六、搭接-1.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,EMC theory and application,第,6,章 搭接技术,搭接指的是在多个组件或模块之间，设备或几个系统之间通过低阻抗的导体实现电连接的一种方式，如：,电缆屏蔽层与机箱之间的搭接,屏蔽体上不同部分之间的搭接,滤波器与机箱之间的搭接,不同机箱之间的地线搭接,搭接的目的：,保护设备和人身安全，防止雷电放电的危害,建立故障电流的回流通路，建立信号电流的均匀而稳定的通路,降低机箱和系统壳体上的射频感应电势，防止静电电荷积累,防止电源突然与地短路发生电击危险，保护人身安全,搭接的方式,直接搭接：将两种金属构件借助金属流动工艺连接在一起，常见形式有对接和搭接两种。,由于金属表面并不是绝对光滑的，金属表面有许多高低不平的峰谷，因此当两件这样的表面放在一起接触时，只有在峰顶上接触，于是，实际供电流流动的接触面积，就比金属接触的视在面积小得多,半永久性的连接，如铆接和螺钉安装，能提供有效的搭接，但连接体的相对移动会影响搭接效果,直接搭接的质量和可靠性取决于搭接导体的接触电阻,对于不同的搭接作用，其电阻值具有不同的要求,间接搭接：采用搭接带或搭接条等辅助导体连接两种金属物体。间接搭接的连接电阻等于搭接带两端的连接电阻与搭接带的等效电阻之和，搭接带的体电阻和电感都不可忽略，特别是搭接带的等效电感，即使在频率相当低时，感抗也比电阻大得多。,搭接的电化学腐蚀,金属的电化学腐蚀过程必须具备一个阳极和一个阴极，形成电位差，同时还有一条电流流动的完整通路，在大多数环境中这两个条件是不难同时满足的。,对于两种不同金属组成的连接表面，由于金属电位序列的高低不同，处于高序的金属成为阳极，处于低序的金属成为阴极，在环境电解质的作用下，处于阳极的金属就被腐蚀。,电化学中的点化位序表明了金属腐蚀的相对趋势，在电化位序中离得越远的金属，结合在一起时越容易发生腐蚀，排在前面的金属比排在后面的金属活泼，更容易被腐蚀。,当搭接的两种金属的电位序相差较远时，可以采用第三种金属过渡的方法，如光泽照人的不锈钢面板和铝型框架连接时，可在两种金属之间加入铁的垫圈,电解腐蚀一般是在电流通过电解液从一个金属物体流到另一个金属物体时发生，潮湿环境中的搭接可以实现电解腐蚀。,搭接的加工方法,物理加工的方法：熔接、钎焊和软焊,热熔接合通过气体燃烧和电弧加热使两种金属熔化流动形成连续的金属桥加工工艺，接合处的电导率高、机械强度好、耐腐蚀，但成本高,钎焊是一种金属流动工艺，它把被连接的金属表面加热到低于熔点的温度，而后施加填充的金属焊料和适当的焊剂，通过焊料与连接金属表面的紧密接触实现结合,软钎焊是一种更简单的连接工艺，软钎焊使用的温度相当低，因此有可能出现大电流的场合不允许采用软钎焊的方法,机械加工的方法：螺栓连接、铆接、压接、卡箍紧固、销键紧固和拧绞连接等,化学加工方法主要采用导电粘合剂,系统接地,系统接地的原意指与真正的大地连接以提供雷击放电的通路，如避雷针的一端埋入大地,后来成为对电气设备和电力设施提供漏电保护的放电通路的技术措施,现在接地的含义早已延伸，一般指连接到一个作为参考电位点（或面）的良导体的技术行为，“地”泛指电路和系统的某部分金属导电板线，它可以作为系统中各电路任何电信号的公共电位参考点,理想的基准导体必须是一个零电位、零阻值的物理实体，其上各点之间不应存在电位差,安全接地是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作使用人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险,信号接地是在系统和设备之间，采用低阻抗的导线为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路，使流经该地线的各电路信号电流互不影响,安全接地技术,自然接地体：埋设在地下的水管、输送气体和液体的金属管道以及建筑物埋设在地下或水泥中的金属结构、电缆外皮等,与大地的接触面积比较大，长度也较长，杂散电阻较小,在地下纵横交叉从而降低接触电压和跨步电压,在,1000V,以下的系统和,1000V,以上的小接地短路电缆系统中采用,接地电阻往往比较大，对信号比较弱，而设备对干扰极为敏感的测控系统、计算机系统、贵重紧密仪器系统不能滥用自然接地体,人工接地体：人工埋入地下的金属导体，有垂直埋入地下的钢管、角铁和平放的圆钢、扁钢、还有环形、圆板形和方板形的金属导体,接地棒表面一般镀铜或锌，以防止钢材生锈增大电阻,棒上端与地面上的金属结构件（如机箱、机柜或机房）相连，下端埋入地下，为了减小接地电阻，常将几个接地体连接起来构成组合接地体,防雷接地技术,从防雷安全保护观点出发，关心的是直接雷击，防雷接地的作用是把雷闪的强大电流引离敏感对象，导入大地，并使由此引起的流散电场降到安全水平以下。,从抗干扰角度出发，必须注意对设备系统造成损坏的感应雷击，感应雷击主要是通过设备的信号线、电源、电缆线侵入。,有效的防雷系统，包括：直击雷保护、一点接地网络和暂态浪涌电压抑制，三者缺一不可，而正确的连接和接地是其中最关键的因素,该接地体一般与用做电源参考地的安全地要求严格分开，并且防雷地的接地电阻通常小于供电系统的安全地,等电位连接时防雷接地的重点。只有做好等电位连接，在浪涌电压产生时才不会再各金属物或系统间产生过高的电位差并保持与地电位基本相等的水平,防雷接地装置时接地体和接地线的总称。在土壤电阻率较低且均匀的平地，应以垂直接地体为主；在土壤电阻率较低且不均匀的山坡，应以水平接地体为主；相邻两接地体的距离应远些。,接地线与接地体的连接应使用焊接，接地线与电器设备的连接，可采用焊接，也可采用良好的螺栓连接,垂直埋设的接地体，多数采用角钢，水平埋设的接地体，一般采用扁钢,设备安全接地,一般用电设备在使用中会由于绝缘老化、磨损、浸水和潮湿等原因，导致带电导线（或部件）与机壳之间漏电，或者由于设备超负荷引起严重发热损坏绝缘造成漏电，还会因环境气体污染、灰尘沉积导致漏电和电弧击穿大火,机壳,图 机壳通过杂散阻抗带电,机壳,220V,图 机壳绝缘击穿而带电,动力电气设备通常由,380V,（三相四线制）,/220V,（单相三线制）电网供电，设备的金属外壳除正常接地之外，还应与电网零线相连接，称之为接零保护,原理,：当用电设备外壳接地后，一旦发生人体与机壳接触时，人体处于与接地电阻并联的位置，因接地电阻远小于人体电阻，使漏电电流绝大部分从接地线中流过，但是，接地电阻与电网中性点接地的接触电阻相比，在数量上相当，故接地线上的电压降几乎为相电压,220V,的一半，这一电压超过了人体能够承受的安全电压，使接触设备金属外壳的人体上流过的电流超过安全限度，从而导致触电危险,接零保护接地,220V,机壳,火线,零线,地线,机壳,图 单相三线制供电线路,图 四线制供电线路,火线,火线,零线,地线,信号接地技术,信号接地主要是为了消除外界或其他设备对本设备的干扰，电路及设备的各部分都连接到一个共同的等电位点或等电位面，以便有一个共同的参考电位，使各部分均执行其正常功能,信号地线是指信号电流流通的地线，设备内部的接地可由金属板构成，各单元之间的信号接地网络一般由铜线构成，信号地线不能任意连接，例如把建筑物的结构金属体、水管作为信号地线，由于这种地线阻抗很大，其他设备的微小电流流经此地线就会产生极为严重的干扰,单点接地系统,设备,1,设备,n,Z1,Z.,Z.,Zn,Zg,若所有设备都只与本接地系统内的设备通信或各设备与其他设备没有实质的联系的话，该接地方式显示出较大的优越性,一般情况下，我们总希望该公共阻抗,Zg,越小越好，但对一般的接地系统来说，,Zg,减少就意味着,Z1,，,，,Zn,增大，各个设备的接地线增长，对于高频信号，地线阻抗增大，干扰就十分严重了，因此这种接地方式不适用于高频,较多设备的接地除了安全地以外还要有两个分开的地：屏蔽地和电路地（静电地），这些地仅在电源处连接。机柜为高频提供了很好的回路，可将电缆屏蔽层在一端用金属连接到机壳上，在没有形成地环路时，最好的连接方法是在屏蔽体两端直接用金属连接，而在会形成地环路的场合，可将电缆屏蔽层在一端用金属连接到机壳上，而另一端则通过高频电容器连接到机壳上,在大多数场合，需要设法抑制地环路引起的骚扰，抑制的一般方法是切断地环路、减小或消除地环路的电位差。如：利用铺设低阻地线的方法降低屏蔽电缆两端的电位差，从而使流过屏蔽电缆屏蔽层的地环路电流大大减小,设备,1,设备,n,低阻地线,多点接地系统,设备,1,设备,n,地线分别连接至最近的低阻抗地线排，地线排一般是与机壳相连的扁粗金属导体或机壳本身，其感抗很小,为降低电路的地电位，每个电路的地线应尽可能缩短，以便降低地线阻抗,在导体截面相同的情况下，矩形截面导体的高频性能比圆形截面导体要好,现实的接地环境情况比较复杂，一般很难通过一种简单的接地方式来解决，而常常采用单点和多点组合方式来构建接地系统,地环路与屏蔽线接地,因屏蔽电缆的屏蔽层两端接地时，屏蔽电缆的屏蔽层与大地就构成了典型的地环路,当地线构成环路时，因构成地线的导体或大地均有阻抗存在，地线上的任意两点存在着电位差时，都会在地线上产生一个地线环路电流，该电流就会在整个地线环路上产生压降，地线上任一点的干扰就会通过地线环路对连接到地线上的所有设备产生干扰,屏蔽层的接地是一个非常复杂的课题，很难把实际施工或设计中遇到的问题都描述清楚，由于屏蔽体上吸收了大量杂波干扰，导致地线上的杂波干扰通过地线串到网络设备的外壳和信号端造成对正常信号的骚扰，这样就容易影响设备之间信号的传输质量和传输效果,浮地,目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来，其效果取决于是否能做到完全的浮地隔离,这种接地方式的缺点是设备不与大地直接相连，容易产生静电积累现象，在设备和大地之间会产生具有强大放电电流的放电击穿现象，为解决这个问题，在设备与大地之间接进一个阻值很大的泄放电阻，以消除静电积累的影响,这种抑制地回路干扰的方法只适用于低频，当频率升高时，分布电容起到地旁路作用，因此这种措施不适用于高频,另一种浮地的方法为差分平衡电路，有助于减小接地电路干扰的影响，因为差分器件是按照施加在电路两输入端的电位差值工作的,在设备之间利用差分平衡电路进行通信或控制时，就不需要两设备共地,屏蔽体接地,放大器屏蔽盒的接地：电路组件、高增益的放大器常常装在一个金属盒内，一方面形成具有一定机械强度的固定构件，另一方面保护其内部电路组件、放大器等免受电磁辐射的骚扰，但是，,屏蔽盒如何接地呢？,1,2,3,实际关系,1,2,3,等效电路,1,2,3,屏蔽盒接至放大器的公共端,电缆屏蔽层的接地,频率低于,1MHz,时,，电缆屏蔽层的接地一般采用一端接地方式，以防止骚扰电流流经电缆屏蔽层，使信号电路受到干扰，一端接地还可以避免骚扰电流通过电缆屏蔽层形成地环路，从而防止磁场的骚扰。,接地的放大器和不接地的信号源相连接,1,2,1,2,1,2,1,2,接法,B,接法,C,接法,D,不能令人满意,仍不理想,放大器输入端没有骚扰电压存在，故,连接电缆的屏蔽层应接至放大器的公共端,思考：当一个接地的信号源与一个不接地的放大器连接时，连接电缆的屏蔽层应怎样接地？,屏蔽双绞线和同轴电缆的首选低频屏蔽体接地方案：,屏蔽双绞线,屏蔽双绞线,同轴电缆,同轴电缆,当频率高于,1MHz,或电缆长度超过信号波长的,1/20,时，常采用多点接地方式，以保证屏蔽层上的地电位，最常用的是两端接地。长电缆应在每隔,1/10,波长处接地一次。,屏蔽双绞线,同轴电缆,杂散电容,高频时出现的另一个问题是，杂散电容的耦合也会形成地环路，如右图，这时电缆屏蔽层通过杂散电容实际上已被接地，若用一个小电容代替杂散电容，则可形成混合接地：在低频时，电路是一点接地；在高频时，电路变成多点接地。故这种接地方法对宽频带工作是有利的,地回路干扰,接地公共阻抗产生的干扰,两个不同的接地点之间存在一定的电位差，称为地电压。这是由于两接地点之间总有一定的阻抗，地电流流经接地公共阻抗，在其上产生了地电压，此地电压直接加到电路上形成共模干扰电压。,骚扰电压为：,例：假设采用电缆槽作为接地面，将两个电路的地线均接到电缆槽上，接地点间的公共地阻抗,Z,i,=0.32,；电路,1,发送定时脉冲，电压信号源幅度为,5V,，频率为,100kHz,；信号源的内阻为,100,；负载阻抗为,10,；负载端是内含传感器的显示装置，阻抗为,100,；显示器的灵敏度为,1mV,。求被干扰回路的负载（显示装置）上可能受到的干扰电压值。,可见，干扰电压的值远远大于显示器的灵敏度,1mV,，因此显示器不能正常工作,地电流与地电压的形成,电子设备一般采用具有一定面积的金属板作为接地面，由于各种原因在接地面上总有接地电流的通过，而金属接地板两点之间总存在一定的阻抗，因而产生接地干扰电压，可见，接地电流的存在是产生接地干扰的根源，接地电流产生的原因有：,导电耦合引起接地电流：用电设备中的各级电路不可能总采用一点接地，在许多情况下需要采用两点接地或多点接地，即通过两点或多点实现与接地面的连接，因此形成接地回路，接地电流将流过接地回路,电容耦合形成接地电流：由于电路元件、器件、构件与接地面之间存在杂散电容（分布电容），通过杂散电容可以形成接地回路，电路中的电流总会有部分电流泄漏到接地回路中。下图（,a,）表示导电耦合与电容耦合形成的接地回路，接地电流通过接地回路流动；图（,b,）表示在阻抗元件的高电位和低电位两点上的分布电容所形成的接地回路，当该接地回路处于谐振状态时，接地电流将非常大。,图,a,导电与电容耦合,图,b,电容耦合,电磁耦合形成感应电流：当电路中的线圈靠近设备壳体时，壳体相当于只有一匝的二次线圈，它和一次线圈之间形成变压器耦合，机壳内因电磁感应将产生接地电流，而且不管线圈的位置如何，只要有变化磁通通过壳体，就会产生感应电流。,金属导体的天线效应形成地电流：辐射电磁场照射到金属导体时，由于金属导体的接收天线效应，使金属导体上产生感应电动势，如果金属体是箱体结构，那么由于电场作用，在平行的两个平面上将产生电位差，使箱体有接地电流流过，该金属箱体同回路连接时，就会形成有接地电流通过的电流回路。,设备,1,设备,2,入射电磁波,共模干扰,接地点选择,放大器与信号源的接地点选择,A,B,A,B,C,例：,R,C1,=R,C2,=1,，,R,S,=500,，,R,L,=10k,，,R,G,=0.01,，,U,G,=10mV,，试计算接地干扰电压在放大器输入端施加的干扰电压值。,经计算可知,U,N,=9.4mV,，表明,10mV,的接地干扰电压几乎全部施加于放大器输入端,现在采用,B,点接地，,A,点不接地，即将信号源与放大器隔离，相当于在信号源与地之间加入一个很大的阻抗,ZSG,（,C,点和,A,点之间），此时接地干扰电压施加在放大器输入端的干扰电压值为：,由公式可知，由于,RSG,远大于,RC2,与,RG,，式中的干扰电压值将大幅度降低，理想的隔离阻抗为无穷大，此时放大器输入端的干扰电压值为零。,A,B,C,多级电路接地点的选择,一般来说，电子设备中的低电平级电路是受干扰的电路，因此，接地点的选择也应使低电平级电路受干扰最小,电路,A,电路,B,电路,C,E,0,a,b,c,电路,A,电路,B,电路,C,E,0,a,b,c,接地点应选择在低电平级电路的输入端,谐振回路接地点的选择,并联谐振回路内部的电流是其外部电流的,Q,倍，因此谐振回路内部的电流有时是非常大的，如果把谐振回路的电感,L,和电容,C,分别接地，如下图，在接地回路中将有高频大电流通过，会产生很强的地回路干扰,错误接地,正确接地,如果将谐振回路的电感,L,和电容,C,取一点接地，使谐振回路本身形成一个闭合回路，此时高频大电流将不通过接地面，从而有效地抑制了地回路干扰，因此，谐振回路必须单点接地,隔离技术,为了抑制地回路干扰，除了在设计中尽量减小公共接地阻抗，恰当选择接地点位置和个数，尽量减少地回路外，还可采用专门的技术措施,隔离变压器：通过隔离地回路的形成来抑制其干扰的,电路,1,电路,2,光电耦合器,电路,1,电路,2,光电耦合器完全切断了两个电路的地回路，这样，两个电路的地电位即使不同，也不会造成干扰,光电耦合对数字电路特别适用，在模拟电路中，由于电流与光强的线性关系较差，在传输模拟信号时会产生较大的非线性失真，故光电耦合器的使用收到限制,