Dans cet article, nous discutons du détecteur de passage à zéro en détail avec deux circuits différents. Dans les paragraphes initiaux du tutoriel, vous apprendrez le détecteur de passage à zéro en utilisant l’amplificateur op conçu en utilisant le populaire 741 IC. Nous avons dessiné le schéma du circuit du détecteur de passage à zéro et nous avons expliqué son principe de fonctionnement et la théorie derrière la scène avec des mots faciles à comprendre. Vers le milieu de ce tutoriel, vous découvrirez deux applications du détecteur de passage à zéro, à savoir le générateur de marqueurs temporels et le phasemètre. Vers la fin de l’article, nous avons dessiné un autre schéma de circuit de détecteur de passage à zéro conçu en utilisant le CI 311 et le transistor.
Détecteur de passage à zéro en utilisant le CI 741
Le circuit de détecteur de passage à zéro est une application importante du circuit comparateur op-amp. Il peut également être appelé comme le convertisseur de sinus à onde carrée. N’importe lequel des comparateurs inverseurs ou non-inverseurs peut être utilisé comme détecteur de passage à zéro. Le seul changement à apporter est que la tension de référence à laquelle la tension d’entrée doit être comparée doit être mise à zéro (Vref = 0V). Une onde sinusoïdale d’entrée est donnée par Vin. C’est ce que montrent le schéma du circuit et les formes d’onde d’entrée et de sortie d’un comparateur inverseur avec une tension de référence de 0V.
Comme le montre la forme d’onde, pour une tension de référence 0V, lorsque l’onde sinusoïdale d’entrée passe par zéro et va dans le sens positif, la tension de sortie Vout est entraînée dans une saturation négative. De même, lorsque la tension d’entrée passe par zéro et va dans la direction négative, la tension de sortie est amenée à une saturation positive. Les diodes D1 et D2 sont également appelées diodes de blocage. Elles sont utilisées pour protéger l’amplificateur opérationnel des dommages dus à l’augmentation de la tension d’entrée. Elles bloquent les tensions d’entrée différentielles à +0,7V ou -0,7V.
Dans certaines applications, la tension d’entrée peut être une forme d’onde à basse fréquence. Cela signifie que la forme d’onde ne change que lentement. Cela entraîne un retard dans le temps pour que la tension d’entrée traverse le niveau zéro. Cela entraîne un délai supplémentaire pour que la tension de sortie passe entre les niveaux de saturation supérieur et inférieur. En même temps, les bruits d’entrée dans l’amplificateur opérationnel peuvent provoquer la commutation de la tension de sortie entre les niveaux de saturation. Ainsi, les passages par zéro sont détectés pour des tensions de bruit en plus de la tension d’entrée. Ces difficultés peuvent être supprimées en utilisant un circuit de rétroaction régénérative avec une rétroaction positive qui fait varier la tension de sortie plus rapidement, éliminant ainsi la possibilité de tout faux passage à zéro dû aux tensions de bruit à l’entrée de l’amplificateur opérationnel.
Détecteur de passage à zéro comme générateur de marqueurs temporels
Pour une onde sinusoïdale d’entrée, la sortie du détecteur de passage à zéro étant une onde carrée, est en outre passée par un circuit série RC. Ceci est illustré dans la figure ci-dessous.
Si la constante de temps RC est très petite par rapport à la période T de l’onde sinusoïdale d’entrée, alors la tension aux bornes de R du réseau de circuits RC appelée Vr sera une série d’impulsions positives et négatives. Si la tension Vr est appliquée à un circuit écrêteur utilisant une diode D, la tension de charge Vload n’aura que des impulsions positives et éliminera les impulsions négatives. Ainsi, un détecteur de passage par zéro dont l’entrée est une onde de signe a été converti en un train d’impulsions positives à l’intervalle T en ajoutant un réseau RC et un circuit écrêteur.
Détecteur de passage par zéro comme phasemètre
Un détecteur de passage par zéro peut être utilisé pour la mesure de l’angle de phase entre deux tensions. Le fonctionnement sera le même que celui expliqué dans le circuit ci-dessus. On obtient un train d’impulsions dans les cycles positif et négatif et on mesure l’intervalle de temps entre l’impulsion de la tension sinusoïdale et celle de la deuxième tension sinusoïdale. Cet intervalle de temps est proportionnel à la différence de phase entre les deux tensions sinusoïdales d’entrée. La gamme d’utilisation du phasemètre pour la mesure est de 0° à 360°.
Détecteur de passage à zéro utilisant le CI 311 et le transistor
Un détecteur de passage à zéro utilisant un CI 311 à 8 broches d’unité DIP est montré dans la figure ci-dessous. La sortie du CI 311 op-amp est connectée à un transistor NPN à collecteur ouvert. Une résistance de charge de 20 kiloohm est connectée à la sortie du transistor.
Pour un signal d’entrée positif, c’est-à-dire pour une onde sinusoïdale d’entrée supérieure à 0 volt, la sortie de l’op-amp met le transistor à l’état OFF, et la sortie du transistor passe à l’état HIGH. La condition basse ressemble à un -10 volts dans le circuit et une condition haute ressemble à un -10 volts dans le circuit.
La sortie du transistor indique si l’entrée est supérieure ou inférieure à 0 volt. En bref, si le signal d’entrée est une tension positive, la sortie du transistor sera BASSE. Si le signal d’entrée est une tension négative, la sortie du transistor sera HAUT.
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