เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นหลายคนอาจจะเป็นนักอิเล็กทรอนิกส์ด้วย หรือสนใจในเรื่องที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าบ้าง และอาจจะเคยได้ยินคำว่า ground loop และอาจจะสงสัยว่าคืออะไร เรามาดูกันดีกว่าว่าคืออะไรนะครับGround คืออะไร
ปกติแล้วกราวด์จุดที่มีศักย์ไฟฟ้าคงที่ค่าหนึ่ง ปกติแล้วมักเป็นค่าอ้างอิงสำหรับศักย์ไฟฟ้าจุดอื่นทั้งหมดในวงจร ซึ่งคือ 0 โวลท์ "จุด" กราวด์ที่ว่านี้บางครั้งมันก็ไม่ได้เป็นจุดๆ หนึ่งในวงจร แต่อาจจะเป็น ตัวถังของเครือ่งใช้ไฟฟ้าที่เป็นโลหะ ที่เราคิดว่ามันมีศัดย์เท่ากันตลอด เนื่องจากมันมีความต้านทานเป็น 0 ohms ซึ่งในความเป็นจริงแล้วไม่ใช่แบบนั้น ในการต่อวงจรบางลักษณะที่ทำให้ "ground" กลายเป็นส่วนหนึ่งในวงจรไฟฟ้าจึงเกิดปัญหาขึ้น
Ground Loop
เกิดขึ้นเมื่อกราวด์กลายเป็นส่วนหนึ่งในวงจรไฟฟ้าและศักย์ไฟฟ้าของสองจุดของกราวด์นั้นไม่เท่ากันเนื่องจากมีกระแสวิ่งในกราวด์ ดูภาพที่ 1 สมมติว่าความต้านทานระหว่างจุด กราวด์ 1 และ 2 เป็น 0.1 Ω แต่มีกระแสไหลอยู่ 1 แอมแปร์ ทำให้เกิดความต่างศักย์ระหว่างสองจุดนี้อยู่ 0.1 โวลท์ (V = I × R) และกระแสที่ว่านี้ก็คงที่บ้างไม่คงที่บ้าง ทำให้ความต่างศักย์ไม่คงที่ไปด้วย กลายเป็นสัญญาณรบกวนจากวงจรหนึ่งไปยังวงจรต่อไป หลายครั้งเกิดเป็นเสียงฮัม หรือ บรื่อ ได้ (แต่เป็นคนละกรณีกับการที่วงจรจ่ายไฟฟ้ามีความสามารถในการจ่ายกระแสไม่พอ หรือกรองโวลเตจได้ไม่ราบเรียบพอ ก็ทำให้เกิดเสียงฮัมของไฟ AC 50Hz ได้ด้วย) บางทีวงรอบของกราวด์อาจจะทำให้มันทำหน้าที่เป็นสายอากาศแบบ Loop ที่ทำหน้าที่รับสัญญาณรบกวนเข้าไปยังวงจรขยายได้ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนได้เช่นกัน
ภาพที่ 1 กราวด์ลูปอย่างง่ายอาจจะ
เกิดในตัวถังของวงจรของเครื่องใช้
ไฟฟ้าที่ไม่ได้ระวังในการสร้าง
เมื่อกราวด์ 1 และ 2 มีศักย์ต่างกัน
ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนขึ้นได้
กราวด์ลูปที่ซับซ้อนกว่าเดิมขึ้นอีกนิดคือเมื่อเกิดกับปลั้กไฟฟ้าที่บ้านของเรา เมื่อเราเสียบเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งบรรดาเครื่องเสียงต่างๆ เข้าด้วยกัน และจ่ายไฟฟ้าให้กับมันแต่เสียบปลั้กไฟคนละที่กัน ดูภาพที่ 2
ภาพที่ 2 การเสียบเครื่องเสียงเข้ากับ
ปลั้กสองอันที่อยู่ห่างกัน และอาจจะ
มาจากวงจรย่อย (เบรกเกอร์) ต่างกัน
อาจจะทำให้ศักย์ไฟฟ้าของกราวด์
ไม่เท่ากัน และเป็นที่มาของสัญญาณ
รบกวนได้
บางครั้งการรบกวนเกิดจากลักษณะทางกายภาพของสายไฟฟ้าและ/หรือตัวถังของเครื่องไฟฟ้านั้น กับสนามแม่เหล็กรอบๆ บริเวณนั้น เส้นแรงแม่เหล็กอาจจะ "คล้อง" เข้ากับส่วนของวงรอบ (ลูป) ที่มีอยู่ ทำให้กลายสภาพเป็นคล้ายขดลวดของหม้อแปลงที่พันไว้ 1 รอบ ทำให้เกิดกระแส (และแน่นอน ความต่างศักย์) ขึ้นเป็นต้นกำเนิดของสัญญาณรบกวนได้ ดูภาพที่ 3
ภาพที่ 3 เส้นแรงแม่เหล็ก B (สีเขียว)
ที่มีอยู่ทั่วไปในบริเวณวงจรไฟฟ้า อาจ
คล้องเข้ากับลูปที่มีอยู่ ทำให้เกิดกระแส
และความต่างศักย์ของสัญญาณรบกวน
การป้องกันกราวด์ลูป
เมื่อเราทราบว่า กราวด์ลูป คืออะไรและมันสร้างสัญญาณรบกวนได้อย่างไรแล้ว เราย่อมสามารถ (อย่างน้อยก็) พยายามป้องกันและแก้ไขมันได้ ดังนี้
1. พยายาม "รวบ" เอาสายไฟที่ลงกราวด์ตัวถังที่ตำแหน่งต่างๆ กันไว้ด้วยกัน การทำแบบนี้กราวด์ลูปยังคงอยู่เหมือนเดิม แต่โอกาสที่เส้นแรงแม่เหล็กจะคล้องลูปเหล่านั้นจะน้อยลงมาก และเกิดสัญญาณรบกวนน้อยลง
2. ในตัวถังเครื่องใช้ไฟฟ้า ควรลงกราวด์ที่จุดเดียวเพื่อป้องกันกราด์ลูป พยายามอย่า (และอย่าพยายาม) ใช้ส่วนของตัวถังที่เป็นโลหะของเครื่องใช้ไฟฟ้าเป็นทางผ่านของกระแสไฟฟ้า ดูภาพที่ 4
ภาพที่ 4 การต่อกราวด์ร่วมกันเพียง
จุดเดียว ทำให้ไม่เกิดกราวด์ลุป
3. บางครั้งเราสามารถตัดตอนวงรอบของกราวด์ลูปได้ โดยปลดปลายสายชีลด์ออกเสียข้างหนึ่ง (ดูภาพที่ 5) 
ภาพที่ 5 เราอาจจะปลดสายด้านนอก
ของสายนำสัญญาณออกเสียข้างหนึ่ง
เพื่อตัดตอนการเกิดกราวด์ลูป
4. ในกรณีของการเกิดกราวด์ลูปผ่านปลั้กไฟฟ้าที่มาจากคนละวงจรกัน (ตามภาพที่ 2) ทำให้ศักย์ของกราวด์ของปลั้กเหล่านั้นไม่เท่ากัน อาจจะแก้ไขได้ง่ายด้วยการเสียบเครื่องไฟฟ้าผ่านปลั้กที่มาจากวงจร (circuit breaker) เดียวกัน
5. ในระบบเครื่องเสียงที่จำเป็นต้องเสียบปลั้กไฟฟ้าที่มาจากคนละวงจรย่อยกัน เราสามารถใช้ isolation transformer ต่อคั่นเอาไว้ได้ การใช้หม้อแปลงแยกระบบแบบนี้จะทำให้กราวด์ลูปถูกตัดออกจากกัน ไม่มีกราวด์ลูปอีกต่อไป ดูภาพที่ 6
ภาพที่ 6 เราสามารถทำลายกราวด์ลูป
โดยเอา isolation transformer
มาต่อคั่นไว้ วิธีนี้ได้ผลดีมาก
6. คิดนอกกรอบ โดยการเปลี่ยนระบบเป็นแบบ balanced ที่สายสัญญาณทั้งสองเส้นมีสัญญาณแบบ differential (ศักย์ไฟฟ้าตรงกันข้ามกัน) ในระบบนี้สายชีลด์ที่ทำหน้าที่ป้องกันการรบกวนของสนามไฟฟ้าไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของสายสัญญาณ ทำให้ไม่สามารถเกิดกราวด์ลูปได้ นอกจากนั้นในวงจรรับสัญญาณจะขยายเฉพาะสัญญาณที่แตกต่างกัน (differential - amplifier) ของสายสัญญาณสองเส้น สัญญาณรบกวนที่อาจจะหลุดรอดเข้ามา (เป็น common mode) จะไม่ถูกขยายไปด้วย ระบบจะมีสัญญาณรบกวนน้อยลง ดูภาพที่ 7
ภาพที่ 7 ระบบแบบ Unbalanced
และแบบ Balanced จะเห็นว่าแบบ
แรกนั้นชีลด์ของสายนำสัญญาณจะเป็น
ส่วนหนึ่งของระบบ ในขณะที่แบบหลัง
นั้น ชีลด์เป็นเพียงเกราะป้องกันสนาม
ไฟฟ้ามารบกวนเท่านั้น และไม่ทำให้
เกิดกราวด์ลูป
กราวด์ลูปเป็นปัญหาได้ตั้งแต่ในระบบเล็กๆ เช่น ในเครื่องเสียงหนึ่งเครื่อง ระบบใหญ่ขึ้นคือการนำเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยเฉพาะเครื่องเสียงหลายเครื่องมาต่อร่วมกัน (ผ่าน สายสัญญาณ) ไปจนระบบใหญ่เช่นระบบ Public AV (ระบบเสียงกลางแจ้ง) และระบบวิทยุสื่อสารที่อาจจะมีเครื่องวิทยุ เครื่องขยายเสียงจากไมโครโฟน วงจรจูนอิมพิแดนซ์ วงจรขยายกำลัง ที่ทำให้เกิดเสียงรบกวน กำลังส่งต่ำ ส่งไม่ออก และอื่นๆ ได้ จึงเป็นเรื่องที่นักวิทยุควรรู้จัก เข้าใจ และสามารถแก้ไขได้ ครับ
แล้วพบกันใหม่ในเรื่องหน้านะครับ
73 de HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต)
