn)距離的電力線或電力線環(huán)路，從而產(chǎn)生很難消除的低阻抗環(huán)流。
    在正常情況下，高壓輸電線只在發(fā)電機(jī)一端接地。然而，在遠(yuǎn)距離輸電線情況下，輸電線的對地電容可以使很大的電流流經(jīng)大地。對于主配電線路，國家電氣**規(guī)范要求中線導(dǎo)線每英里至少與大地連接四次。
    在配電設(shè)備中，中線在電源接地而不應(yīng)在負(fù)載接地。除非某處有故障，否則由配電設(shè)備引起的地電流應(yīng)很小。因?yàn)槿澜绱嬖诖罅康碾娏ο到y(tǒng)，故一般可以認(rèn)為，幾乎處處都有地電流。這就是人的手指接觸示波器的輸入端觀察到的市電頻率（50Hz或60Hz）信號或人的耳朵靠近音頻放大器聽到的哼聲。由于這個信號無處不在，故在所有互連系統(tǒng)中，特別是在十分靈敏或相隔較遠(yuǎn)的系統(tǒng)中必須予以考慮。

電氣接地原理與測試方法二、儀器的電源輸入

1、交流供電的儀器

大多數(shù)高質(zhì)量儀器都有一根三芯電源線。在這根交流電源線中，一根是火線，**根是公共線或電源回線，而第三根是接地線。在一起內(nèi)部，火線或公共線接到電源變壓器，而接地線則直接連接金屬外殼。第三根線通過使儀器外殼維持在地電位而確保人身**，故這根線不應(yīng)當(dāng)撤掉。盡管第三根線或接地線對防止電擊和提供總接地屏蔽的**性是必要的，但當(dāng)幾臺儀器全都插入電源線，然后將儀器外殼全部連接在一起形成一個大環(huán)路時，便可能引發(fā)出問題。那時，環(huán)路變成一匝短路線圈，對地電流的磁耦合可能產(chǎn)生很大的環(huán)流。通常稱這個環(huán)路為“接地環(huán)路”。

2、用電池工作的儀器

可再充電電池和低功耗的固態(tài)電路允許儀器設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)完全隔離的便攜式儀器。由于進(jìn)行了隔離，所以，這類儀器在消除接地引起的許多問題方面有若干優(yōu)點(diǎn)。例如，由于對信號測量的參考點(diǎn)不在大地，故很容易消除接地環(huán)路。

電氣接地原理與測試方法三、儀器接地

1、正常輸入地

    信號地的路徑依據(jù)儀器類型而有所不同。然而，十分重要的是沒有外部電流在儀器上流動。常使用的儀器都是測量儀器，如電壓表、示波器或圖表記錄器。這些儀器拾取某個輸入量并將其對操作者顯示，這類儀器通常都有完整的接地系統(tǒng)。
    應(yīng)當(dāng)注意，這些儀器的輸入是以機(jī)殼的地作為參考，儀器機(jī)殼的地又通過交流電源的第三根線與地連接。只要插入第三根線，輸入地就不應(yīng)當(dāng)與相對于大地具有電位的任何點(diǎn)連接，否則便可能產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。

測量儀器*普通的輸入地和電源地

2、差分輸入

如下圖所示，某些測量儀器具有差分（懸浮）輸入（信號回路與儀器機(jī)殼隔離），這類儀器中，顯示的信號是兩路信號之間的電壓差。例如，若5V信號加到相對于機(jī)殼地為正的輸入端，而3V信號加到負(fù)輸入端，則可以檢測到的**部分是電壓差（差分電壓）2V。對兩個輸入端共同的電壓部分叫做“共模電壓”，理想情況下，這部分電壓是檢測不到的。由于兩個輸入端被隔離，所以，任一個輸入端都可以看作是信號地。只要不超過儀器的額定電壓，這個參考輸入端對于儀器的機(jī)殼地便可以處于任意電壓。
 

差分輸入設(shè)備的接地系統(tǒng)

3、輸出型儀器的正常接地

輸出型儀器是信號源，如待連接到另外儀器上的電源或信號源。如下圖所示，對于直流輸出或低頻輸出，一般都有正、負(fù)兩個輸出端，以及需要時可以連接的獨(dú)立機(jī)殼接線端。對于射頻發(fā)生器或有高頻分量的情況，輸出將通過一個射頻連接器，連接器的外部或接地側(cè)面連接到機(jī)殼上。
 

低頻和直流輸出儀器的接地系統(tǒng)（b）射頻輸出儀器的接地系統(tǒng)
輸出型儀器的典型接地系統(tǒng)電氣接地原理與測試方法4、測量系統(tǒng)的接地連接

    將儀器地正確連接在一起并不存在一個**通用的方法。根據(jù)環(huán)境的不同，可有若干能給出滿意結(jié)果的方法。接地互連的一般準(zhǔn)則是：

1. 連接所有的地，使屏蔽地、電源地和信號地的電流不能相混，而只能在它們各自的回流途徑中流動。
2. 盡量使接地路徑縮短，并且使用粗導(dǎo)體以將接地點(diǎn)之間的阻抗減至*小。
3. 避免地電流流經(jīng)多重路徑。
4. 設(shè)計(jì)每個單獨(dú)的接地電路，使高電平地電流不能流入低電平的輸入回路。

    在大多數(shù)情況下，同時嚴(yán)格遵守上述所有規(guī)則是不切實(shí)際的。例如，為了**起見，應(yīng)當(dāng)將所有儀器連接到地，而這個要求往往與多個接地路徑的規(guī)則相矛盾。在實(shí)踐中，上述規(guī)則只用作指南，進(jìn)行所有接地時應(yīng)使折中考慮四條規(guī)則所帶來的影響*小。
    下圖示出一個典型的儀器內(nèi)部連接接地系統(tǒng)的例子。在這個系統(tǒng)中，電源地與信號地是不隔離的。然而應(yīng)當(dāng)小心采取適當(dāng)?shù)慕拥卦O(shè)計(jì)將問題減至*少。該接地系統(tǒng)的地電流在一個連續(xù)的線路流動，依次從高電平級流向低電平級而不往回流動。即使指定一根導(dǎo)線或底盤作為地，也不能過分強(qiáng)調(diào)在底盤所有的點(diǎn)不可能存在同樣的電位，特別是高頻上更是如此。這一點(diǎn)可以用等效阻抗Z1、Z2和Z3來說明。

儀器的內(nèi)部接地系統(tǒng)

    三個等效阻抗是互連導(dǎo)線的電感和電阻。雖然必須通過選擇短的電流途徑與粗導(dǎo)體將Z1、Z2和Z3減至*小，但是流經(jīng)它們的電流仍然可能產(chǎn)生顯著的壓降，從而導(dǎo)致各個接地點(diǎn)有不同電位。因此，**電路或一臺儀器不能與被認(rèn)為是地的任何點(diǎn)任意連接。為了說明隨意接地的后果，假定將第3級連接到A點(diǎn)而非D點(diǎn)，如上圖虛線所示，這時，流到第3級的任何信號電流與電源電流都必須通過Z1、Z2和Z3。第3級通常是支取在變化的大電流的高電平級。這些電流將在直接與第**的輸入相串連的Z1上產(chǎn)生壓降，而第**通常是靈敏的低電平放大器。在同第2級、第3級相串連的Z2和Z3兩端也將出現(xiàn)電位降。輸入端上的這些外來信號可以引起許多嚴(yán)重問題。根據(jù)儀器的不同，系統(tǒng)可能產(chǎn)生振蕩、形成直流偏移、出現(xiàn)尖峰信號或其它虛假響應(yīng)。
    還要注意，電源接地應(yīng)像上圖中所示那樣首先連接到高電平級。如果像虛線和Z4表示的那樣將電源連接到A點(diǎn)，那么第3級的高電平電流會再次被迫流過Z1，從而產(chǎn)生虛假響應(yīng)。在正確連接的情況下，來自第1級的低電平電流將流過Z2和Z3，然而，這個電流的幅度很小，以致在第2級和第3級引起的信號多半都無關(guān)緊要。
    一種誤解認(rèn)為，在哪里接地都相同。如下圖所示，這在一個簡單直流電源的設(shè)計(jì)中就會遇到麻煩。正常情況下，一個精心設(shè)計(jì)和精心制作的直流電源在A和B之間輸出的紋波與噪聲都非常小。然而，由于某種原因若將C點(diǎn)而不是D點(diǎn)用作地參考更為方便，則輸出將出現(xiàn)顯著紋波。發(fā)生這個情況是由于流過整流器對濾波電容充電的電流僅僅在一個周期的很小的部分流通，結(jié)果產(chǎn)生了幅度比直接輸出電流大許多倍的端電流脈沖。由于這些電流脈沖一般至少為幾安培，所以，為了產(chǎn)生與輸出相串聯(lián)的相當(dāng)大的電壓脈沖，在C和D之間要使用很小的電阻。
 

簡單直流電源的參考地應(yīng)用

    與測量系統(tǒng)相聯(lián)系的許多問題都是由接地環(huán)路引起的結(jié)果。接地環(huán)路的*佳定義是不能在兩個不同的接地點(diǎn)提供相同的電位。這可能歸因于多點(diǎn)接地、在大導(dǎo)線環(huán)路上的磁感應(yīng)或長導(dǎo)線上的電耦合。每當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)市電頻率（50Hz或60Hz）哼聲，往往都是由接地環(huán)路造成。
為了說明與接地環(huán)路相關(guān)的問題，參考下圖所示系統(tǒng)。
 

儀器內(nèi)部的接地環(huán)路

    正確的工藝規(guī)程規(guī)定：電源的回接應(yīng)當(dāng)只連接B點(diǎn)。如果不是這樣，而是回接到A和B兩點(diǎn)（虛線），那么，來自第3級的電流會從B點(diǎn)分成兩路流過。流過每條路徑的電流大小與各路徑的電導(dǎo)率成正比。此外，兩條路徑的相對電導(dǎo)率大小又可能使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩或錯誤的結(jié)果。在存在變化磁場的情況下，因接地環(huán)路中的感應(yīng)環(huán)流而使接地環(huán)路產(chǎn)生附加干擾。出現(xiàn)這種干擾時，由于電纜長和接地間隔遠(yuǎn)，很可能同時在信號接地處和在信號輸入電平上出現(xiàn)干擾。這種干擾稱之為“共模干擾”，并需特別注意。
下圖示出所謂“單點(diǎn)接地”的接地方法，在這個例子中，為任何**所共有的**接地電阻是包括連接公共點(diǎn)的導(dǎo)體在內(nèi)的電源輸出阻抗。通常，這個阻抗可以做得足夠小而可忽略不計(jì)。
 

儀器的各級連接公共電源，再單點(diǎn)接地

    將一臺電子儀器與一個外電源組成的系統(tǒng)正確接地的方法示于下圖。*好的電源具有三個接線端子：正端、負(fù)端和屏蔽地（儀器機(jī)殼）。如圖所示，當(dāng)將這個電源連接到其它儀器上時，將正輸出和負(fù)輸出連接到相應(yīng)的電源輸入端子，而將屏蔽接地連接到儀器的屏蔽罩上。這樣就提供了一個延伸的屏蔽系統(tǒng)使外部干擾*小。
 

連接外部直流電源與單獨(dú)電子儀器連接的正確接地系統(tǒng)

    下圖示出一個典型測量裝置的完整接地系統(tǒng)的例子。被測電子電路由一個直流電源供電，并用一臺音頻振蕩器激勵，輸出用一臺示波器觀察。多重接地路徑維持到*短，并將所有的屏蔽連接在一起以消除外部干擾。

由音頻振蕩器激勵并用示波器觀察的儀器組成的測量裝置的正確接地系統(tǒng)

    由于大部分儀器都具有隔離的輸入與隔離的輸出。只有一個接地環(huán)路通過儀器機(jī)殼與電源輸入的大地引腳。在正常環(huán)境下，由于屏蔽同其它地相隔離，故沒有明顯的電流流動，所以，只要接地環(huán)路的環(huán)流不大到足以產(chǎn)生強(qiáng)磁場，接地環(huán)路的影響便可以忽略不計(jì)。
5、射頻地與屏蔽地
    由于所使用的任何接地系統(tǒng)都有分布電感，所以射頻接地難以實(shí)現(xiàn)。采用大面積金屬接地和短接地導(dǎo)線的強(qiáng)制法一般都能形成組好的接地系統(tǒng)。大多數(shù)射頻儀器的輸入端子和輸出端子都直接以儀器的金屬外殼（屏蔽地）作為參考。各單獨(dú)的儀器應(yīng)當(dāng)用匹配良好的射頻屏蔽電纜連接在一起，主要是防止傳輸線上形成駐波、電纜發(fā)出輻射和感應(yīng)信號。
    電纜屏蔽本質(zhì)上是連在一起的儀器機(jī)殼之延伸。如果把電源和信號隔離以及正確接地的其它一切都搞好了，那就不會有因儀器而引起的電流在屏蔽上流動。屏蔽的主要目的在于保護(hù)電纜并將從外部輻射源進(jìn)入電路的傳導(dǎo)干擾減到*小或者防止電纜成為輻射干擾源。
對接地電纜進(jìn)行屏蔽時，所需接地類型取決于涉及的頻率、電纜的長度及儀器的靈敏度。然而，除非至少每隔0.15個相關(guān)信號的波長接地，否則，屏蔽一般都沒有太大的價值。如果選定的接地點(diǎn)之間阻抗很高，由于在接地環(huán)路中會感應(yīng)起多重地電流，所以，這種類型的接地系統(tǒng)是沒有效果的。應(yīng)當(dāng)評估這些多重地電流對儀器的影響。在許多情況下，采用的儀器對感應(yīng)頻率都不敏感，因此不存在問題。
    然而，在諸如視頻電路之類的寬帶電路中，常常會撿拾或強(qiáng)或弱的哼聲。減小這種哼聲有幾個方法，例如，在電視工業(yè)中應(yīng)用二極管箝位電路恢復(fù)直流電平來抵消哼聲。這種抵消的機(jī)理是對系統(tǒng)增加適當(dāng)電平的反相信號，使盡可能多地抵消干擾哼聲。