【科普文】说一说电路中的“地(ground)”

在雷雨天气,避雷针会把天空中的闪电引入到大地底下,避免雷电对建筑物,对人的伤害,这是电气概念中“地”的最初由来。

随着人们对电的利用越来越广泛,了解到对于电荷的工作路径需要一个电压的参考点,电流由高电压位到低电压位,这个低电压位就叫做“地”。此时的地电位与之前描述的大地不同,并不代表真正的地球大地,而是一个特定的参考电压点,可以称之为参考电路地。举个例子,比如你家的后山,你会说是高多少米,此时是以你家的地面来做参考得出的高度。而严格来说,应该以海平面作为参考点,描述为此山海拔多少米。这就是参考地和真正大地的区别。

既然在电路中,地只是一个电位参考点,那么就会有多种不同的参考电压,但不管如何去定义,它们的电位都是0v。在电子产品设计中,根据地电位的功能,可以分为“信号地”,“安全地”等。

信号地在电路设计中是各种器件的0v电压集合点,和安全地不同,信号地不一定需要与大地连接,而安全地则要保证接地的设备与大地处于同一个电位。需要了解的是,地并不是一个点,而是一根线,或者是一个面,在大多数情况下并不是唯一的电位。

在电路中,接地有什么好处呢?对于这点,估计大家都清楚,一是为了人身安全,比如以前老旧的电脑主机机箱,如果是两线插头(零线,火线)的话,有时候不小心摸到机箱也会有触电的感觉,如果换成三线插头(零线,火线,地线)就不会出现类似的情况了。二是减少电路中的电磁干扰,为什么这么说呢?因为刚才讲了,电路中的各种参考地并不属于真正的大地,也就是说它们的地电位实际上不是相等的,地线上各点会存在一定的电压,称为“地线噪声电压”。

存在噪声电压必然存在电磁干扰。众所周知电流是从高电位流向低电位,电路中的地线也是导体,本身有阻抗,而电流流过地线时就会产生电压,造成了地线电位的差异。由于电流的这一流向特性,在电路设计中,往往电线电流会不可控,因为不清楚哪里的地线电压会较低,稍有设计不当,会造成较大面积的电流回路,影响电路设备,产生电磁干扰。因此,电路中地线的设计非常重要,其根本的目的就在于控制电流的走向,控制电流回路的面积。

文章转载自:今日头条