En este artículo, discutimos el Detector de Cruce Cero en detalle con dos circuitos diferentes. En los párrafos iniciales del tutorial, usted aprenderá el detector de cruce de cero utilizando op amp diseñado utilizando el popular 741 IC. Tenemos un diagrama de circuito de dibujo limpio del detector de cruce por cero y hemos explicado su principio de funcionamiento y la teoría detrás de la escena en palabras fáciles de entender. Hacia la mitad de este tutorial, usted aprenderá acerca de 2 aplicaciones del detector de paso por cero – que son el generador de marcador de tiempo y el fasímetro. Hacia el final del artículo, hemos dibujado otro diagrama de circuito de detector de cruce de cero diseñado usando IC 311 y transistor.
Detector de cruce de cero usando 741 IC
El circuito detector de cruce de cero es una aplicación importante del circuito comparador op-amp. También puede ser llamado como el convertidor de onda sinusoidal a cuadrada. Cualquiera de los comparadores inversores o no inversores puede utilizarse como detector de paso por cero. El único cambio que hay que introducir es que la tensión de referencia con la que se va a comparar la tensión de entrada, debe hacerse cero (Vref = 0V). Una onda sinusoidal de entrada se da como Vin. Se muestran en el diagrama del circuito y las formas de onda de entrada y salida de un comparador inversor con una tensión de referencia de 0V.
Como se muestra en la forma de onda, para una tensión de referencia de 0V, cuando la onda sinusoidal de entrada pasa por cero y va en dirección positiva, la tensión de salida Vout se lleva a saturación negativa. Del mismo modo, cuando la tensión de entrada pasa por el cero y va en sentido negativo, la tensión de salida se lleva a saturación positiva. Los diodos D1 y D2 también se denominan diodos de pinza. Se utilizan para proteger el amplificador óptico de daños debidos al aumento de la tensión de entrada. Sujetan las tensiones diferenciales de entrada a +0,7V o -0,7V.
En ciertas aplicaciones, la tensión de entrada puede ser una forma de onda de baja frecuencia. Esto significa que la forma de onda cambia lentamente. Esto provoca un retraso en el tiempo para que la tensión de entrada cruce el nivel cero. Esto provoca un retraso adicional para que la tensión de salida cambie entre los niveles de saturación superior e inferior. Al mismo tiempo, los ruidos de entrada en el amplificador óptico pueden hacer que la tensión de salida cambie entre los niveles de saturación. Así, los cruces por cero se detectan para las tensiones de ruido, además de la tensión de entrada. Estas dificultades pueden eliminarse utilizando un circuito de retroalimentación regenerativa con una retroalimentación positiva que hace que la tensión de salida cambie más rápidamente eliminando así la posibilidad de cualquier falso cruce por cero debido a las tensiones de ruido en la entrada del op-amp.
Detector de cruce por cero como generador de marcador de tiempo
Para una onda sinusoidal de entrada, la salida del detector de cruce por cero que es una onda cuadrada, se hace pasar además por un circuito RC en serie. Esto se muestra en la siguiente figura.
Si la constante de tiempo RC es muy pequeña comparada con el periodo T de la onda sinusoidal de entrada, entonces el voltaje a través de R de la red del circuito RC llamado Vr será una serie de pulsos positivos y negativos. Si el voltaje Vr se aplica a un circuito clipper usando un diodo D, el voltaje de carga Vload tendrá sólo pulsos positivos y recortará los pulsos negativos. Así, un detector de paso por cero cuya entrada es una onda de signo se ha convertido en un tren de pulsos positivos en el intervalo T añadiendo una red RC y un circuito de recorte.
Detector de paso por cero como fasímetro
Un detector de paso por cero puede utilizarse para la medida del ángulo de fase entre dos tensiones. El funcionamiento será el mismo que el explicado en el circuito anterior. Se obtiene un tren de pulsos en los ciclos positivo y negativo y se mide el intervalo de tiempo entre el pulso de la tensión sinusoidal y el de la segunda tensión sinusoidal. Este intervalo de tiempo es proporcional a la diferencia de fase entre las dos tensiones sinusoidales de entrada. El rango de uso del fasímetro para la medición es de 0° a 360°.
Detector de cruce de cero utilizando el IC 311 y el transistor
En la figura siguiente se muestra un detector de cruce de cero utilizando un IC 311 con unidad DIP de 8 pines. La salida del IC 311 op-amp se conecta a un transistor NPN de colector abierto. A la salida del transistor se conecta una resistencia de carga de 20 kiloohmios.
Para una señal de entrada positiva, es decir, para una onda sinusoidal de entrada superior a 0 voltios, la salida del op-amp pone el transistor en OFF, y la salida del transistor pasa a HIGH. La condición baja se asemeja a un -10 voltios en el circuito y una condición ALTA se asemeja a un -10 voltios en el circuito.
La salida del transistor indica si la entrada es mayor o menor que 0 voltios. En resumen, si la señal de entrada es un voltaje positivo, la salida del transistor será BAJA. Si la señal de entrada es una tensión negativa, la salida del transistor será ALTA.