Tässä artikkelissa keskustelemme Zero Crossing Detectorista yksityiskohtaisesti kahden eri piirin avulla. Tutoriaalin ensimmäisissä kappaleissa opit nollapisteilmaisimen, jossa käytetään op- vahvistinta, joka on suunniteltu käyttäen suosittua 741 IC: tä. Meillä on siisti piirikaavio nollapisteen ilmaisimen piirikaaviosta, ja olemme selittäneet sen toimintaperiaatteen ja teorian taustalla helposti ymmärrettävin sanoin. Tämän opetusohjelman puolivälissä opit nollapisteen ilmaisimen 2-sovelluksista – jotka ovat aikamerkkigeneraattori ja vaihemittari. Artikkelin loppupuolella olemme piirtäneet toisen piirikaavion nollapisteen ilmaisimesta, joka on suunniteltu IC 311: n ja transistorin avulla.
Zero Crossing Detector using 741 IC
Nollapisteen ilmaisimen piiri on op-amp-komparaattoripiirin tärkeä sovellus. Sitä voidaan kutsua myös sini-neliöaaltomuuntimeksi. Mitä tahansa invertoivaa tai ei-invertoivaa komparaattoria voidaan käyttää nollapisteen ilmaisimena. Ainoa muutos, joka on tehtävä, on viitejännite, johon tulojännitettä verrataan, on tehtävä nollaksi (Vref = 0V). Tulon siniaalto on Vin. Nämä näkyvät piirikaaviossa ja invertoivan komparaattorin tulo- ja lähtöaaltomuodoissa, kun vertailujännite on 0 V.
Kuten aaltomuodosta nähdään, referenssijännitteellä 0V, kun tulon siniaalto kulkee nollapisteen läpi ja kulkee positiiviseen suuntaan, ulostulojännite Vout ohjataan negatiiviseen kyllästykseen. Vastaavasti, kun tulojännite kulkee nollan läpi ja menee negatiiviseen suuntaan, lähtöjännite ajetaan positiiviseen kyllästykseen. Diodeja D1 ja D2 kutsutaan myös puristusdiodiksi. Niitä käytetään suojaamaan op-vahvistinta vaurioilta, jotka johtuvat tulojännitteen kasvusta. Ne puristavat differentiaaliset tulojännitteet joko +0,7 V:iin tai -0,7 V:iin.
Tietyissä sovelluksissa tulojännite voi olla matalataajuinen aaltomuoto. Tämä tarkoittaa, että aaltomuoto muuttuu vain hitaasti. Tämä aiheuttaa viiveen siinä ajassa, kun tulojännite ylittää nollatason. Tämä aiheuttaa lisää viivettä lähtöjännitteen siirtymiseen ylemmän ja alemman kyllästystason välillä. Samalla op-vahvistimen tuloäänet voivat aiheuttaa lähtöjännitteen vaihtumisen saturaatiotasojen välillä. Näin ollen nollakohdan ylitys havaitaan tulojännitteen lisäksi myös kohinajännitteille. Nämä vaikeudet voidaan poistaa käyttämällä regeneratiivista takaisinkytkentäpiiriä, jossa on positiivinen takaisinkytkentä, joka saa lähtöjännitteen muuttumaan nopeammin, jolloin op-vahvistimen sisääntulon kohinajännitteistä johtuvien väärien nollakohdan ylitysten mahdollisuus poistuu.
Nollan ylitysilmaisin aikamerkkigeneraattorina
Syötteenä olevan siniaallon osalta nollan ylitysilmaisimen ulostulo, joka on neliönmuotoinen aalto, ohjataan edelleen RC-sarjapiirin läpi. Tämä on esitetty alla olevassa kuvassa.
Jos aikavakio RC on hyvin pieni verrattuna syötettävän siniaallon jaksoon T, RC-piiriverkon R:n poikki kulkeva jännite, jota kutsutaan Vr:ksi, on sarja positiivisia ja negatiivisia pulsseja. Jos jännite Vr syötetään leikkuripiiriin, jossa käytetään diodia D, kuormitusjännitteessä Vload on vain positiivisia pulsseja ja se leikkaa negatiiviset pulssit pois. Näin ollen nollapisteilmaisin, jonka sisääntulo on merkkiaalto, on muunnettu positiivisten pulssien sarjaksi välein T lisäämällä RC-verkko ja leikkuupiiri.
Nollapisteilmaisin vaihemittarina
Nollapisteilmaisimella voidaan mitata kahden jännitteen välistä vaihekulmaa. Toiminta on sama kuin yllä olevassa piirissä selitetty. Positiivisen ja negatiivisen syklin pulssijono saadaan ja mitataan siniaaltojännitteen pulssin ja toisen siniaaltojännitteen pulssin välinen aikaväli. Tämä aikaväli on verrannollinen kahden syötetyn siniaaltojännitteen vaihe-eroon. Vaihemittarin käyttöalue mittaukseen on 0°-360°.
Nollan ylityksen ilmaisin IC 311:n ja transistorin avulla
Nollan ylityksen ilmaisin, jossa käytetään 8-nastaista DIP-yksikkö 311 IC:tä, on esitetty alla olevassa kuvassa. 311-op-amp IC:n lähtö on kytketty avoimen kollektorin NPN-transistoriin. Transistorin ulostuloon on kytketty 20 kiloohmin kuormitusvastus.
Positiivisen tulosignaalin eli 0 voltin yläpuolella olevan sisääntulon siniaallon osalta operaatiovahvistimen ulostulo kytkee transistorin OFF-asentoon ja transistorin ulostuloon tulee HIGH. Low-tila muistuttaa piirissä -10 volttia ja HIGH-tila muistuttaa piirissä -10 volttia.
Transistorin ulostulo osoittaa, onko tulo yli vai alle 0 voltin. Lyhyesti sanottuna, jos tulosignaali on positiivinen jännite, transistorin lähtö on LOW. Jos tulosignaali on negatiivinen jännite, transistorin lähtö on HIGH.
.