回路図を見ていると、グランド(GND)という記号をよく目にします。
このグランド(GND)の意味はご存知でしょうか。
また、グランドと似た言葉に接地(アース)があります。
- グランド(GND)と接地(アース)の違いはご存知でしょうか。
- グランド(GND)と接地(アース)にはどのような種類があるかご存知でしょうか。
- グランド(GND)と接地(アース)の回路記号には、どのような違いがあるかご存知でしょうか。
この記事では、グランド(GND)と接地(アース)の意味・種類・違い・回路記号について、図を用いてわかりやすく説明します。
「グランド(GND)」と「接地(アース)」の違い
グランド(GND)とは、「回路動作の基準となる電位」のことを指します。
一方、接地(アース)とは、「大地への接続」のことを指します。
簡単にいうと、グランド(GND)は「回路の中でどこを基準にするか」、接地(アース)は「大地につながっているか」に注目した言葉です。GNDと呼ばれていても、必ず大地に接続されているわけではありません。
補足
グランド(GND)は「回路動作の基準となる電位」のことですが、「大地への接続」の意味でも使用されることがあります。このように、グランド(GND)を2つの意味に使用していることが混乱が生じる原因となっています。厳密に分けると、「回路動作の基準となる電位」がグランド(GND)で「大地への接続」が接地(アース)となります。
「グランド(GND)」と「接地(アース)」の種類
グランド(GND)と接地(アース)には、さまざまな種類があり、用途や接続先に応じて上図のように分類することができます(各種類については後ほど詳しく説明しています)。
上図から分かるように、グランド(GND)にはシグナルグランド(SG)やフレームグランド(FG)、接地(アース)にはフレーム接地、シグナル接地、保護接地などがあります。
また、回路に「アナログ回路」「デジタル回路」「電力回路」が混在するときは、シグナルグランド(SG)に「A.G.」「D.G」「P.G」などと記述し、何の回路のシグナルグランドかを分かるようにします。
例えば、「A.G.」と記述してある場合には、アナロググランド(アナログ回路のシグナルグランド)であるということになります。
グランド(GND)と接地(アース)の使用例を下図に示します。
ではこれから各種類について説明していきます。
グランド(GND)
グランド(GND)とは、「回路動作の基準となる電位」のことを指します。
必ずしもグランド(GND)が地球の大地に接続されているとは限りません。
「回路動作の基準となる電位」が不安定になると、回路の誤動作の原因となります。そのため、グランド(GND)はできるだけ安定していることが重要です。
グランド(GND)には、フレームグランド(FG)、シグナルグランド(SG)、アナロググランド、デジタルグランド、パワーグランドの種類があります。
補足
- グランド(GND)は回路動作の基準となる電位を表します。ただし、すべての回路図にグランド(GND)の回路記号が描かれるわけではありません。
- 一番安定している電位は地球の大地です。大地に接続することができない場合は、容量の大きな導体に接続することが望ましいです。容量が大きいほど、電流の変化による電位の変化が小さくなります。
- グランド(GND)はグラウンドとも呼ばれています。
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フレームグランド(FG)
「製品の金属製の筐体(シャーシ)やフレーム」が「回路動作の基準となる電位」であるとき、フレームグランド(FG)と呼ばれています。
複数の回路が搭載されている製品の場合、回路間で電圧の調整をするためには、各回路において、基準となる共通の電位が必要となります。
設計によっては、各回路のGNDを筐体(シャーシ)に接続することで各回路動作の基準となる電位を筐体(シャーシ)に統一します。
補足
- フレームグランドとはシャーシグランドとも呼ばれています。
- 飛行機では、金属製の機体を基準電位として利用する場合があります。
- 自動車では、自動車の車体を基準電位として利用する場合があります。
シグナルグランド(SG)
フレームグランド(FG)と区別するために各回路のグランドをシグナルグランド(SG)と呼ぶ場合があります。
そのため、シグナルグランド(SG)とは、「回路動作の基準となる電位」のことを指します。
「アナログ回路」「デジタル回路」「大きな電力を扱う電力回路」が混在する回路の場合、それぞれの回路の性質に合わせてシグナルグランド配線を別々に配線し、それを1点で接続することで、他の回路の影響を抑えることができます。
1点で接続しない場合、デジタル回路や電力回路の電流によってGND配線に電位差が生じると、微小な信号を扱うアナログ回路に影響することがあります。ただし、1点接続がすべての回路で最適とは限りません。接続方法は、使用するICのデータシートなどに従って決めてください。
各回路のシグナルグランドを区別するために、アナログ回路のシグナルグランドを「アナロググランド(AGND)」、デジタル回路のシグナルグランドを「デジタルグランド(DGND)」、電力回路のシグナルグランドを「パワーグランド(PGND)」と呼びます。
シグナルグランドは信号グランドとも呼ばれています。
アナロググランド(AGND)
アナロググランド(AGND)とは、アナログ回路の「シグナルグランド(回路動作の基準となる電位)」のことです。
デジタルグランド(DGND)
デジタルグランド(DGND)とは、デジタル回路の「シグナルグランド(回路動作の基準となる電位)」のことです。
パワーグランド(PGND)
パワーグランド(PGND)とは、大きな電流が流れる電力回路の「シグナルグランド(回路動作の基準となる電位)」のことです。
電源回路では、ノイズ対策のためにパワーグランド(PGND)とフレームグランド(FG)の間へYコンデンサを接続する場合があります。
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接地(アース)
接地(アース)とは、「大地への接続」のことを指します。
「大地に接続する」と書いて「接地」です。
地球上で最も大きな電気の導体は大地です。そのため、接地(アース)することで「回路動作の基準となる電位」を安定させることができます。
接地(アース)には、フレーム接地、シグナル接地、保護接地の種類があります。
「接地する」は「アースに落とす」や「アースを取る」とも言います。
フレーム接地
フレーム接地とは、「フレームグランドを大地に接続する(接地する)」ことを指します。
フレームグランドが接地されていないと、人間が製品のフレームに触った時、人体に電流が流れる可能性があります。
そのため、電子機器は安全面を考えるとフレームグランドを接地することが望ましいです。適切に接地することで、漏電時の感電リスクを低減できます。
電子機器の電源プラグはニュートラル(N)とライブ(L)のみの2本あれば電子機器を動作させることができますが、電子レンジや冷蔵庫などの電源プラグを見ると緑色の線(アース線)が追加され、3本線になっているものがあります。
これは電子機器の筐体(シャーシ)を大地に接続(アース)するための線です。緑色の線(アース線)をコンセントのアース端子もしくは、専用の地中アース棒に接続することで接地(アース)することができます。
シグナル接地
シグナル接地とは、「回路動作の基準となる電位であるシグナルグランドの電位をより安定化する目的で大地に接続する(接地する)」ことを指します。
フレーム接地と区別するため、上記の接地はシグナル接地と呼ばれています。
シグナル接地はシグナルGND接地とも呼ばれています。
保護接地
保護接地とは、「感電に対する保護を目的として、機器の筐体などを大地に接続(アース)すること」を指します。
大地に接続(アース)することで、電子レンジや洗濯機などが漏電した際に人体が感電するリスクを低減することができます。このグランド記号は電子回路で見かけることはないと思います。機器の保護接地端子の表示などに使われます。
保護接地は「保安接地」や「保安用接地」や「保護グランド」や「保安グランド」とも呼ばれています。
本記事のまとめ
この記事ではグランド(GND)と接地(アース)について、以下の内容を説明しました。
- グランド(GND)は回路動作の基準となる電位を表し、接地(アース)は大地への接続を表す。
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