电路接地的重要性，减少不必要的地电流和相关噪声

大多数电气工程师都在早期了解所谓的电路接地的重要性。在许多情况下，无论遇到什么问题，增加接地或改善接地（意味着较低的阻抗）都是一件好事，不会受到伤害。这就是电路EE在工作和调试台式电路原型等过程中钻研的内容，并且学会了在某一点将模拟地连接到数字地，以最大程度地减少不必要的地电流和相关噪声。

在大多数情况下，这种接地确实可以提高电路性能，但是正如每位经验丰富的工程师所知道的那样，每条规则都有合法的例外，而接地就是其中之一。混乱的很大一部分来自模棱两可，而这种草率的用语与那个听起来清白的七个字母的单词有关。

为何如此？实际上，该词可以指三种类型的电路连接中的任何一种：

电路实际连接到地球的大地，它充当电子的无限源和宿。

通用（也可以称为信号地），它在电路中建立一个0-V点（电路中通常有多个）。甚至在此词中使用“地面”一词通常会产生很大的误导。

机箱接地，它连接电路中所有标称的零伏电位点；它可能已接地，但由于许多设备（例如大多数便携式电池供电设备）都没有接地，因此通常无法接地。在此，如果未将地线一词连接到真实的地线，则可能会产生误导。

每个都有一个不同的符号，但是从我见过的大多数原理图中您不会知道它，因为除非原理图草绘器特别小心，否则三角形通常用于所有和所有基础（图1）。

图1不同理由有不同的符号，但是它们经常被滥用。资料来源：Autodesk

与地面混淆的很大一部分是由于与另一个重要词：电压相关的术语。当有人说“ A点为X伏”时，该措辞忽略了电压故事的关键部分。电压仅存在于两个定义的点之间，电压的更好用语是较旧但仍在使用的短语电势差。除非您相对于其他点指定A处的电压，否则说“ A处的电压”可能表示电路不同部分的电位不同。这尤其具有挑战性，因为电路中的各种接地（接地，底盘和公共（信号））之间往往存在电位差，并且这些电位差的范围可以从毫伏到伏特，甚至更大。

当然，在存在电位差的地方，有可能产生电流。这是另一个经常因诸如地面和电压之类的言语松懈而迷失的因素。尽管电位差是一个问题，但在许多情况下，通常重要的是电流受该电位差流过电路的两点。这些电流是基于低级传感器的设计中的噪声和性能问题的根源，在某些情况下也可能是致命的，这是一系列问题。

如果有充分的理由如此重要，它们怎么可能致命？不是说他们自己很危险，而是一个两部分的问题。考虑带有金属外壳的医疗仪器，该金属外壳为了安全起见已接地，因此由于内部故障而导致短路到外壳的线路电平交流电压的电流将直接流向该接地，而不是通过用户（或患者），并且然后返回地面。

似乎是个好主意，除非不是。发生坏事，一种可能是由于电线或螺丝松动或腐蚀（安全，发生）导致安全接地故障，或者三线AC插头接地不良或接地不良或插座接线很常见（图2）。

图2标准的三线AC插头具有电源（火线），零线和地线连接；它们的颜色可能因国家/地区而异，并且接地线通常被绿色绝缘层覆盖，甚至裸露。在电源线，插头，插座或主电源中通常不存在接地连接或断开连接。资料来源：流明学习

然后，箱子确实开始运转，任何人都在触摸它……好吧，您知道电流从交流线路流经对象到地面时会发生什么情况（图3）。这里不是致命的电压，而是驱动身体的电压驱动电流–通过皮肤接触只需几毫安的电流就可以通过胸部，从而引起心脏纤颤（它们也被称为电位差“电动势”，有充分的理由）。

图3绝缘层破损会使带电/热电线直接与设备的金属外壳接触，并且接地断开时，人员会受到严重电击-但是，在缺少接地连接的情况下，设备仍可以正常工作。资料来源：流明学习

在这种情况下，将机箱不接地实际上可以避免电击危险，并且通常使用隔离变压器来确保这种非连接（图4）。该变压器的次级侧有交流线和交流中线，但那里没有接地。因此，没有从热外壳到用户的电流流回初级侧接地的电流路径。

图4隔离变压器在初级侧接地线和次级侧之间没有欧姆（电流）路径，从而阻止了完整的电路，从而阻止了电流通过用户并流回大地。资料来源：流明学习

在医疗设备中通常需要使用隔离变压器，因为如果患者体内有探头且接触阻抗较低，则电击风险特别高。流经胸部内部的电流只有几微安，可能会致命。这篇文章末尾的法规参考提供了任务和详细信息，但是，当然很难解读它们。

隔离的需求不仅限于交流线路设备或有电击危险的情况。有许多传感器与地面没有固有的连接，但是在使用中可以连接到地面，例如，传感器附在金属框架上。这种接地连接可能会使模拟前端（AFE）的电路短路，因此使用“浮动”非接地AFE，并通过变压器，光电耦合器，电容耦合，RF链路或其他技术实现隔离。

在使电路正常工作的项目压力下，通常应该退后一步并提出以下问题：

接地之间以及电路功能之间的电位差在哪里以及什么地方？

这些差异将流过多少电流，将会产生什么影响？

接地（如果有），机架和信号（公用）地之间的连接是什么？（请注意，许多电路实际上具有多个信号地。）

好消息和坏消息是，关于接地的所有类型和方面，都有大量可靠的资料可供使用，涵盖基础教程，案例研究以及实用的“如何做到”的见解，涉及电池供电的敏感传感器的几乎所有方面驱动到医疗设备，大型建筑物和天线塔的电路。

您是否曾因没有地面而遇到安全或性能问题？从地面上怎么样？您是否曾经通过添加或连接地面或移除地面来解决问题？
编辑：hfy