Что такое GND?

Для чего нужен GND?

Каждый, кто имел дело с бытовой электроникой, сталкивался с обозначениями типа GND, VEE, VCC на схеме, разъемах или материнской плате. GND — самое важное обозначение на схеме, относительно которого замеряются все остальные. … Это «земля», нулевой потенциал, общий провод для питания и сигнала.

Что такое GND в ПК?

Провод GND на материнской плате/схеме означает земля (масса, минус). Стандартный цвет — черный, белый. Варианты цвета провода питания — красный, синий, зеленый, оранжевый, желтый.

Разметка земли и заземления на схеме

Если вы знакомы со схемами электронных устройств, то обязательно встретите различные типы маркировки линий электропитания. В случае с массой наиболее часто используемая маркировка — это жирная короткая линия, оканчивающая провод. Всегда рисуют эту линию горизонтально, благодаря чему маркировка масс бросается в глаза, и сразу видно какие элементы связаны друг с другом. Конечно все элементы отмеченные (связанные) с массовым символом, физически связаны друг с другом.

На схемах: 1 заземление, масса; 2 защитное заземление; 3 и 4 соединение с корпусом или шасси (массой)

Очень важно отличать заземление от массы, которое, как упоминалось ранее, обычно представляет собой полностью отдельную цепь. Заземление часто обозначается тремя линиями меньшей длины, электрическая линия подключается к самой длинной из этих черточек. На многих схемах также есть второй символ заземления, то есть одна горизонтальная линия с тремя короткими диагональными линиями, прикрепленными к ней. Конечно на схемах есть и другие обозначения линий электропитания. Чаще всего это будут, например, короткие стрелки с напряжением, преобладающим в этой цепи (например, + 5 В, -5 В, +12 В и так далее).

Если взять готовую печатную плату, например с компьютера, усилителя или даже мобильного телефона, можно заметить что помимо дорожек, соединяющих отдельные выводы элементов, видно еще одно большое медное поле. Конечно в подавляющем большинстве промышленных плат это поле, как и остальная часть платы, покрыто лаком зеленого или синего цвета. Но если внимательно посмотрите на печатную плату заметите, что промежутки между дорожками и элементами образуют одно большое общее соединение. Эта комбинация в подавляющем большинстве случаев и составляет массу схемы!

Конечно есть исключения, например в специализированных схемах, где таких полей меди (полигоны) может быть больше: один из них может быть подключен к земле, а другой — к питающему напряжению, например выходу импульсного преобразователя. Такие «многоугольники» особенно популярны из-за их хороших шумоподавляющих свойств.

Если же вся печатная плата, за исключением дорожек и мест предназначенных для пайки контактных площадок, покрыта сплошным полем заземления, то можем быть уверены что это заземление будет представлять собой очень хороший экран, защищающий схему от электромагнитных помех.

Еще раз подчеркнем, что не всякое медное поле связано с землей! Поэтому при проведении измерений или при ремонте готовых схем надо убедиться, что массовое поле действительно земля.

Думаем теперь вы поняли основные понятия массы и различия между — часто двусмысленными и сбивающими с толку — именами, используемыми как в электротехнике, так и радиоэлектронике. Мы обсудили разницу между массой, землей и заземлением, и теперь дело за вами — применить эту информацию на практике!

Цепи, где есть «плюс», «минус» и «заземление»

На некоторых схемах вы можете найдете соединение с клеммой «плюс», клеммой «минус» и клеммой заземления. Это распространено, например, в схемах усилителей. В чем тут «секрет» и «как это работает»?

В этом варианте земля является средней точкой между плюсом и минусом. Если напряжение, измеренное между минусом и плюсом, составляет 9 вольт, это означает, что заземление будет на уровне 4,5 вольт. Но в этом случае на клемме «плюс» будет потенциал 4,5 вольт, на клемме «минус» — 4,5 вольт. На клемме заземления будет, следовательно, потенциал равен 0 Вольт.

Я напомню вам, что напряжение -разность потенциалов между двумя точками. Таким образом, если на клемме «минус» -4,5 вольт и на клемме «плюс» 4,5 вольт, то мы имеем разницу потенциалов (напряжение) между ними в 9 Вольт.

Почему важно правильно определять GND

При подключении схем бытовой электроники или компьютеров важно правильно определить ноль и внимательно следить за маркировкой GND. Современные разъемы обычно имеют защиту от неверного включения, но даже в этом случае полезно убедиться, что подключение производится правильно. Иначе произойдет замыкание и выход схемы из строя.

В компьютерах обычно используются цепи питания в 5 В или 12 В. Хотя нулевой провод обеих цепей одного цвета (обычно черного), для каждой используются разные провода. В типичных случаях VCC обычно означает +5 В.

Чтобы не ошибиться при подключении, нужно найти на материнской плате обозначение GND и проверить, какой провод в разъеме подходит к к этой точке. Затем использовать цвет этого провода, если на разъемах нет маркировки.

Несколько слов о массе

Откуда произошло название «масса»? Старые электронные схемы собирались без использования печатных плат. Все элементы монтировались на общем металлическом каркасе или пластине. Отчасти именно из этой — теперь уже исторической — пластины и ее довольно больших размеров (большой массы) и возникло понятие, которое ещё иногда упоминается как шасси. На схемах также используется сокращение GND (земля, Ground) — по этой причине понятие массы часто путают с понятием заземления.

В течение многих лет наблюдали в электронных устройствах косвенное гальваническое (электрическое) соединение земли с «реальной» землей схемы. Поэтому обратите внимание на один важный момент: в подавляющем большинстве электронных устройств, встречающихся сегодня, заземление не будет таким же, как масса. Масса электронной схемы, например отрицательный полюс источника питания, аккумулятора или батарейки, чаще всего не связана с корпусом устройства. Так как различать понятия «земля» и «масса», чтобы они не вызывали путаницы?

В электронных устройствах с которыми имеем дело ежедневно, масса чаще всего связана с отрицательным полюсом источника питания, батареи или аккумулятора. Поэтому когда рассматриваем потенциал, преобладающий в данной точке цепи, то действительно имеем в виду напряжение измеренное между этой точкой и точкой заземления, то есть отрицательным полюсом источника питания. 

Можно легко запомнить это следующим образом: подключите красный провод мультиметра (вольтметра) к точке где хотите измерить напряжение, и подключите черный провод к земле схемы. В настоящее время трудно найти схемы, в которых земля не подключена напрямую к отрицательному полюсу источника питания.

Следует подчеркнуть, что построение схемы может быть более сложным. Не всегда в устройстве только одно напряжение питания. Помимо схем с несколькими напряжениями — например 12 В, 5 В и 3,3 В — во многих источниках питания (в эту группу также входят компьютерные блоки питания ATX) существуют дополнительные отрицательные напряжения на землю. Что это значит? Можем представить такое решение как последовательное соединение двух источников напряжения, например, батареи, где точка заземления (контрольная точка) — это место, где эти две батареи соединяются.

В этой конфигурации свободный полюс одной из батарей будет подавать положительное напряжение, а свободный полюс другой будет подавать отрицательное. Если оба источника имеют одинаковое значение напряжения, говорим о так называемом симметричном питании. Особенно часто оно используется в аналоговых схемах, например, усилителях или некоторых измерителях.

Тенденция, которая присутствует в электронике в течение многих лет, указывает на то что схемы, требующие симметричного питания, постепенно уходят в прошлое. Это связано с тем, что проектирование электронных схем использующих только одно напряжение питания, намного проще, поскольку это снижает не только сложность, но также затраты. У этого решения конечно есть недостатки, но здесь не будем вдаваться в подробности. Единственное, что надо помнить в этом разделе это то, что цепи могут питаться симметричным или асимметричным напряжением, а опорный потенциал, с которым связаны все измерения напряжения в схеме, является потенциалом земли. Масса (земля) — понятие условное, но чаще всего это то же самое, что отрицательный полюс питающего напряжения или точка разделения симметричных напряжений.

Одна земля на всех

В любой схеме весь ток должен возвращаться на землю, но каждый контакт имеет ограничения по току. Поэтому разумно сбалансировать количество линий для сигнала с количеством линий GND для обратного тока. В идеале, сколько сигнальных проводников, столько должно быть общих проводников, тогда каждый из них работает как витая пара, не влияя на другие.

Лучше много тонких проводов GND, чем один толстый. Для цифровых данных это позволяет сгладить взаимное влияние сигналов и улучшить качество передачи информации.

Соединение с корпусом

Землёй называется провод, соединяющий минусовой вывод электрического элемента (например, электромагнита) с корпусом изделия, в котором он установлен. Положительный вывод электрического элемента может соединяться, к примеру, с источником питания, образуя замкнутый контур, по которому потечёт ток. Землёй может быть не только провод, но и корпус самого электроэлемента. Например, анодный вывод диода 2Д203А1, на который накручивается гайка.

Исторически сложилось так, что использовать в качестве минусового провода корпус изделия было экономически обосновано �