Κύκλωμα ανιχνευτή διέλευσης μηδέν

Ένα κύκλωμα ανίχνευσης μηδενικής διέλευσης είναι μια χρήσιμη εφαρμογή του Op-amp ως Comparator. Χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της μεταβολής της ημιτονοειδούς κυματομορφής από θετική σε αρνητική ή αντίστροφα ενώ διασχίζει τη μηδενική τάση. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως γεννήτρια τετραγωνικών κυμάτων. Το Zero Crossing Detector έχει πολλές εφαρμογές, όπως χρονοδιακόπτη, μετρητή φάσης, μετρητή συχνοτήτων κ.λπ. Ένας Zero Crossing Detector μπορεί να σχεδιαστεί με πολλούς τρόπους, όπως η χρήση τρανζίστορ, η χρήση op-amp ή η χρήση οπτικού ζεύκτη IC. Σε αυτό το άρθρο θα χρησιμοποιήσουμε το Op-amp για να φτιάξουμε ένα κύκλωμα ανιχνευτή διασταύρωσης μηδέν και όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το Op-amp θα λειτουργήσει ως συγκριτικό εδώ.

Η ιδανική κυματομορφή για Zero Crossing Detector δίνεται παρακάτω:

Στην παραπάνω κυματομορφή φαίνεται ότι κάθε φορά που το ημιτονοειδές κύμα διασχίζει το μηδέν, η έξοδος του Op-amp θα μετακινηθεί είτε από αρνητικό σε θετικό είτε από θετικό σε αρνητικό. Μετατοπίζεται αρνητικό σε θετικό όταν το ημιτονοειδές κύμα περνά θετικά σε αρνητικό και αντίστροφα. Έτσι ανιχνεύει ένας μηδενικός ανιχνευτής διέλευσης όταν η κυματομορφή διαπερνά το μηδέν κάθε φορά. Όπως μπορείτε να παρατηρήσετε ότι η κυματομορφή εξόδου είναι ένα τετράγωνο κύμα, έτσι ένας ανιχνευτής διασταύρωσης μηδέν ονομάζεται επίσης κύκλωμα γεννήτριας τετραγωνικού κύματος.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα op-amp, ελέγξτε άλλα κυκλώματα op-amp.

Απαιτούμενο υλικό

• Op-amp IC (LM741)
• Μετασχηματιστής (230V έως 12V)
• Προμήθεια 9V
• Αντίσταση (10k - 3nos)
• Ψωμί
• Σύνδεση καλωδίων
• Παλμοσκόπιο

Διάγραμμα κυκλώματος

230v Τροφοδοσία δίνεται σε ένα μετασχηματιστή 12-0-12V, και η έξοδος του φάση είναι συνδεδεμένη με το 2 ^nd Pin του ΕΠ-ενισχυτή και ουδέτερο είναι σύντομη με το έδαφος της μπαταρίας. Ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας συνδέεται με τον 7 ^ο πείρο (Vcc) του op-amp.

Λειτουργία του κυκλώματος ανιχνευτή μηδενικής διέλευσης

Σε ένα κύκλωμα ανίχνευσης μηδενικής διέλευσης, ο μη αναστρέψιμος ακροδέκτης του Op-amp συνδέεται με τη γείωση ως τάση αναφοράς και μια είσοδος ημιτονοειδούς κύματος (Vin) τροφοδοτείται στον ακροδέκτη αντιστροφής του op-amp, όπως μπορείτε να δείτε στο διάγραμμα κυκλώματος. Αυτή η τάση εισόδου συγκρίνεται στη συνέχεια με την τάση αναφοράς. Οποιοδήποτε γενικό σκοπό op-amp IC μπορεί να χρησιμοποιηθεί εδώ, έχουμε χρησιμοποιήσει op-amp IC LM741.

Τώρα, όταν εξετάζετε τον θετικό μισό κύκλο της εισόδου ημιτονοειδούς κύματος. Γνωρίζουμε ότι, όταν η τάση στο μη αναστρέψιμο άκρο είναι μικρότερη από την τάση στο άκρο αναστροφής, η έξοδος της εξόδου Op-amp είναι χαμηλή ή αρνητικού κορεσμού. Ως εκ τούτου, θα λάβουμε μια κυματομορφή αρνητικής τάσης.

Στη συνέχεια, στον αρνητικό μισό κύκλο του ημιτονοειδούς κύματος, η τάση στο μη αναστρέψιμο άκρο (τάση αναφοράς) γίνεται μεγαλύτερη από την τάση στο αντιστρεπτικό άκρο (τάση εισόδου), έτσι η έξοδος του Op-amp γίνεται υψηλή ή θετικός κορεσμός. Ως εκ τούτου, θα λάβουμε μια θετική κυματομορφή τάσης, όπως μπορείτε να δείτε στην παρακάτω εικόνα:

Έτσι είναι σαφές ότι αυτό το κύκλωμα μπορεί να ανιχνεύσει τη μηδενική διέλευση της κυματομορφής αλλάζοντας την έξοδο από αρνητική σε θετική ή από αρνητική σε θετική.

Μηδενικός ανιχνευτής διέλευσης χρησιμοποιώντας Optocoupler

Όπως έχουμε ήδη αναφέρει ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι για να σχεδιάσετε ένα Zero Crossing Detector. Εδώ, στο παρακάτω κύκλωμα χρησιμοποιούμε ένα οπτικό ζεύκτη για το ίδιο. Παρατηρώντας την κυματομορφή εξόδου μπορείτε να δείτε ότι η κυματομορφή εξόδου παίρνει ΥΨΗΛΗ μόνο όταν το κύμα εναλλασσόμενου ρεύματος εισέρχεται μηδέν κάθε φορά.

Παρακάτω είναι η κυματομορφή εξόδου του κυκλώματος ανίχνευσης μηδενικής διέλευσης χρησιμοποιώντας το Optocoupler:

Η έξοδος παλμού μηδενικής διέλευσης παίρνει ΥΨΗΛΗ στα 0 at, 180⁰ και 360⁰ ή μπορούμε να πούμε μετά από κάθε 180⁰.