何谓电路

电子电路可以处理数据。数据处理本身不需要能量（power），然而电子电路动作上却需要能量，提供该能量就是所谓的电源，电源提供IC等电源给电子组件，部份能量则被IC消耗，另外一部份成为信号在信号线内传输，经过折返线（亦即Ground）折返元电源。

电子电路必需一巡才能构成电路，图1是电源与Ground构成的基本电子电路，如图所示电源线与Ground线成配对（pair）状，这意味着电源与Ground彼此是对等。为了使电子电路良好动作，电源与Ground必需维持稳定、无噪讯的电位是非常重要的要因，如果电源与Ground的电压不断漂移，电子电路就无法进行稳定的动作。

如图1所示电子电路是由电源线与Ground线构成，不过实际电路图经常未标示电源线与Ground线，大多改用图2的标示方式，图3是更简易的标示方式，图3（a）详细标示Ground符号，图3（b）则未标示Ground符号，不过这并不表示电子电路的基本结构改变。

 

电源供给

电源可以分成从机器外部供给，与机器内部本身具备电源两种，机器外部供给电源大多使用商用AC（交流110V电源），一般电子电路却要求直流电源，因此从机器外部供给的AC电源，必需透过机器内部的DC电源装置（直流电源装置）转换成DC电源。

商用AC电源一般会与电子机器以外的电气设备共享，这些电气设备本身几乎都不会产生噪讯（noise），不过电源ON / OFF时噪讯非常多，而且含有大量的surge，必需作充分的噪讯对策。AC电源除了噪讯以外，电源质量也是问题之一，电源质量一旦恶化，除了会妨碍电子电路的动作，还会形成广义的噪讯问题。

DC电源装置大多使用switching装置（switching regulator），switching装置本身就是噪讯发生源，常用对策是设置电源线滤波器（filter）。如图4所示电源线滤波器可以消除从AC电源线侵入的噪讯，同时还能够防止switching电源产生的噪讯流至外部等两种功能。

机器内部具备电源的场合，大多使用电池、一次电池，或是可以反复充电的二次电池，电池本身不会产生高频噪讯，而且还具备滤波器功能，不过电池会随着负载发生电压变动，或是消耗造成电压下降。

要求一定电压的电子电路，包含电池在内要求电压regulator，如果该regulator是switching regulator的话，就会成为大噪讯的发生源。

Ground与接地

「Ground」一词被当作「成为电子电路的电位基准场所」与「跟大地连接」两种意义使用。

相同名词使用在复数个相异意义上容易产生混淆，所以本讲座将「成为电子电路的电位基准场所」使用「Ground」一词；「跟大地连接」时使用「接地」一词。此外「跟大地连接」是指提供成为电位基准的场所，「跟大地连接」分成更「稳定」与更「安全」两种相异目的使用。

如上所述赋予成为电子电路动作基准的场所就是所谓的「Ground」，在此同时Ground则被当成信号与电源的折返线使用，信号与电源的折返线有电流流动，理论上导线是零阻抗（impedance），然而实际上导线有阻抗，电流在阻抗内流动会产生电压，Ground的相同电位也随着消失，出现电位分布现象，这意味着Ground本质上具有矛盾性，而且导线的阻抗的电感成份是支配性，高频越容易产生噪讯。此外导线的阻抗成为共通阻抗时，共通阻抗在噪讯对策上相当困难。

大地是维持稳定电位的场所，透过与大地的连接可以使Ground电位稳定化，不过某些情况与大地的连接，对噪讯反而是逆效果。

与大地的连接可以获得稳定的电位，即使相异目的也经常使用，例如筐体（frame）接地、保护人体的人体接地等等。与大地接地的筐体，它的电位几乎与大地相同电位值非常稳定，因此电位非常稳定的筐体称为「筐体接地」。

赋予成为电子电路动作基准的场所（亦即「Ground」），基于电位稳定化等目的经常会与大地连接，此时称为「信号（signal）接地」信号（signal）接地，同样的成为电子电路动作基准场所的Ground称为「Signal Ground」。

高压电源 （此处高压是对电子电路而言，包含100V也属于高压）如果从导电性筐体（case）泄漏，人体不慎接触有触电之虞（图5）。为防止触电发生危害，必需将筐体接地。

图5中的虚线就是防止触电伤害的部位，如果没有防触电伤害部位，漏电时筐体会变成高压，触电瞬间漏电电流会流入人体，设置防触电伤害部位，漏电电流几乎全部流到筐体接地，筐体电位可以被压低，即使碰触漏电筐体也不会发生触电伤害。

电子机器必需实施筐体接地，高功率机器更需要实施筐体接地，不过高功率机器的筐体接地经常受到噪讯污染，必需避免使用电子电路稳定电位常见的信号接地。

「Ground」、「earth」、「接地」三者的目的、用途彼此相异，任意使用可能会引发噪讯，图6是本讲座使用的用语，基本上本讲座不用「earth」一词。

「Signal Ground」是指赋予电子电路动作时，成为基准电位的场所，原本电位必需完全相同，不过当电流开始流动时就会形成电位分布。如图6所示接地与Ground只是大原则，因此某些情况信号接地与筐体未作区隔共同使用，此时简称为「接地」，同样的信号Ground与筐体Ground，某些情况也会共同使用此时简称为「Ground」。

接地工程

筐体接地原本是防止强电时的危害为目的，它的防护工程法规上以「接地工程基准」作规范。有关信号接地该，信号接地部位若是接地工程基准的适用对象时，必需遵循「设置工程基准」。表1是接地工程基准。

如表1所示接地工程基准分成4种规范，它是依照接地阻抗作区隔。接地阻抗的量测以交流方式进行。主要原因是大地含有电解物质，因此接地阻抗的量测无法使用直流方式。接地线的直径相当粗，它的直流阻抗即使相隔相当距离，与接地阻抗值比较时非常小所以经常被忽视。

至于接地基准，它只针对触电性能作规范，亦即只要能够对应直流或是低频即可。电子机器有「以接地基准作接地」的义务时，必需根据基准进行接地，无接地义务的电子机器，基于保全目的进行接地时，只要根据「接地工程基准」执行即可，无接地义务的电子机器通常适用地「第3种接地工程」。

大型计算机等重要信息机器的场合，通常机器制造厂商要求「第1种接地工程」，
接地工程基准是保全上的问题与噪讯对策无关，一般认为第1种接地工程对噪讯对策非常优秀等见解并不正确。

电子机器的场合，大多是基于信号接地为目的而接地，此时与接地工程基准无关。信号接地主要目的是噪讯对策，由于噪讯大多是高频，因此高频时的阻抗会成为问题。

表1 接地工程基准

商用电源的接地

如图7所示有关电子机器的接地，出现所谓的商用电源的接地，日本的商用电源采取单线（其中一线）接地；美国的AC电源本身未接地，设有其它接地线形成三线结构，不论是日本或是美国的接地，都是基于保全目的规类成筐体接地。日本的接地方式使用电源线之中一条线作接地，无法当作一般接地使用，这种接地方式称为「AC接地」。

美国的接地方式采取与电源线不同的接地线，该线可以当作筐体接地。其实日本也使用附设接地端子的3孔插座，不过该接地端子的接地线与AC接地不同，它是使用其它接地线，因此该接地线经常被当作一般的筐体接地使用。

接地是将接地电极埋在大地，再将导线连接在接地电极，电极的形状通常是板状或是圆筒状。接地工程基准适用范围以外的场所，简易方法可以使用埋在大地下的水管等金属导管（用瓦斯管除外）。

一般电子电路高频经常引发各种问题。假设信号频率本身是直流或是低频，噪讯依旧会变成高频，因此信号接地对高频噪讯必需有效才行，亦即对高频要求接地效果。

上述接地电极通常都具备相当大的面积，而且与大地紧密接触，所以在接地电极与大地之间设置电容器，可以预期高频时的阻抗能够被大幅降低。

导线在高频时的阻抗无法忽略，导线即使是笔直（straight）的单导线同样具有阻抗，虽然导线的直流阻抗可以忽略，不过电感（inductance）造成的阻抗却无法忽略。导线的线径越粗电感则变低，因此使用粗导线进行电感对策非常有效。图8是十分粗大的导线电感与阻抗大小特性图，如图所示即使是粗大的导线，电感造成的阻抗值几乎无法忽略。

接地线若构成回路（loop）时阻抗会显著增加，此时尽量作直线状布线，因为接地线一旦变长天线效应会造成接地线撷取噪讯等问题。

接地线以低阻抗对大地连接时，即使发生天线效应撷取噪讯，由于接地可以抑制噪讯的电压，因此不会造成问题。不过接地线很长时，接地线本身的电感造成的阻抗却无法忽略，主要原因是接地线很长时，对噪讯会有二种意义作负面效应，为了使接地线发挥效果，接地线必需粗、短、直线化。

事实上接地效果并非局限在与大地的连接，与大地连接可以获得效果，主要原因是大地不易受到其它影响非常稳定所致，由此可知只要与具备稳定性的物体连接，就能够获得与大地连接同样效果。

大尺寸的电气导体符合上述条件，例如飞机本身无法与大地连接，不过飞机本身就是最大的导体，换言之机体就是最好的接地源。此外除了窗户以外机体几乎完全被包覆，所以机体还具备遮蔽（shield）效果。

与大地连接时使用周围附近数个简易接地场地的效果，比远处优秀接地场地更好，尤其是高楼大厦的场合利用大厦附近的钢筋接地效果，比铺设漫长接地线作远处接地更好（图9）。

由于钢筋间接与大地接触，这意味着大厦附近大型电气导体的效果反而比较好。信号接地若与附近大型电气导体连接，可望获得很好的效果。有筐体接地义务的电子机器，必需作筐体接地，如果没有接地义务时信号接地的性能，应该列为最优先考虑项目。

与筐体接地的关系

电子机器几乎都收容在导电性筐体内，筐体可以发挥遮蔽功能，而且对噪讯对策非常有效，由于电子机器的筐体大多会接地，其结果衍生筐体接地与信号接地错综复杂的关系，如图10所示这种关系可以分成4种组合。

筐体接地与信号接地彼此的目的不同，要求的性质也不同，必需各别设置接地电极。图10（a）是各别布线方式，外观上筐体接地与信号接地完全独立，不过两者都相当大，相互对向部份也很多，类似这种情况浮游电容会造成结合，frame Ground与Signal Ground呈高频性连接，换句话说筐体接地与信号接地之间噪讯会相互传输，外观上即使两者彼此分离也没有任何意义。

一般筐体接地与信号接地不会各自设置，至于使用共通接地（图10（b）、（c））是否妥当，以图10（b）、（c）而言，图10（b）比较适宜，主要原因是图10（c）的接地方式会产生共通阻抗，设计上必需避免共通阻抗。

图10（d）的Signal Ground没有接地呈浮动状，主要原因是Signal Ground没有接地的必要性，不过Signal Ground同样会有浮游电容造成结合与噪讯传输的困扰。由于Signal Ground没有直接接地，某些情况必需透过电阻、电感、电容作接地，而且它的效果相当好，例如希望作直流浮游时可以插入电容，防止过大电流时可以插入电阻。

筐体接地单纯一台机器时，只有筐体接地与信号接地的关系，复数台机器时如何整合非常重要。筐体接地噪讯会大量入侵到筐体接地，特别是高功率机器的筐体接地，必需考虑被噪讯污染的问题。

接地理论上是指大地的电位，然而实际上有接地阻抗、接地线电感，电流一旦开始流动就会发生电压，接地理论上电流不会流动，不过噪讯或是事故时的电流会流动。

综合以上结论可知，电子机器的接地以及将遭受强电噪讯污染的接地分离，比电子机器本身的筐体接地、信号接地的分离更重要（图11）。

此时如图12所示必需使接地点相互分离，电子机器的接地则共享筐体接地与信号接地。大地当作接地时拥有优越的性质，不过大地得导电率并不高，电流一旦流动就会发生相当程度的电压差，依此观点理想的接地必需相互远隔，接电概念上可以形成图12所示的等价电路，相互距离太近时会干涉（图13）。