接地是否会受到类似电压降的影响?

电器工程 电压 地面
2022-01-27 22:30:45

我目前正在做一个项目,我需要一些很长的电线(大约 20 米,双向 40 米),这些电线将连接到一个按钮,该按钮将用于触发控制器(ATmega8)上的一个引脚。

由于预期的电压降问题,我选择将 I/O 引脚拉高,并通过按钮接地(按钮将 I/O 引脚拉低并触发它)。

因此我的问题是:当我通过它们而不是 Vcc 电压电平 (5V) 接地时,使用这么长的电线会有什么问题吗?

接地是否会出现类似“电压降”的问题?

4个回答

不,它没有(但是......)

根据定义,接地是电路中的零点,因此它不会经历“跌落”。地线(例如接地连接)与任何其他电线一样受欧姆定律的影响。

这是您的电路,我从您的描述中了解到:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

从 Arduino 的角度来看,地面是埋在电路板内部的一大片铜箔。所有电压的确定(以及因此的逻辑电平:高/低、0/1、真/假等)都源自将信号势能与该箔片(通常最终连接到电池)的势能进行比较/电源的负极)。

长线在您的应用程序中是可以的,因为...

在您的问题中,您关心的是地线(将开关的腿连接到地的导线)中的电压损耗。当电流流过它时,这条线可以(并且将会)产生电压(欧姆定律),因此在您的理解中“下降”,但由于开关电路的设计方式,这种下降不足以引起问题:

R3 通常比通过开关的导线路径中的电阻大三个数量级。当开关打开时,电阻几乎是无限的,并且 Arduino GPIO 节点的电压等于 V1。当 SW1 闭合时,Arduino GPIO 节点和地之间的电阻现在是连接到开关的两条线和开关本身的电阻。

24AWG线(网线等小型线材系统中使用的那种,约为0.085欧姆/米)。在达到 100 欧姆之前,您可以行驶超过一公里!即使在这些大电阻值下,导线路径中的总电阻也将小于 250 欧姆,因此仅代表总电压的 2.5%(例如,仍然几乎为 0,并且肯定低到足以被 Arduino 读取为逻辑 0)。

并非所有的“理由”都是一样的......

接地的概念是为系统定义的。如果您有多个系统,则它们各自的理由可能会有所不同。

@Techydude 指出了这个问题的几个有趣的例子:

上例中的长线、PCB 的接地层、芯片的接地引脚、引脚和硅芯片之间的键合线以及硅通路本身。

这种与地的相对关系是因为电压本身是相对的电压是两点之间的势能差。当分析中的所有电压共享同一第二点时,“接地”只是第二点的名称如果他们不这样做,您将经历(并且必须考虑)接地连接下降。

嗯,是。欧姆定律仍然适用。

你的长电线有电阻。如果您通过这些电线传递电流,则电线上的电压将下降:V = I * R。

但是,如果您的电路设计得很好(并且使用了不错的电线),则电流很小,R 也很小,因此电压差不会太大。

您必须自己确定电流;如果没有示意图,我们无法判断电流是否可以忽略不计。

接地,无论是在电线上还是在电路板上,都会像任何其他连接一样遭受电压降。但是,如果您设计正确的电路,您需要非常少的电流来感应开关闭合,因此电压降是您最不关心的问题。您需要确保感应到 40m 电线上的噪声和瞬变不会进入并损坏处理器。为此,您需要在处理器的输入端使用一个简单的 RC 低通滤波器

这是你的电路:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

因此,使用简单的分压器规则,您可以发现引脚上的电压为

VccRwireRwire+Rpullup