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(shū)上學(xué)的地線定義是：地線是作為電路電位基準(zhǔn)點(diǎn)的等電位體。這個(gè)定義是不符合實(shí)際情況的。實(shí)際地線上的電位并不是恒定的。如果用儀表測(cè)量一下地線上各點(diǎn)之間的電位，會(huì)發(fā)現(xiàn)地線上各點(diǎn)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(gè)等電位體的定義僅是人們對(duì)地線電位的期望。 HENRY 給地線了一個(gè)更加符合實(shí)際的定義，他將地線定義為：信號(hào)流回源的低阻抗路徑。這個(gè)定義中突出了地線中電流的流動(dòng)。按照這個(gè)定義，很容易理解地線中電位差的產(chǎn)生原因。因?yàn)榈鼐€的阻抗總不會(huì)是零，當(dāng)一個(gè)電流通過(guò)有限阻抗時(shí)，就會(huì)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(diǎn)之間的電位差能夠造成電路的誤動(dòng)作，許多人覺(jué)得不可思議：我們用歐姆表測(cè)量地線的電阻時(shí)，地線的電阻往往在毫歐姆級(jí)，電流流過(guò)這么小的電阻時(shí)怎么會(huì)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(gè)問(wèn)題，首先要區(qū)分開(kāi)導(dǎo)線的電阻與阻抗兩個(gè)不同的概念。電阻指的是在直流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流呈現(xiàn)的阻抗，而阻抗指的是交流狀態(tài)下導(dǎo)線對(duì)電流的阻抗，這個(gè)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(shí)，導(dǎo)線的阻抗遠(yuǎn)大于直流電阻，表1 給出的數(shù)據(jù)說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題。在實(shí)際電路中，造成電磁干擾的信號(hào)往往是脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)包含豐富的高頻成分，因此會(huì)在地線上產(chǎn)生較大的電壓。對(duì)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(duì)數(shù)字電路的影響是十分可觀的。

如果將10Hz時(shí)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(shí)，對(duì)于1米長(zhǎng)導(dǎo)線，它的阻抗是直流電阻的1000 倍至10萬(wàn)倍。因此對(duì)于射頻電流，當(dāng)電流流過(guò)地線時(shí)，電壓降是很大的。 從表上還可以看出，增加導(dǎo)線的直徑對(duì)于減小直流電阻是十分有效的，但對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(guò)多條接地線來(lái)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(guò)近。