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3.7 地线公共阻抗干扰

3.7.1 地线公共阻抗干扰的原因

当多个电路共用一根地线时,地线的电压会受到每个电路工作状态的影响。在图 3-20中,A、B、C各点的电压分别为

U A =(I 1 +I 2 +I 3 )R 1

U B =(I 1 +I 2 +I 3 )R 1 +(I 2 +I 3 )R 2

U C =(I 1 +I 2 +I 3 )R 1 +(I 2 +I 3 )R 2 +I 3 R 3

通过上式可以看出,各个电路工作电流 I 1 、I 2 和 I 3 影响着 A、B、C 各点的电压,随着各电路的地线电流变化而变化。尤其是C点的电压U C ,很不稳定。

图 3-21 所示为一个常见的公共阻抗耦合干扰的实例。这是一个典型的音频放大器电路,由前置放大器和功率放大器组成。前置放大器和功率放大器共用了一段地线,结果,功率放大器的地线电流在这段地线上产生了电压 U G 。由于功率放大器的工作电流很大,该电压也较大。从图 3-21 中可以看出,地线电压耦合进入了前级的输入端,这是由于 U G 与前置放大器的输入信号是串联的关系,如果满足一定的相位关系,就会形成正反馈,导致放大器产生自激。

图3-20 公共阻抗耦合的概念

图3-21 公共阻抗耦合干扰的实例

3.7.2 地线公共阻抗干扰的解决方案

解决图 3-21 所示的公共阻抗耦合问题主要有两种方法:一是将公共地线上的噪声电压降低到不会形成干扰,二是避免相互产生影响的电路使用同一段地线。

1.降低地线噪声电压

如图 3-22 所示,改变电源的位置,使其靠近功率放大器。这样,功率放大器的地线上较大的电流就不会经过前级的地线了,干扰自然就消除了。虽然这时两级之间还有共用的地线,但是由于前置放大器的工作电流很小,前置放大器的地线电流在这段地线上产生的地线电压 U G 也就很小;并且,这段地线上的电压是串联在功率放大器的输入端的,功率放大器的输入电压比较高,因此地线上的较小的噪声电压并不会产生严重的影响。

2.避免公共地线

如图 3-23 所示,将功率放大器通过单独的一根地线连接到电源地,这样就彻底避免了共用地线。

图3-22 公共阻抗耦合问题的解决方案之一

图3-23 公共阻抗耦合问题的解决方案之二

这里需要清楚一个概念,电源线和电源地线上的电流是随着电路的输出电流而变化的,因为任何电路的输出电流都来自于电源。例如,上例中的功率放大器的输出功率是由电源提供的,放大器的实质是用小信号来对直流电源进行转换,以得到功率较大的信号。

因此,直流电源线和地线上的电流变化与功率放大器的输出是同步的。当另一个电路共用这根电源线时,可能也会受到干扰,解决的办法是加电源去耦电路或对每个电路分别供电。 yeaPgtOfEJSa64sFm3TnNwdo/NWeZTq8apTkVr0VwAeOKyaIdl+wifjj2EUss3yX

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