I den här artikeln diskuterar vi nollkorsningsdetektorn i detalj med två olika kretsar. I de inledande styckena av handledningen kommer du att lära dig nollkorsningsdetektor med hjälp av op-förstärkare utformad med hjälp av den populära 741 IC. Vi har ett snyggt kretsschema för nollgångsdetektorn och vi har förklarat dess arbetsprincip och teori bakom scenen med lättförståeliga ord. Mot mitten av denna handledning kommer du att lära dig om två tillämpningar av nollgångsdetektorn – som är tidsmarkörgenerator och fasemätare. Mot slutet av artikeln har vi ritat ett annat kretsschema för en nollgångsdetektor som är konstruerad med hjälp av IC 311 och transistor.
Nollgångsdetektor med hjälp av 741 IC
Nollgångsdetektorkretsen är en viktig tillämpning av op-amp-komparatorkretsen. Den kan också kallas för sinus- till fyrkantsvågskonverteraren. Alla inverterande eller icke-inverterande komparatorer kan användas som nollgångsdetektor. Den enda förändring som måste göras är att referensspänningen som ingångsspänningen ska jämföras med måste göras till noll (Vref = 0V). En inkommande sinusvåg ges som Vin. Dessa visas i kretsschemat och i ingångs- och utgångsvågformerna för en inverterande komparator med en referensspänning på 0V.
Som visas i vågformen, för en referensspänning 0V, när ingångssinusvågen passerar genom noll och går i positiv riktning, drivs utgångsspänningen Vout till negativ mättnad. På samma sätt drivs utgångsspänningen till positiv mättnad när ingångsspänningen passerar genom noll och går i negativ riktning. Dioderna D1 och D2 kallas också för klämdioder. De används för att skydda op-förstärkaren från skador på grund av ökad ingångsspänning. De klämmer de differentiella ingångsspänningarna till antingen +0,7V eller -0,7V.
I vissa tillämpningar kan ingångsspänningen vara en lågfrekvent vågform. Detta innebär att vågformen endast förändras långsamt. Detta orsakar en tidsfördröjning för ingångsspänningen att passera nollnivån. Detta orsakar ytterligare en fördröjning för utgångsspänningen att växla mellan den övre och nedre mättnadsnivån. Samtidigt kan ingångsbrus i op-förstärkaren leda till att utgångsspänningen växlar mellan mättnadsnivåerna. Nollövergångar upptäcks således för brusspänningar utöver ingångsspänningen. Dessa svårigheter kan undanröjas genom att använda en regenerativ återkopplingskrets med en positiv återkoppling som gör att utgångsspänningen ändras snabbare och därmed eliminerar möjligheten till falska nollgenomgångar på grund av brusspänningar vid op-förstärkarens ingång.
Nollgenomgångsdetektor som tidsmarkeringsgenerator
För en sinusvåg på ingången leds nollgenomgångsdetektorns utgång, som är en fyrkantsvåg, vidare genom en RC-seriekrets. Detta visas i figuren nedan.
Om tidskonstanten RC är mycket liten jämfört med perioden T för ingångssinusvågen kommer spänningen över R i RC-kretsnätverket, som kallas Vr, att vara en serie positiva och negativa pulser. Om spänningen Vr läggs på en klippkrets med hjälp av en diod D, kommer belastningsspänningen Vload att ha endast positiva pulser och kommer att klippa bort de negativa pulserna. Således har en nollgångsdetektor vars ingång är en teckenvåg omvandlats till ett tåg av positiva pulser med intervallet T genom att lägga till ett RC-nätverk och en klippkrets.
Nollgångsdetektor som fasemätare
En nollgångsdetektor kan användas för mätning av fasvinkeln mellan två spänningar. Arbetssättet kommer att vara detsamma som förklaras i ovanstående krets. Ett tåg av pulser i de positiva och negativa cyklerna erhålls och tidsintervallet mellan pulsen för sinusspänningen och pulsen för den andra sinusspänningen mäts. Detta tidsintervall är proportionellt mot fasskillnaden mellan de två ingående sinusspänningarna. Fasemätarens användningsområde för mätning är 0° till 360°.
Nollövergångsdetektor med hjälp av IC 311 och transistor
En nollövergångsdetektor med hjälp av en 8-stifts DIP-enhet 311 IC visas i figuren nedan. Utgången från op-amp IC 311 är ansluten till en öppen kollektor NPN-transistor. Ett belastningsmotstånd på 20 kiloohm är anslutet till transistorens utgång.
För en positiv ingångssignal, det vill säga för en ingångssinusvåg över 0 volt, ställer op-förstärkarens utgång in transistorn på OFF och transistorns utgång blir HIGH. Det låga tillståndet liknar en -10 volt i kretsen och ett HÖGT tillstånd liknar -10 volt i kretsen.
Transistorens utgång indikerar om ingångssignalen är mer än eller mindre än 0 volt. Kort sagt, om ingångssignalen är en positiv spänning kommer transistorens utgång att vara LOW. Om ingångssignalen är en negativ spänning kommer transistorens utgång att vara HÖG.