În acest articol, discutăm în detaliu detectorul de trecere la zero cu două circuite diferite. În paragrafele inițiale ale tutorialului, veți învăța detectorul de trecere la zero folosind amplificatorul operațional proiectat folosind popularul 741 IC. Avem o diagramă de circuit de desenare curată a detectorului de trecere la zero și am explicat principiul său de funcționare și teoria din spatele scenei în cuvinte ușor de înțeles. Spre mijlocul acestui tutorial, veți învăța despre 2 aplicații ale detectorului de trecere la zero – care sunt generatorul de marker de timp și fazometrul. Spre sfârșitul articolului, am desenat o altă diagramă de circuit a detectorului de trecere la zero proiectat folosind IC 311 și tranzistorul.
Zero Crossing Detector using 741 IC
Circuitul detectorului de trecere la zero este o aplicație importantă a circuitului comparator op-amp. Acesta poate fi numit și convertor sinusoidal în convertor de undă pătrată. Oricare dintre comparatoarele inversoare sau neinversoare poate fi utilizat ca detector de trecere prin zero. Singura modificare care trebuie adusă este că tensiunea de referință cu care trebuie comparată tensiunea de intrare, trebuie să devină zero (Vref = 0V). O undă sinusoidală de intrare este dată ca fiind Vin. Acestea sunt prezentate în schema de circuit și formele de undă de intrare și de ieșire ale unui comparator inversor cu o tensiune de referință de 0V.
Așa cum se arată în forma de undă, pentru o tensiune de referință 0V, atunci când sinusoida de intrare trece prin zero și merge în sens pozitiv, tensiunea de ieșire Vout este condusă în saturație negativă. În mod similar, atunci când tensiunea de intrare trece prin zero și merge în direcția negativă, tensiunea de ieșire este condusă în saturație pozitivă. Diodele D1 și D2 sunt, de asemenea, numite diode de fixare. Ele sunt utilizate pentru a proteja amplificatorul operațional de deteriorarea datorată creșterii tensiunii de intrare. Ele fixează tensiunile de intrare diferențiale fie la +0,7V, fie la -0,7V.
În anumite aplicații, tensiunea de intrare poate fi o formă de undă de frecvență joasă. Aceasta înseamnă că forma de undă se modifică doar lent. Acest lucru determină o întârziere în timp pentru ca tensiunea de intrare să traverseze nivelul zero. Acest lucru determină o întârziere suplimentară pentru ca tensiunea de ieșire să comute între nivelurile de saturație superior și inferior. În același timp, zgomotele de intrare în amplificatorul operațional pot face ca tensiunea de ieșire să comute între nivelurile de saturație. Astfel, trecerile pe zero sunt detectate pentru tensiuni de zgomot în plus față de tensiunea de intrare. Aceste dificultăți pot fi înlăturate prin utilizarea unui circuit de reacție regenerativă cu reacție pozitivă care face ca tensiunea de ieșire să se modifice mai rapid, eliminând astfel posibilitatea oricărei treceri la zero false datorate tensiunilor de zgomot la intrarea amplificatorului operațional.
Zero-crossing Detector as Time Marker Generator
Pentru o undă sinusoidală de intrare, ieșirea detectorului de trecere prin zero fiind o undă pătrată, este trecută mai departe printr-un circuit RC în serie. Acest lucru este prezentat în figura de mai jos.
Dacă constanta de timp RC este foarte mică în comparație cu perioada T a undei sinusoidale de intrare, atunci tensiunea pe R din rețeaua circuitului RC numită Vr va fi o serie de impulsuri pozitive și negative. Dacă tensiunea Vr este aplicată la un circuit de tăiere folosind o diodă D, tensiunea de sarcină Vload va avea numai impulsuri pozitive și va tăia impulsurile negative. Astfel, un detector de trecere prin zero a cărui intrare este o undă de semn a fost transformat într-un tren de impulsuri pozitive la intervalul T prin adăugarea unei rețele RC și a unui circuit de tăiere.
Detector de trecere prin zero ca fazometru
Un detector de trecere prin zero poate fi utilizat pentru măsurarea unghiului de fază dintre două tensiuni. Funcționarea va fi aceeași cu cea explicată în circuitul de mai sus. Se obține un tren de impulsuri în ciclurile pozitiv și negativ și se măsoară intervalul de timp dintre impulsul tensiunii sinusoidale și cel al celei de-a doua tensiuni sinusoidale. Acest interval de timp este proporțional cu diferența de fază dintre cele două tensiuni sinusoidale de intrare. Domeniul de utilizare a fazometrului pentru măsurători este de la 0° la 360°.
Detector de trecere prin zero folosind un circuit integrat 311 și un tranzistor
Un detector de trecere prin zero care utilizează un circuit integrat 311 cu unitate DIP cu 8 pini este prezentat în figura de mai jos. Ieșirea circuitului integrat op-amp 311 este conectată la un tranzistor NPN cu colector deschis. O rezistență de sarcină de 20 kiloohm este conectată la ieșirea tranzistorului.
Pentru un semnal de intrare pozitiv, adică pentru o undă sinusoidală de intrare mai mare de 0 volți, ieșirea amplificatorului operațional pune tranzistorul pe OFF, iar ieșirea tranzistorului trece pe HIGH. Starea joasă seamănă cu un -10 volți în circuit, iar o stare HIGH seamănă cu un -10 volți în circuit.
Sursa tranzistorului indică dacă intrarea este mai mare sau mai mică decât 0 volți. Pe scurt, dacă semnalul de intrare este o tensiune pozitivă, ieșirea tranzistorului va fi LOW. Dacă semnalul de intrare este o tensiune negativă, ieșirea tranzistorului va fi HIGH.
.