Перейти к содержанию

Земляная петля

Осциллограф и проверяемая схема включены в разные розетки, и на экране появился фон 50 Гц, которого в схеме нет. Две «земли», соединённые и через сеть, и через оплётку щупа, образовали петлю, и наведённый в ней ток падает на проводе, по которому идёт сигнал.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Земляная петля (ground loop) — замкнутый контур, который образуют общие провода двух или нескольких устройств, когда они соединены между собой больше чем в одной точке: например, через защитное заземление сети и через экран сигнального кабеля. По такому контуру течёт ток — от разности потенциалов «земель» или наведённый переменным магнитным полем, — и его падение на общем проводе сигнального тракта складывается с полезным сигналом.

Петля при измерениях осциллографом

Tektronix разбирает два случая (ABCs of Probes):

  • Петля провода земли щупа. Сам провод земли щупа вместе с наконечником образует петлю. Чем она длиннее, тем больше её индуктивность и тем сильнее звон на быстрых фронтах (рис. 4.13) — поэтому провод земли щупа осциллографа держат как можно короче.
  • Петля через сеть. Общий провод осциллографа соединён с сетевой землёй, схема — с другой точкой сети, между ними ещё оплётка кабеля щупа (рис. 6.5). Ток по оплётке создаёт помеху, часто на частоте сети 50 или 60 Гц, или в виде всплесков от включения мощного оборудования.

Меры по Tektronix: питать осциллограф и схему от одной цепи, уводить кабели щупов от силовых проводов, а если не помогает — разорвать петлю изолирующим трансформатором на питании проверяемой схемы, изолирующим усилителем или дифференциальным щупом. В списке мер Tektronix упоминает и трансформатор на осциллографе, но в том же руководстве называет опасным осциллограф с отключённой землёй: его корпус «плавает» под потенциалом, опасным для жизни (с. 22–23). Изолирующий трансформатор в питании осциллографа делает корпус таким же плавающим (наш вывод), поэтому осциллограф не изолируют и защитное заземление не отключают; приёмы безопасного измерения — в термине «Плавающее измерение».

Петля в линиях связи

В линии RS-485 между удалёнными узлами потенциалы земель разных частей электроустановки различаются — TI называет это разностью потенциалов земли (GPD), — а со временем — например, после ремонта проводки — разница может вырасти и вывести приёмник за синфазный диапазон (TI SLLA272, разд. 11). Прямое соединение земель проводом создаёт большой ток петли, который попадает в линию как синфазная помеха. Стандарт RS-485 рекомендует отделять землю устройства от местной земли резисторами 100 Ом; ток петли уменьшается, но сама петля остаётся чувствительной к наводкам. Надёжное решение TI — гальваническая развязка трансивера и его питания: она выдерживает разность потенциалов земель до нескольких киловольт.

Не путать

С плоскостью земли на печатной плате: сплошная медь, наоборот, сокращает площадь контуров обратного тока внутри одной платы. Земляная петля — проблема соединения нескольких устройств или нескольких точек заземления.

Частые вопросы

Откуда фон 50 Гц на осциллографе?

Часто — из земляной петли: общий провод осциллографа через вилку соединён с сетевой землёй, схема — с другой точкой сети, а между ними ещё и оплётка щупа. Если земли в разных розетках немного различаются по потенциалу или в петле наводится поле, по оплётке течёт ток, и его падение складывается с сигналом. Tektronix отмечает, что такая помеха часто идёт на сетевой частоте 50 или 60 Гц.

Как разорвать земляную петлю при измерениях?

Tektronix предлагает сначала включить осциллограф и схему в одну цепь питания и уложить кабели щупов подальше от силовых, а если не помогло — разорвать петлю изолирующим трансформатором на питании проверяемой схемы, изолирующим усилителем или дифференциальным щупом. Сам осциллограф «плавающим» делать нельзя — ни отключением защитного заземления, ни изолирующим трансформатором: Tektronix называет опасным осциллограф с отключённой землёй: его корпус «плавает» под потенциалом, опасным для жизни (с. 22–23); изолирующий трансформатор в питании осциллографа делает корпус таким же плавающим (наш вывод). Безопасные способы — в термине «Плавающее измерение».

Почему RS-485 между зданиями глючит, хотя кабель исправен?

Узлы питаются от разных частей электроустановки, и между их землями может быть разность потенциалов, которая выводит приёмник за синфазный диапазон (TI SLLA272, разд. 11). Соединение земель проводом создаёт ток петли и синфазную помеху, резисторы 100 Ом по стандарту уменьшают ток, но не убирают петлю. Надёжное решение — гальваническая развязка трансивера.

Источники

  1. Tektronix. ABCs of Probes, Primer, 60W-6053-15 (03/2021) — рис. 4.13: удлинённый провод земли щупа увеличивает петлю и вызывает звон; рис. 6.5 и раздел Ground Loop Noise Injection: петля через общий провод осциллографа, сетевые земли и оплётку щупа, ток по оплётке даёт помеху, часто сетевой частоты 50 или 60 Гц; меры — общие цепи питания, кабели вдали от силовых, изолирующий трансформатор, изолирующий усилитель
  2. Texas Instruments. The RS-485 Design Guide (SLLA272D), T. Kugelstadt — разд. 11, рис. 11-1: узлы питаются от разных частей электроустановки, разность потенциалов земель может выйти за синфазный диапазон приёмника; прямое соединение земель проводом даёт большой ток петли, который попадает в линии данных как синфазная помеха; стандарт рекомендует резисторы 100 Ом между землёй устройства и местной землёй, но большая петля остаётся чувствительной к помехам; надёжное решение — гальваническая развязка

Нашли ошибку?

Смотрите также