機器間の電位差について

長文ですが質問させていただきます。よろしくお願いします。
内容は
①機器間に電位差があるとどうなるのか
②電位差を解消する方法
③差動増幅回路ではグランドの電位差は影響するのか
の3つです。
アンプを作ろうとしていて、バランス伝送を試してみようと思ったのですが、どうしてもグランドループが出来てしまいます。なので入力部の差動増幅回路のグランドと繋げる機器のグランドを切り離したいです。そして、調べていたら機器間の電位差が出来てしまう恐れがあると書いてありました。ただ、差動増幅回路では2つの入力の差を増幅するので、影響はないと考えているのですが合っていますでしょうか。
御回答よろしくお願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： isoworld 回答日時： 2021/04/17 16:21

２つの電気機器（ＡとＢ）が完全に切り離されてお互いに孤立しているときは、ＡとＢの間の電位差は不定です。

あるともないとも言えず、不定なんです。
これを確かめようとテスターなど何らかの装置（測定器）を使ってＡ、Ｂ間の電位差を調べようとすると、それによって「完全に切り離されてお互いに孤立している」状態から外れ、相互につながっている状態になります。

なので、ＡとＢの間の電位差を解消するのには（もっとも適切な方法）はグランド同士をつなぐことです。

「差動増幅回路ではグランドの電位差は影響するのか」ですが、理想的には影響しないという理屈にはなっても、現実はそうはいきません。
まず、グランドの電位差が差動増幅器の許容範囲内に入っていること（コモンモード耐圧がある）が必要ですし、現実の差動増幅回路にはＣＭＭＲ（コモン・モード・リジェクション・レイショ、同相弁別比）という特性があって、グランドの電位差の幾ばくかの影響が差動増幅回路の出力に出てきます。

なので「入力部の差動増幅回路のグランドと繋げる機器のグランドを切り離したい」ことはふつうは出来ず、どうしてもやりたいのなら、絶縁増幅器を使うことです。絶縁増幅器はフォトカプラや絶縁トランスで入力と出力が切り離されて絶縁状態になっています。

この回答へのお礼

絶縁増幅器を使いたいと思います。ありがとうございました。

お礼日時：2021/04/17 16:46

No.3 回答者： xs200 回答日時： 2021/04/16 11:30

グラウンドラインに乗るコモンモードノイズ Vnoiseは出力にはCMRRを掛けたものとして現れます。

グラウンドの電位差があるということはグラウンドインピーダンスが高いということですから影響はあります。Vnoise*CMRRを下げるにはVnoiseを下げる、つまりグラウンドインピーダンスを下げなければなりません。

で、なぜグラウンドループができてしまうのでしょう? どこか間違っています。

この回答へのお礼

図のおかけで理解できました。ありがとうございました。

グランドループができてしまうのは出力側(DAC)と差動入力側(アンプ)が別になっていて、 DAC側のLRそれぞれのグランドがシャーシにアースされているからです。なので、アンプ L側→アンプの方のシャーシアース→アンプ R側→ケーブル→DAC R側→DAC側のシャーシアース→DAC L側→ケーブル→アンプ L側､､､
と2つの機器間でループしてしまうという訳です。

お礼日時：2021/04/16 16:24

No.2 回答者： hiro2017 回答日時： 2021/04/16 09:13

機器間のアースを取る方法と絶縁する方法がありますが距離が長いと

アースにノイズが乗るので無理になります、平衡型でもシールドを
両端で落とすと電流が流れ不安定になるので受け側を絶縁することも
あります、差動アンプも平行型になりますが絶縁はどうでしょう、
また完璧に平行になっているんでしょうか、基板、パターンは影響
していないのでしょうか、インピーダンスが高いのは製造上でも
難しいのです、差動アンプの平行型が主流になっていますが安定に
動作しているようには思えず基板のアースの取り方を変えることで
治ることが多々あります。
これは経験を重ねる事しか無いでしょう。

この回答へのお礼

分かりました。試してみます！ありがとうございました。

お礼日時：2021/04/16 15:49

No.1 回答者： m-jiro 回答日時： 2021/04/16 00:02

GNDの電位差が1～2V程度ならGNDを浮かせて作動入力で受ければ大丈夫でしょう。

ただし、ノイズ成分を含めて電位差が大きくなると受信回路の入力耐圧（コモンモード耐圧）がオーバーして誤動作したり破壊するでしょうね。GNDの電位差を解消するにはどうしてもGND同志を接続せねばなりませんが、そうするとノイズが流れ込むなど迷走電流が増えてきます。
対策としてはデジタルに変換してフォトカプラとかトランスでGNDを切るといった方法があります。昔、アナデバの製品にこのためのアナログ伝送ができる絶縁ICがありましたがまだ作ってるかな？
送配電関係では伝送線を光ファイバーにすることで数千Vもの電位差があっても伝送可能なようです。

この回答へのお礼

わかりやすい解説ありがとうございました。

お礼日時：2021/04/16 07:58