In dit artikel bespreken we Zero Crossing Detector in detail met twee verschillende circuits. In de eerste paragrafen van de tutorial, leert u nul crossing detector met behulp van op amp ontworpen met behulp van de populaire 741 IC. We hebben een netjes schema van de nuldoorgang detector en we hebben uitgelegd het werkingsprincipe en de theorie achter de scène in gemakkelijk te begrijpen woorden. Naar het midden van deze tutorial, leer je over 2 toepassingen van nuldoorgang detector – die zijn tijd marker generator en fasemeter. Tegen het einde van het artikel hebben we nog een schakelschema van nuldoorgang detector ontworpen met behulp van IC 311 en transistor.
Nuldoorgang Detector met behulp van 741 IC
De nuldoorgang detector circuit is een belangrijke toepassing van de op-amp comparator circuit. Het kan ook als de sinus aan blokgolfconvertor worden geroepen. Elk van de inverterende of niet-inverterende comparators kan worden gebruikt als nuldoorgangsdetector. De enige wijziging die moet worden aangebracht is dat de referentiespanning waarmee de ingangsspanning moet worden vergeleken, nul moet worden gemaakt (Vref = 0V). Een sinusvormige ingangsspanning wordt gegeven als Vin. Deze zijn weergegeven in het schakelschema en de in- en uitgangsgolfvormen van een inverterende comparator met een referentiespanning van 0V.
Zoals te zien is in de golfvorm, wordt voor een referentiespanning van 0 V, wanneer de ingangs-sinus door nul gaat en in positieve richting gaat, de uitgangsspanning Vout in negatieve saturatie gedreven. Evenzo, wanneer de ingangsspanning door nul gaat en in negatieve richting gaat, wordt de uitgangsspanning naar positieve verzadiging gedreven. De diodes D1 en D2 worden ook wel klemdiodes genoemd. Zij worden gebruikt om de op-amp te beschermen tegen schade als gevolg van verhoging van de ingangsspanning. Ze klemmen de differentiële ingangsspanningen af op +0,7V of -0,7V.
In bepaalde toepassingen kan de ingangsspanning een laagfrequente golfvorm zijn. Dit betekent dat de golfvorm slechts langzaam verandert. Dit veroorzaakt een vertraging in tijd voor de ingangsspanning om het nulniveau te overschrijden. Dit veroorzaakt een verdere vertraging voor de uitgangsspanning om te schakelen tussen het bovenste en onderste verzadigingsniveau. Tegelijkertijd kunnen de ingangsruisgeluiden in de op-amp ertoe leiden dat de uitgangsspanning schakelt tussen de verzadigingsniveaus. De nuldoorgang wordt dus gedetecteerd voor ruisspanningen naast de ingangsspanning. Deze moeilijkheden kunnen worden verholpen door gebruik te maken van een regeneratieve terugkoppelingsschakeling met een positieve terugkoppeling die ervoor zorgt dat de uitgangsspanning sneller verandert waardoor de mogelijkheid van een valse nuldoorgang als gevolg van ruisspanningen aan de ingang van de op-amp wordt geëlimineerd.
Zero-crossing Detector as Time Marker Generator
Voor een sinusvormige ingangsgolf wordt de uitgang van de zero-crossing detector, die een blokgolf is, verder door een RC-reeksschakeling geleid. Dit is weergegeven in de onderstaande figuur.
Als de tijdconstante RC zeer klein is in vergelijking met de periode T van de ingangs-sinusgolf, dan zal de spanning over R van het RC-circuitnetwerk, Vr genaamd, een reeks positieve en negatieve pulsen zijn. Indien de spanning Vr met behulp van een diode D op een clipperschakeling wordt gezet, zal de belastingsspanning Vload alleen positieve pulsen vertonen en de negatieve pulsen wegfilteren. Aldus is een nuldoorgangsdetector waarvan de ingang een tekengolf is, omgezet in een trein van positieve pulsen met interval T door toevoeging van een RC-netwerk en een clipperschakeling.
Nuldoorgangsdetector als fasemeter
Een nuldoorgangsdetector kan worden gebruikt voor het meten van de fasehoek tussen twee spanningen. De werking zal hetzelfde zijn als uitgelegd in de bovenstaande schakeling. Een trein van pulsen in de positieve en negatieve cycli wordt verkregen en het tijdsinterval tussen de puls van de sinusvormige spanning en die van de tweede sinusvormige spanning wordt gemeten. Dit tijdsinterval is evenredig met het faseverschil tussen de twee ingangsspanningen van de sinusgolf. Het meetbereik van de fasemeter is 0° tot 360°.
Nuldoorgangsdetector met IC 311 en transistor
Een nuldoorgangsdetector met een 8 pins DIP unit 311 IC is afgebeeld in onderstaande figuur. De uitgang van de 311 opamp IC is verbonden met een open collector NPN transistor. Een belastingsweerstand van 20 kiloohm is verbonden met de uitgang van de transistor.
Voor een positief ingangssignaal, d.w.z. voor een ingangssinus van meer dan 0 volt, zet de uitgang van de op-amp de transistor op OFF, en de uitgang van de transistor gaat HIGH. De lage toestand lijkt op een -10 volt in de schakeling en een HOGE toestand lijkt op een -10 volt in de schakeling.
De uitgang van de transistor geeft aan of de ingang meer of minder dan 0 volt is. Kortom, als het ingangssignaal een positieve spanning is, zal de uitgang van de transistor LOW zijn. Als het ingangssignaal een negatieve spanning is, zal de uitgang van de transistor HIGH zijn.