ارت عملیاتی در سیستم کامپیوتری و مخابراتی

GND در الکترونیک به چه معناست؟

به نقل از متخصصین شرکت کنزا صتعت مفهوم زمین کردن (GND) به قرن نوزدهم بازمی‌گردد، زمانی که سیستم‌های تلگراف به یک مسیر بازگشت برای جریان الکتریکی نیاز داشتند. در واقع، سیستم‌های توزیع برق اولیه توماس ادیسون، زمین کردن یا اتصال سیستم‌های الکتریکی به زمین را برای ایمنی و عملکرد به کار گرفتند.
بر اساس مطالعه‌ای از بنیاد بین‌المللی ایمنی برق، زمین کردن صحیح می‌تواند خطر آتش‌سوزی‌های الکتریکی و آسیب به تجهیزات را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

این گزارش تأکید می‌کند که زمین کردن بیش از سی درصد در جلوگیری از حوادث مرتبط با برق در محیط‌های صنعتی مؤثر است.
بیایید به تفصیل بحث کنیم تا معنی GND در الکترونیک را درک کنیم، و انواع، اهمیت، تکنیک‌ها و روش‌های عیب‌یابی آن را بررسی کنیم.

1- عبارت GND در الکترونیک به چه معناست؟

در واقع GND یک نقطه مرجع در یک مدار الکتریکی است که برای اطمینان از ایمنی و پایداری سیستم‌های الکتریکی ضروری است. در اینجا هر آنچه برای درک معنی GND در الکترونیک نیاز دارید، آورده شده است:

الف- نقطه مرجع برای اندازه‌گیری ولتاژ
نقطه GND یک مرجع استاندارد را فراهم می‌کند که برای عملکرد دقیق مدار الکترونیکی و دیجیتال حیاتی است، زیرا تضمین می‌کند که همه اجزا در یک سطح پتانسیل الکتریکی یا ولتاژی قرار دارند و بر اساس آن کار می‌کنند. این مفهوم مانند داشتن یک نقطه “صفر” جهانی است که تمام اندازه‌گیری‌ها، بر اساس آن انجام می‌شود. به عنوان مثال می‌توان آن را با ارزش طلا یا دلار در بازار سرمایه و معاملات جهانی مقایسه نمود. این نقطه مرجع اندازه‌گیری، عملکرد صحیح، تصمیم‌گیری‌ها، ثبات و قابلیت پیش‌بینی را در سیستم‌های الکتریکی و خصوصاً الکترونیکی و کامپیوتری، تضمین می‌کند.

ب- مسیر بازگشت برای جریان الکتریکی
نقطه GND به عنوان یک مسیر بازگشت برای جریان الکتریکی عمل می‌کند تا جریان الکتریکی به منبع خود بازگردد. در یک مدار جریان مستقیم یا DC معمولی، جریان از ترمینال مثبت یک منبع تغذیه، از طریق اجزای مختلف، و از طریق زمین به ترمینال منفی بازمی‌گردد. این مسیر برای تکمیل یا تشکیل حلقه الکتریکی یا مدار الکتریکی ضروری است و به جریان اجازه می‌دهد آزادانه و کارآمد جریان یابد.

ج- مکانیزم ایمنی
زمین هم از کاربران و هم از دستگاه‌ها در برابر آسیب‌های احتمالی ناشی از خطاهای الکتریکی محافظت می‌کند. اساساً، GND مسیری با کمترین مقاومت ممکن به زمین را فراهم می‌کند. این عملکرد برای اطمینان از اینکه هر جریان اضافی ناشی از یک خطا، مانند اتصال کوتاه یا اتصال بدنه، به طور ایمن از اجزای حساس مدار یا از افرادی که به طور فیزیکی با آن در تماس هستند، عبور نکند، بسیار مهم است.

در واقع GND با ایجاد یک مسیر با امپدانس الکتریکی پایین، مسیر جریان خطا را منحرف می‌کند.
از نظر آماری، زمین کردن و اتصال سیستم‌های الکتریکی به زمین به طور قابل توجهی خطر برق‌گرفتگی را کاهش می‌دهد. به همین دلیل استانداردهای بین‌المللی و ملی برق، شیوه‌های زمین کردن را الزامی می‌کند و رعایت این استانداردها نشان داده است که خطرات الکتریکی را هم در محیط‌های مسکونی و هم تجاری و صنعتی کاهش می‌دهد.

د- پایداری و کاهش نویز
در واقع، یک مرجع زمین پایدار برای تجهیزات الکترونیکی حساس، مانند کامپیوترها، دستگاه‌های پزشکی، سیستم‌های شبکه بانکی، ابزار دقیق و سیستم‌های صنعتی حساس مانند CNC‌ها، حیاتی و ضروری است. GND پایداری مدار را افزایش می‌دهد و نویز الکتریکی را کاهش می‌دهد. اساساً، زمین کردن می‌تواند اثرات تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) را کاهش دهد. این تداخل‌ها می‌توانند منجر به رفتارهای نامنظم در سیستم‌های الکترونیکی شوند و عملکرد دستگاه‌های مخابراتی و ابزار دقیق را با مشکل مواجه کنند.

2- انواع مختلف GND در مدار کدامند؟

انواع مختلفی از زمین در مدارها وجود دارد و درک ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد آنها برای طراحی، پیاده‌سازی و عیب‌یابی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی ضروری است:

الف- زمین ارت
زمین ارت شامل اتصال فیزیکی نقطه زمین یا ارت مدار به زمین مرجع است، که معمولاً با استفاده از یک میله یا صفحه ارتینگ از جنس مس یا فولاد گالوانیزه اجرا می‌شود.
مزیت اصلی آن، حفاظت در برابر شوک الکتریکی و تثبیت ولتاژ سیستم است.
کاربرد آن در سیستم‌های مسکونی، صنعتی و نیروگاه‌هاست.

ب- زمین شاسی
زمین شاسی، اتصال مدار زمین به بدنه یا قاب فلزی دستگاه است. این نوع زمین باعث کاهش EMI و افزایش ایمنی تجهیزات می‌شود.
کاربرد آن در خودرو، هوافضا و صنایع الکترونیک صنعتی است.

ج- زمین سیگنال
زمین سیگنال یا ارت عملیاتی (کلین ارت) نقطه مرجع سیگنال‌ها در مدارهای دیجیتال است که برای جلوگیری از نویز و حفظ یکپارچگی داده استفاده می‌شود.

3- چرا GND برای مدارها مهم است؟

نبود ارت مناسب باعث بروز موارد زیر می‌شود:

1. ناپایداری ولتاژ و اختلال در عملکرد دستگاه‌ها
2. افزایش خطر شوک و آتش‌سوزی
3. افزایش تداخل‌های الکترومغناطیسی
4. کاهش یکپارچگی سیگنال
5. پیچیدگی در طراحی منبع تغذیه
6. کاهش ایمنی کاربر و تجهیزات

4- چگونه مشکلات GND را عیب‌یابی کنیم؟

1. بازرسی بصری اتصالات زمین
2. تست پیوستگی با مولتی‌متر
3. شناسایی حلقه‌های زمین از طریق اختلاف ولتاژ
4. بررسی اختلاف ولتاژ زمین و نول
5. اطمینان از اندازه مناسب سیم زمین
6. استفاده از تستر امپدانس زمین
7. تست مجزای دستگاه‌های مشکوک

سخن پایانی

در این مقاله به مدل اتصال به زمین سیگنال اشاره شد. زمین سیگنال یا ارت عملیاتی، با مشخصه هادی FE شناخته می‌شود و در سیستم‌های کامپیوتری و دیجیتال اهمیت بالایی دارد. وظیفه اصلی آن، تثبیت نقطه مرجع مدار و کاهش نویز است.

زمین فیزیکی مشکلاتی دارد از جمله:

1. تغییرات مداوم خاک و شرایط زمین
2. تداخل زمین سیستم‌های حساس و عمومی
3. دشواری اجرای سیستم زمین در مناطق صخره‌ای
4. عدم امکان اجرای ارت در تجهیزات متحرک نظامی یا مخابراتی

ارت الکترونیکی کنزا صنعت

دستگاه ارت الکترونیکی، سیستمی حفاظتی برای تأمین ارت سیستم‌های حساس و گران‌قیمت الکترونیکی، کامپیوتری و مخابراتی است.
این سیستم یکی از انواع سیستم های ارت الکترونیکی است که  با شماره ثبت اختراع 46660 به نام شرکت کنزا صنعت الموت ثبت شده است.

کاربرد آن در حوزه ارت عملیاتی (FE) است و با تثبیت ولتاژ بدنه بر روی کمتر از 0.1V، محیطی بدون نویز برای عملکرد صحیح سیستم‌ها فراهم می‌کند.
تا کنون بیش از 5000 دستگاه به این سیستم مجهز شده‌اند و در طی بیش از یک دهه، کارایی و ایمنی سیستم‌های حساس را به شکل چشمگیری افزایش داده است.