Пропала «масса» на автомобиле: что это значит, и как это устранить?
«Пропала «масса!» – именно это заклинание мы чаще всего слышим при обращении к автоэлектрикам с какими-либо неисправностями в электрооборудовании машины. Что полезно знать о «массе» в автомобиле, и как своими руками поправить дело при ее исчезновении?
Два провода или один?
Д ля подключения полезной нагрузки к источнику электропитания требуются два провода – об этом знает даже школьник (хотя Никола Тесла считал иначе…). Самый очевидный пример, вполне возможно, находящийся сейчас прямо рядом с вами – настольная лампа, включенная в розетку. Примерно так же включались и немногочисленные потребители электроэнергии на первых автомобилях конца XIX – начала XX веков. Схема простая, надежная и вполне жизнеспособная.
Однако как только выпуск автомобилей стал хоть сколько-либо массовым, коммерческая мысль промышленников тут же пошла в направлении экономии и оптимизации, и количество проводов в машине разом сократилось вдвое – в качестве одного из проводов стала использоваться металлическая масса кузова – в просторечии та самая «масса».
На донельзя упрощенной, но вполне наглядной вышеприведенной картинке справа изображена современная схема электрооборудования автомобилей – когда «массой» является минусовой провод бортовой сети. Однако так было не всегда… Приблизительно до 50-х годов ХХ века автопроизводители использовали в качестве «массы» как минус, так и плюс.
Стандарты в автопроме тогда еще не устоялись, а с электротехнической точки зрения не было совершенно никакой разницы, пускать по кузову плюс или минус. Однако к середине века наблюдения выявили более заметное коррозионное разрушение кузовов тех автомобилей, в которых «массой» был именно плюс! Выяснилось, что в этом случае интенсивнее развивается электрохимическая коррозия, обусловленная направлением движения электронов в электрической цепи — от плюса к минусу. В итоге от плюсовой «массы» повсеместно отказались в пользу минусовой – тем более что это не требовало ни малейших дополнительных вложений в производство.
Замена плюса на минус
Среди моделей отечественного автопрома плюс на «массе» встречался у Победы, у Москвичей 401-402 и более ранних, у первого выпуска «21-й» Волги (с 1960 года систему электрооборудования ГАЗ-21 поменяли на традиционную для наших дней). Автомобиль в СССР был товаром сверхдлительного использования, передаваясь из поколения в поколение десятилетиями, и после того как стало известно о вредоносном влиянии плюсовой «массы», изрядное количество владельцев старых Москвичей, Побед и Волг взялось самостоятельно переделывать полярность в электросистеме своих авто. Тем более что в литературе для автомобилистов того времени было немало советов и рекомендаций по такому апгрейду.
В принципе, рукастый автолюбитель справлялся с работой по переделке за один день. Помимо банальной смены клемм на аккумуляторе требовалось поменять полярность у амперметра указателя зарядки на приборной панели и немножко поковыряться с паяльником в радиоприемниках моделей А-8, А-9 и А-12, с плюсом на корпусе. Самым сложным была переполюсовка генератора, а вот моторчики печки и дворников и стартер, в которых не было постоянных магнитов, работали при изменении полярности точно так же и в доработках не нуждались.
На фото: ГАЗ-М21 Волга (I) ‘1956–1958
Сегодня же, как ни странно, наблюдается обратная эволюция! Владельцы редких и восстановленных ГАЗ-21 первой серии и Побед в борьбе за полную аутентичность возвращают автомобилям изначальную конфигурацию электрооборудования, измененную когда-то прежними хозяевами. Усиливающаяся коррозия их уже не беспокоит, поскольку такие машины обычно не используются «на повседневку», 99% времени стоят с отключенной батареей и выезжают лишь несколько раз в год на автофестивали и ретропробеги.
«Аналог» и «цифра» – «масса» нужна всем!
Сегодня во многих авто применяется управление электрикой и электроникой по цифровой шине данных. Это дает огромную гибкость в управлении многочисленной электроникой, а также экономию меди – последнее, к слову, вторично.
На простейшем примере это выглядит так. В традиционной электросхеме к многочисленным лампочкам задних фонарей идет через весь кузов как минимум 5 плюсовых проводов — стоп-сигнал, два поворотника, габариты и задний ход (минусовым, разумеется, является кузовная «масса»). В цифровой же конфигурации плюсовой провод – всего один, и еще один тонкий – цифровая шина. По ней блок управления, расположенный непосредственно возле задних фонарей, получает команды и раздает «плюс» тем лампам, которым он в данный момент требуется.
Однако, несмотря на такое изменение концепции электрооборудования, роль «массы», разумеется, не исчезает – наоборот, она даже заметно возрастает! Ибо цифровые блоки управления гораздо чувствительнее к ухудшению контакта с «массой», нежели грубые и «неумные» лампочки и моторчики исполнительных устройств, которые раньше получали питание по простым «аналоговым» плюсовым проводам.
В поисках «массы»
«Пропала масса!» — едва ли не самая любимая мантра автомобильных электриков, поминаемая ими и по делу, и всуе… Слыша это многократно, многие автовладельцы, помнящие как минимум электротехнику по школьной физике, задумываются – кстати, а почему почти всегда теряется именно минусовая «масса», а не плюс? Ведь, казалось бы, они равнозначно необходимы для подвода тока к потребителю…
Ответ тут прост. В силу того, что общий массовый провод, коим является кузов, открыт атмосферной влаге и склонен к коррозии, элементы и модули электрики электроники автомобиля часто лишаются именно минуса или получают его через повышенное сопротивление ржавого и окислившегося контакта. Контакт в плюсовых проводах тоже порой теряется, но, поскольку в них почти не используется склонная к ржавлению сталь, происходит потеря контакта в разы реже, чем в случае с минусом…
В принципе, процедура поиска и восстановления плохого контакта в точках подключения к «массе» несложна и доступна большинству автовладельцев, практикующих самостоятельное обслуживание личного авто. Большинство контактных точек под капотом нетрудно обнаружить вдумчивым разглядыванием. В салоне и багажнике несколько сложнее – немало точек «массы» прячутся под торпедо и обшивками. Но и они конечном счете обнаружимы.
Обычно точки подключения электропроводки к «массе» представляют собой резьбовые шпильки, приваренные к кузову, или резьбовые закладные гайки. Так или иначе, ржавая и окисленная точка «массы» должна быть развинчена гаечным ключом, наконечники проводов, площадка вокруг шпильки, шайбы и гайка зачищены наждачкой, для предупреждения попадания влаги смазаны специальной аэрозольной смазкой для электроконтактов (или, в крайнем случае, консистентными смазками типа Литол-24 или графитки) и собраны в обратном порядке.
Особенно стоит отметить важность так называемых «корончатых» шайб, которые по науке именуются «шайбы стопорные с наружными зубьями» (они же иногда бывают интегрированы в кабельные наконечники). Эта мелкая и, на первый взгляд, не заслуживающая внимания ерундовина крайне важна для обеспечения качественного контакта в точках «массы»!
Дело в том, что кузов на заводе красится в полностью собранном виде – после окраски на нем уже ничего не сверлят и не варят. Соответственно, все резьбовые шпильки, являющиеся точками контакта с «массой», а также места вокруг них оказываются покрытыми краской, которая не проводит электрический ток. Поэтому под кабельный наконечник, надеваемый на шпильку, подкладывается специальная зубчатая шайба – она точечно нарушает изоляцию краски и обеспечивает суммарную большую площадь контакта без риска разрастания ржавого пятна вокруг шпильки со временем. Отсутствие таких шайб – недопустимо, замена их на обычные плоские или гроверные – тоже. Плюс нужно знать, что они, по-хорошему, одноразовые. Однако часто после кузовного ремонта сборщики эти шайбы забывают или игнорируют.
Бывают и курьезные случаи – к примеру, на продукции АвтоВАЗа лет несколько назад владельцы отмечали массовую (вот уж каламбур) проблему плохого контакта в точках массы из-за применения на заводском конвейере странных корончатых шайб, покрытых плохо проводящим ток черным анодированием.
К слову, применять эти шайбы бездумно и лепить их повсюду не стоит! К примеру, плюсовой контакт стартера в них совершенно не нуждается – там гораздо полезнее будут две обычные плоские шайбы и гровер.
Забавно, но порой в поисках «массы» доходят до изрядных крайностей. Отдельная история – так называемая «разминусовка». Сия процедура представляет собой ручное изготовление целого вороха толстенных проводов с клеммами под болт на концах и соединение ими с «массой» и непосредственно с минусовой клеммой аккумулятора под капотом всего того, что уже и так с ними соединено – двигателя, стартера, КПП и прочего.
На самом деле процедура это совершенно безобидная, невредная и даже порой полезная. Изначально она использовалась как метод ремонта и профилактики электрики в немолодых авто, где сложно диагностировать проблемы с «массой». Поэтому вместо замены всей проводки целиком просто пробрасывали качественную дублирующую «массу» везде, где только можно. В результате удавалось устранять трудные «плавающие» проблемы и глюки электрооборудования малой кровью.
Однако впоследствии «разминусовка» превратилась из метода упрощенного ремонта в странноватое «полутюнинговое» мероприятие… Немыслимой толщины провода упаковываются в красивую декоративную изоляцию «а-ля змеиная кожа» и используются фактически для украшения подкапотного пространства. Хотя и с изначальным посылом улучшения стабильности работы двигателя и прочей электроники.
Масса, и с чем ее едят.
Всем привет. Как обычно сначала начнем издалека. Эта запись не претендует на руководство к действию, на какой то мануал или еще что то подобное. Возможно где то что то есть уже подобное и не одно, однако мне не встречалось, и данная запись основана на наблюдениях, пробах и ошибках из личного и чужого опыта.
Речь о массе. Ну вот как раз о тех случаях когда говорят — "проверь массу" или, "дак у тебя масса не там подключена", "почисти клемму массы" и тд. Все эти разговоры имеют под собой вполне полноценное основание. В записи будет описана не вся суть вопроса, но ее большая часть — об активных потерях и помехах на соединениях. (не будет о выбросах с индуктивных нагрузок, о "плюсовой" стороне вопроса и тд. Что тоже существенно, но в общем виде описанном ниже вполне согласуется).
Виной всему закон Ома, ну то есть не виной, а основной причиной описывающей все это дело будет закон Ома. Кто не помнит или не знает, — он гласит (опять же в одной из формулировок), что падение напряжения на участке цепи сопротивление которого R, и при токе I протекающем через это сопротивление ®, равно произведению тока I на сопротивление R. То есть U=IxR. Например, на сопротивлении 1 Ом при токе 12 Ампер, протекающем через это сопротивление, падение напряжения (его даже можно будет замерить вольтметром, если подключить один щуп вольтметра к одному контакту резистора и второй щуп к другому контакту резистора), падения напряжения будет 1×12= 12 Вольт. Все просто. R это может быть какой-то участок где протекает ток, какая-то нагрузка, например лампочка подключенная одним контактом к "+", а вторым к "-" это тоже R. И если в разрыв поставить амперметр, то измерив ток, и зная что АКБ к которому подключена лампочка это 12 вольт. То можно найти сопротивление лампочки)
U=IxR
Далее, следующая часть. Кто сталкивался с автоэлектрикой, знает и видел что у каждого потребителя в бортовой сети автомобиля своя масса, у ламп в фарах, у вентилятора, у стартера и тд. Что то подключено напрямую к аккумулятору, что то на кузов и тд и тд. Каждое из этих соединений (так как мы в реальном мире) имеет свое соединение, каждый провод имеет свое сопротивление (по этой же причине провода на стартер очень толстые, так как у них низкое сопротивление, чтобы при протекании огромных стартерных токов не тратить драгоценные вольты и энергию на нагрев и потери в проводах), сам кузов тоже имеет сопротивление, и все эти сопротивления, по пути следования всех токов сходятся в точке источника электричества в автомобиле — генераторе и(или) аккумуляторе.
Сложнее дело обстоит с слаботочными цепями, с цепями датчиков, сенсоров, поплавков, реостатов и тд. Например, датчик положения дроссельной заслонки. В общем случае имеет три вывода + питания, минус питания (или масса) и сигнальный выход, на котором меняются показания в зависимости от положения дросселя. Чаще всего все три эти провода идут в блок управления двигателем. Электроника внутри ЭБУ двигателя отслеживает сигнал между минусом и плюсом, которые сам ему и выдает, так сказать ворота, между которыми может быть сигнал. Примерно та же картина на датчиках температуры, воздушного потока (ДМРВ), вращения коленвала, и чаще всего массы этих датчиков отделены в отдельную группу. Наверняка все видели кучу масс на большинстве блоков управления двигателем. У некоторых производителей этих масс даже по 6-8 штук! Зачем? Тем более что тестером все это прозванивается как КЗ?
Вот тут и выходит на сцену важная часть. Некая эквивалентная схема электрики в бортовой сети. В этой схеме есть — лампа передней фары (Front light), Мотор вентилятора (FAN), Стартер (Starter), Генератор (Alternator), датчик температуры (THW), датчик положения дросселя (TPS), Блок Управления двигателем (ECU), форсунки (inj).
Схема масс в вакууме
И сопротивления. Наверное можно их назвать паразитные, хотя наверное корректнее — реальные сопротивления, сопротивления реальности), короче это — сопротивления проводов (Wire) это может показаться ерундой, но кто ездит с сабвуфером на 1 кВт знает толк в толщине, ну или кто возит прикуривательные зимние провода тоже. Затем сопротивления соединений — скруток, клеммников, сережек, мамок, точек крепления к массе — все тут. И сопротивление кузова (Chasis) — ток бежит через кузов к источнику, от плюса к минусу, через нагрузку, бежит далеко если он в багажнике а источник под капотом или близко если капот рядом. Также есть сопротивления возле генератора, а возле ЭБУ двигателя их три в данном случае (а бывает и больше), под каждый сегмент потребителей — датчики, силовая часть ЭБу, форсунки и тд. Красными стрелками указаны падения напряжений на реальных сопротивлениях.
Вот такая длинная прелюдия. А теперь действие.
Ставим в багажник усилитель на 1, нет лучше на 2 кВт и сабвуфер. 2 килоВатта при 12 вольтах это 170 Ампер, естественно это в пике. Это много. И вот тут закон Ома. Если сопротивление проводов от усилителя до сабвуфера будет, например 0,1 Ом, что даже почти не в состоянии замерить обычный тестер, мы получим 0,1*170= 17 вольт. То есть в пике усилитель просто ляжет спать. И не спасет ни конденсатор ни провода из китайской меди с позолоченными наконечниками. Нужно увеличивать сечение проводов, кидать и плюс и минус медью, зачищать соединения, ставить дополнительный АКБ ближе к усилителю, уменьшать сопротивление потерь, и как следствие — уменьшать падение напряжение(бесполезное) на соединениях. Причем зачастую потери эти тестером не увидеть. В пике нагрузки, а это доли секунды, напряжение просаживается и тут же возвращается обратно, на глаз не заметно, на звук заметно — искажения звука гарантированны.
Но это только начало. Второй акт второго акта). Слаботочный. Скажем есть задача — подключиться к датчику TPS, и при напряжении на нем выше 1,25 вольт, включать пищалку и лампочку — "не жми на педаль бензинама очень нехватает". Ок. Один провод подключаем к TPS а второй куда? "- На массу. Что за глупый вопрос!" И подключаем прямо на кузов (точка Е на схеме), старательно при этом зачистив будущее место от краски, поставив "серьгу" (крепеж для провода с ушком) и пропаяв все эти дела. Неправильно (ровно также как и подключать к массе ДВС (точка С), на генератор, на АКБ (точка В), на массу фары (точка А), и даже на массу передней правой двери). Почему так, — смотрим схему.
Рассмотрим случай взятия массы с кузова. Напряжение на датчике TPS меняется между массой этого датчика и его плюсом. Соответственно взяв сигнал с сигнального провода, а массу откуда попало что мы имеем — путь тока от "вашей точки массы на кузове" пойдет через сопротивление соединения, сопротивление кузова, сопротивление соединений и проводов этих же цепей на ЭБУ. То есть пути явно различаются. Если сравнить с походом в магазин то один путь прямой, а второй в обход, через соседнюю область. Ну по идее это ерунда, цепь слаботочная токи там ноль ноль дым и никто не заметит. Это верно. Но вот если на пути "вашей точки массы на кузове" окажется путь протекания тока от вентилятора (а еще лучше сабвуфера на 2 кВт), от ламп ближнего света, ламп задних стоп сигналов, форсунок и тд, а он обязательно окажется там, так как току просто негде протекать, путь у него известен, от источника к потребителю, через кузов. Так вот когда появится какой-то мощный ток, в этой точке будет уже совсем не масса. А если там окажется что то ШИМ регулируемое, то будет еще интереснее. В итоге в этой точке, в данном случае это точка Е на схеме, мы будем иметь постоянно изменяющееся напряжение( вспоминаем про закон Ома), зависящее от протекания токов от силовых, импульсных потребителей. То есть грубо говоря, если взять и затормозить мгновение, взять осциллограф и крокодил массы подключить к массе датчика положения дросселя, а щупом встать в псевдомассу в точке Е, мы там увидим какое то напряжение (тут конечно надо вспомнить про дядьку Кирхгофа, но чтобы не перегружать наукой просто будем знать что он в теме)), и напряжение в этой точке может быть вполне внушительным, таким что 1.25 вольт с дросселя просто потеряются. А через мгновение когда потребители отключаться — там будет масса. В итоге, на нужном нам сигнальном проводе — получаем ерунду.
Рассмотрим случай подключения массы, скажем, с толстенького провода от фары(Точка А), провод мощный. А значит и масса хорошая! Неверно . В принципе, взяв такую массу, получаем предыдущий пункт, плюс целенаправленно и явно будет ненастоящая масса при включении лампы фары. Тем сильнее, чем хуже там соединения и жиже провод. А если там ксенон…ухх. Толстый провод это хорошо только для того кому он предназначен — фаре, моторчику, вентилятору.
Рассмотрим случай подключения массы с минуса АКБ. Точка В. Тоже неверный вариант. Правда на схеме еще нет внутреннего сопротивления АКБ и генератора, они тоже вносят свои 5 копеек когда есть нешуточные токи. Вообщем если взять массу с минуса АКБ, ну или корректнее сказать в точке соединения минусов АКБ и генератора, так как до запуска основной источник тока это АКБ, после запуска — генератор. Итого в точке В, получаем схождение всех токов от всех нагрузок и соответственно сборище всевозможных импульсных помех. Что примерно равносильно всем вышеописанным случаям.
Масса которая на датчике положения дросселя(точка D) или группа масс слаботочных сигнальных датчиков, ( и это единственно верное место подключения), лишь относительно этой точки массы и сигнального провода мы увидим реальное положение вещей. Реальное напряжение на датчике.
Итого. Единственно верное место подключения массы для наблюдения слаботочных датчиков — это масса именно этих датчиков.
Очень надеюсь что эта информация будет полезной. И поможет многим сделать свою работу быстрее и с первого раза. И еще раз повторюсь — эта запись не претендует на руководство к действию, на какой то мануал или еще что то подобное. Возможно где то что то есть уже подобное и не одно, однако мне не встречалось, и данная запись основана на наблюдениях, пробах и ошибках из личного и чужого опыта.
Что такое масса и как ее проверить?
О том, что для работы любого электрического прибора нужно одновременно подать на него как плюсовой, так и минусовой заряд, мы узнаем еще в школе, на уроках физики. Эти знания пригождаются и во взрослой жизни, при покупке машины, ведь электрооборудование в автомобиле ничем не отличается. Получается, что к каждому потребителю от аккумулятора должно тянуться два провода? До середины XX века машины так и делали, а потом додумались до того, чтобы в качестве проводника использовать кузов. Так появилось понятие «масса», а именно ток, заряженный отрицательными частицами и передающийся через металлический кузов.
Масса ВАЗ 21214 «Нива» — провод от минусовой клеммы к кузову
Наверное, сразу стоит сказать, почему по кузову «идет» именно «минус», а не «плюс». К такой идее пришли не сразу, многие машины в середине прошлого века имели «плюс» на кузове, а приборы управлялись минусовыми проводами. Для окружающих это было безопасно, ведь ток в автомобильной системе очень небольшой и не может причинить вред, но оказалось, что положительно заряженный кузов существенно быстрее подвергается коррозии, кроме того, из-за него быстро разряжается аккумулятор (ток уходит в землю через резиновые колеса), поэтому на кузов в современных машинах подается именно «минус».
Как работает «минус»
Как это выглядит? От минусовой клеммы аккумулятора идет довольно толстый провод, который прикручивается к кузову. Около потребителей к металлическим частям тоже прикручен небольшой провод, который питает прибор. Особенно наглядно экономия такой системы видна на примере задних фонарей, к ним не нужно тянуть отдельный провод из-под капота, а можно просто подцепиться к любому участку заднего крыла. Кузов настолько хорошо проводит ток, что стоит подключить аккумулятор, так «минус» сразу распространится по всем металлическим частям, соединенным друг с другом.
Месторасположение массы Skoda Octavia A7
Простота устройства дает ложное чувство, что с «массой» ничего не может случиться, но на самом деле проблем с ней даже больше чем с плюсовыми проводами. Ведь провода обычно хорошо защищены, да и прокладывают их в наиболее безопасных местах, а минусовая часть ничем не прикрыта от атмосферы, кроме того у нее есть слабые места, а именно точки крепления проводов к кузову.
У разных моделей реализация может немного отличаться, но обычно в кузов вкручивается болт или приваривается шпилька, на которую гайкой крепится минусовой провод. В подавляющем большинстве случаев такое соединение ничем не защищено, со временем оно начинает подвергаться коррозии или забивается грязью. Тогда и появляются проблемы. «Минус» на электроприборе может совсем пропасть (тогда прибор, конечно, работать не будет), но куда чаще проблема проявляется в плохом контакте, что приводит к неправильной работе потребителей. Задние фонари могут включаться невпопад (в народе эту популярную неисправность прозвали светомузыкой), стартер вроде и работать, но не развивать достаточную мощность для пуска мотора, а аккумулятор плохо заряжаться даже при полностью исправном генераторе. И так далее, это самые типовые примеры проблем из-за плохого «минуса», но сюрпризы могут быть самые разнообразные.
Точки крепления массы Chevrolet Niva
Как проверить и «лечить» «массу»
Логично, что при проблемах с электрикой, проверка «массы» обязательный этап поиска неисправности. Сделать это можно с помощью мультиметра. Прибор устанавливается в режим вольтметра, один щуп идет к минусовой клемме аккумулятора, второй можно прикладывать к корпусу двигателя, коробки, стартера, генератора, кузов, в общем, куда хватит длины провода. Единственное, для второго щупа нужно выбирать чистую и неокрашенную поверхность. Замер нужно делать на заведенном авто или хотя бы при включенном зажигании и горящих фарах. Допустимым считается падение напряжение максимум 0,1 В. Если значение выше, то нужно искать причину.
Проверка массы: один провод мультиметра положили на минус АКБ, другой провод на стартер
Поиск плохого контакта это самое неприятное в проблемах с «массой» — необходимо руками проверить все провода и соединения. Откручивать болты, чистить, смазывать. Бывают проблемы и с минусовыми проводами, в них потери случаются от коррозии или старости, но все-таки обычно плохая «масса» — это слабый физический контакт, который нужно найти и восстановить.
Получили такой показатель — вполне нормально
Когда нет времени или желания заниматься поиском, есть и альтернативный вариант ремонта – пробросить дополнительный минусовой провод от аккумулятора до конкретного потребителя. Решение, конечно, «колхозное», но рабочее, особенно когда нет времени долго искать место утечки или проблема настигла в пути.
Примере крепления провода массы
В целом, минусовая часть электрической системы автомобиля — вещь очень простая и понятная. Формально она даже не требует никакого обслуживания, но многие водители со стажем предпочитают периодически откручивать, зачищать и смазывать наиболее важные места подключения к «массе». Лишним точно не будет, особенно на пожилых автомобилях.
GND, Земля, Масса, Заземление и Шасси в электротехнике
Всем знакомы термины: «разность потенциалов» между узлами схемы или между точками в цепи, «напряжение на радиоэлементе», «напряжение или потенциал в данной точке схемы». Все эти термины хотя и кажутся разными, на самом деле сводятся к одному и тому же вопросу. Между двумя точками всегда есть электрическое напряжение – мы не можем говорить о напряжении в одной точке. Даже если описываем состояние схемы или цепи, то всегда используем две точки. То есть когда говорим о напряжении в какой-либо точке схемы, фактически говорим о напряжении между этой точкой и определенной частью электросхемы, взятой в качестве точки отсчета. Именно этот узел, относительно которого считаем потенциал, является так называемой массой.
Конечно также можем измерить напряжение в цепи между определенными точками, ни одна из которых не является массой. Тогда говорим о напряжении между двумя точками схемы и конкретно указываем, какие места в цепи затрагиваются. Помните, что напряжение между двумя точками в схеме есть не что иное, как разность потенциалов между ними.
Иногда называют падением напряжения. Чаще всего используем этот термин, когда говорим о напряжении на резисторе, через которое протекает ток. Как известно из закона Ома, что напряжение на резисторе прямо пропорционально его электрическому сопротивлению и току, протекающему через него. Поэтому, когда говорим о падении напряжения на резисторе, имеем в виду напряжение, измеренное между одним концом радиоэлемента и другим.
Как видите, можно определить одну и ту же электрическую величину тремя способами: падение напряжения, разность потенциалов и просто напряжение. Это разнообразие может сбивать с толку, поэтому следует сразу привыкнуть ко всем этим терминам.
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.
Заземление и земля
Наверняка вы часто сталкиваетесь с концепцией заземления. В старину основная масса схемы была построена в виде металлического каркаса или пластины, которая в то же время была конструктивным элементом поддерживающим все устройство и его элементы. Но сегодня часто имеем дело с несколько другим подходом – отрицательный полюс источника питания, то есть заземление схемы, должен быть полностью отдельным узлом, не связанным с металлическим корпусом устройства или заземляющим контактом. Штырь этот в электрических розетках служит защитой от поражения током в случае, например, повреждения изоляции.
Такое решение бывает в лабораторных источниках питания, которые имеют три клеммы. Красная клемма – это положительный полюс источника питания. Черная клемма – отрицательный полюс, который в большинстве случаев приравнивается к заземлению схемы, подключенной к БП. Третья клемма обычно зеленая. Это фактическое заземление, электрически связанное с корпусом, заземляющий провод и соответствующий контакт на сетевой вилке. Такое решение приобретает все большее значение не только по соображениям безопасности, но и благодаря своим превосходным противоинтерференционным свойствам.
Конечно, связи между землей схемы и реальной землей иногда могут иметь различную форму, но не будем вдаваться в подробности обо всех возможных вариантах. Существует множество возможностей, и каждая из них должна быть тщательно продумана конструктором, чтобы избежать как ошибок в дизайне, так и опасностей, которые могут привести к поражению пользователя электрическим током в случае неправильного использования устройства или неполадки. Поэтому начинающим электронщикам не следует пытаться самостоятельно создавать устройства с питанием от сети.
Современные источники питания подключаемые к розетке или лабораторные источники питания, защищены таким образом, что даже в случае внутреннего повреждения БП обеспечивает пользователя надлежащей защитой. Поэтому если планируете собирать устройство с питанием от электросети 220 В, обязательно выберите качественный фирменный блок питания, который позволит спокойно работать, не беспокоясь о своей безопасности или безопасности других пользователей устройства. Не стоит экономить несколько рублей на покупке дешевого блока питания от неизвестного источника – безопасность – это главное, а цены на фирменные блоки питания больше не являются препятствием даже для начинающих энтузиастов электроники.
Кстати, международные стандарты требуют чтобы заземляющий провод в электрооборудовании имел желто-зеленую изоляцию. Поэтому в трехжильных силовых кабелях можно встретить провода с изоляцией «классического» цвета: коричневый (фаза), синий (нейтраль) и желто-зеленый (земля). Не рекомендуем использовать провода этих цветов для других соединений (даже низковольтных) в конструируемых устройствах – упомянутый набор цветов всегда должен четко соответствовать фактическому назначению кабелей.
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!