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グラウンドと接地(アース)の違いについて

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回路図に必ずあるグラウンド。

このグラウンドを「アース」と呼んだり、「接地(アース)」と呼んだり呼び方が様々です。また、回路記号も色々あります。回路設計者としてはきちんと区別しなければいけませんね。

ではこれからグラウンドと接地(アース)について詳しく説明します。

グラウンドと接地(アース)の違い

グラウンドと接地(アース)の違い
グラウンドとは、一般的には「回路動作の基準となる電位」のことですが、「大地に接続すること」としても使用されています。これが混乱させる原因なのです。厳密に言い方を分けると、電位の基準となる点のことを「グラウンド」、大地に接続することを「接地(アース)」と呼びます。

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グラウンドと接地(アース)の種類

グラウンドと接地(アース)の種類
グラウンドとアースには、さまざまな種類があります。シグナルグラウンド、アース、フレームグラウンド、保安グラウンド、デジタルグラウンド、アナロググラウンド、パワーグラウンド等・・・。
分類すると上の図のようになります。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、シグナルグラウンドに「A.G.」などと記述し、何の回路のシグナルグラウンドかを分かるようにします。

実使用例だとこんな感じになります。
グラウンドと接地(アース)の例

ではこれから各種類の違いについて説明していきます。

グラウンド

グラウンド
グラウンドの意味は電位の基準点。必ずしも地球につながっているとは限りません。回路動作の基準となる電位として、回路図には必ず必要になります。回路動作の基準点が不安定になると、回路の誤動作の原因になります。そのため、できるだけ安定していることが重要です。

一番安定している電位の基準点は地球の大地です。大地に接続することができない場合は、大きな導体、つまり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、電流の変化によって電位の変化が小さくなります。

接地(アース)

接地(アース)
地面に接続すること書いて「接地」です。すなわち地球の地面への接続ですね。地球上で最も大きな電気の導体は大地です。アースすることで安定した電位になります。アースに落とす、アースを切る、アースするとよく言いますね。

シグナルグラウンド(SG)

シグナルグラウンド(SG)
信号グラウンドとも呼ばれています。これは、回路の動作の基準になる電位のことです。すなわち回路のグラウンドをシグナルグラウンドと呼んでいます。等電位の導体につないでいることを表します。プリント基板上のグラウンドラインやグラウンドプレーンに使用します。

シグナル接地

シグナル接地
シグナルGND接地とも呼ばれています。これは、シグナルグラウンドをより安定化するために大地に接続(アース)することです。後で説明するAGNDとDGNDのことをSGと呼ぶことがあります。

フレームグラウンド(FG)

フレームグラウンド(FG)
製品の金属製の筐体(シャーシ)のことです。筐体(シャーシ)に接続することで各回路の基準電位を作ります。飛行機はアースをすることが不可能なので、飛行機の最も大きな導体である機体を基準電位としています。自動車の車体も同じです。

フレーム接地

フレーム接地
フレームグラウンドが接地されていないと、人間が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アースをすることが望ましいです。接地をすることで感電する危険がなくなります。ただしこれは必須ではありません。電子機器の電源プラグはニュートラルとライブのみの2本線でよろしいのですが、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を大地に接続(アース)するためです。

保安グラウンド

保安グラウンド
人体に対する安全を目的で大地に接続(アース)することです。電子レンジや洗濯機などが漏電しても人体が感電することがありません。このグラウンド記号は電子回路で見かけることはないと思います。

デジタル/アナログ/電力回路が混在する場合

デジタル回路、アナログ回路、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ウンド配線を別々に配線し、それを1点で接続することで、他の回路の影響を受けにくくする必要があります。1点で接続しない場合、電流の変化の大きいデジタル回路や電流の大きい電力回路のグラウンド配線の電位が変動して、それが微小な信号を扱うアナログ回路に影響を与えることがあるのです。
そのシグナルグラウンドを区別するために、デジタル回路のシグナルグラウンドを「DGND」、アナログ回路のシグナルグラウンドを「AGND」、電力回路のシグナルグラウンドを「PGND」と呼びます。

パワーグラウンド(PGND)

パワーグラウンド(PGND)
大きな電流が流れるラインの基準電位のことです。電源回路ではYコンデンサを通してFGに接続されることが多いですね。

デジタルグラウンド(DGND)

デジタルグラウンド(DGND)
デジタル信号の基準電位のことです。

アナロググラウンド(AGND)

アナロググラウンド(AGND)
アナログ信号の基準電位のことです。

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