Детекторы пересечения нуля — эффективная защита чувствительного электронного оборудования

Как системы управления мощностью выдерживают высокие пусковые токи? Это кажется трудной задачей. Тем не менее, именно здесь пригодятся детекторы пересечения нуля (ZCD).

При обнаружении пересечения нуля переход формы сигнала будет происходить плавно. Поэтому схема детектора пересечения важна для систем, требующих временного интервала.

Мы подробно расскажем о том, как работают детекторы пересечения нуля. Кроме того, мы объясним простые методы создания схемы детектора пересечения. Таким образом, читайте дальше для понимания.

1. Принцип детекторов пересечения нуля

Детектор перехода через нуль работает в цепи систем управления электроэнергией. Это облегчает преобразование формы выходного сигнала компаратора. Это происходит, когда сигнал переменного тока достигает нулевого опорного напряжения. Следовательно, устройство запаздывает во времени. Цель состоит в том, чтобы защитить схему от высоких токов входного сигнала.

2. Описание схемы основных детекторов пересечения нуля

Во-первых, вот иллюстрация схемы детектора пересечения нуля.

Рисунок 1. Принципиальная схема детектора пересечения нуля.

На приведенной выше иллюстрации последовательной схемы показана простая схема детектора пересечения. Во время сборки подключите входной сигнал к инвертирующей клемме операционного усилителя. Для неинвертирующего терминала заземлите его через входные резисторы.

Устройство определяет, когда входной сигнал отличается от опорного напряжения. Вы должны установить опорное напряжение равным 0. Поэтому каждый раз, когда это происходит, уровень насыщения выходных сигналов будет смещаться.

Рисунок 2. Печатная плата

Подайте входной сигнал на неинвертирующую клемму операционного усилителя. В этом случае опорный уровень напряжения равен нулю. Система сравнивает синусоиду на входе операционного усилителя с опорным напряжением.

В каждом случае фаза синусоидальной волны будет меняться с отрицательной на положительную и наоборот.

Рассмотрим каждый вероятный сценарий входного сигнала.

Возьмем, к примеру, случай, когда на вход подается положительный синусоидальный сигнал. Компаратор сравнивает входной сигнал с опорным уровнем напряжения. Следовательно, уравнение этого сценария:

V _Вывод =V_Ссылка – V_{Входной сигнал}

Следовательно, учитывая, что у вас опорное напряжение 0 В, мы можем приравнять V_Reference до нуля. Таким образом, уравнение изменится на:

V _Вывод =0 – V_{Входной сигнал}

Следовательно, напряжение выходного сигнала формы волны будет иметь отрицательное насыщение. Проверьте это окончательное уравнение:

V _Вывод =– V_{Входной сигнал}

Поэтому положительный импульс дает отрицательную форму выходного сигнала.

С другой стороны, рассмотрим сценарий, когда имеется отрицательный синусоидальный сигнал. Опять же, компаратор сравнивает входной сигнал с опорным уровнем напряжения.

Следовательно, уравнение снова будет V _Output =V_{Справочник} –V_{Входной сигнал.}

Когда мы заменяем =V_Reference в уравнении с нулем получим,

V _Вывод =0 – (V_{Входной сигнал} )

Таким образом, V _Вывод =+ V_{Входной сигнал}

В этом случае выходной сигнал формы волны будет иметь положительное насыщение.

Следовательно, детектор пересечения нуля эффективно преобразует входной сигнал в выходной сигнал противоположного знака. Если входной сигнал отрицательный, перекрестная схема преобразует его в положительный и наоборот.

3.Как сделать схему детектора пересечения нуля?

Рисунок 3. Синусоидальные волны

Вы можете легко разработать детектор пересечения нуля. Кроме того, вы можете использовать эту схему для широкого спектра приложений.

Вот компоненты, которые вам понадобятся для этой схемы:

Стабилитрон 6 В

Два резистора по 100К

Компаратор IC 741

Вы должны убедиться, что вы подключаете входной переменный ток от мостового выпрямителя. Также в этой схеме IC 741 работает как компаратор. Вы должны обеспечить напряжение питания 12В.

Также убедитесь, что вы подключаете неинвертирующий контакт к диоду 1N4148. С другой стороны, вы должны подключить инвертирующий контакт к выбранному входному сигналу.

Обратите внимание, что выходной сигнал вашей схемы будет обратным входному сигналу. Таким образом, схема следует принципам обычных детекторов пересечения нуля.

Когда на входном контакте есть положительный ток, устройство обнаружит это. Изменение формы выходного сигнала произойдет, когда опорное напряжение равно нулю. Обратное произойдет при подключении встречного тока. В этом случае результат будет положительным.

4. Применение детектора пересечения нуля

Существует широкий спектр применений схем детекторов пересечения нуля. Вы найдете их в электронном устройстве, таком как частотомер. Кроме того, вы также найдете их в силовых электронных схемах.

Рисунок 4. 3D-иллюстрация электронных компонентов

Вот некоторые из типичных применений перекрестной схемы:

ZCD как фазометр

Когда у вас есть два напряжения, вы можете использовать ZCD в качестве фазомера для определения фазового угла. ZCD сначала получит последовательные импульсы в положительном и отрицательном циклах. Затем он будет измерять напряжение временного интервала первого импульса напряжения синусоидальной волны. Процесс повторится для другого импульса напряжения синусоидальной волны.

Таким образом, интервал времени даст разность фаз между напряжениями входного сигнала. Вы можете использовать фазометр для синусоидальных волн от нуля до 360 градусов.

ZCD как генератор маркеров времени

Рассмотрим схему компаратора детектора пересечения нуля на рис. 1. Если входной контакт представляет собой синусоидальную волну, выходной сигнал будет генератором прямоугольной волны. Таким образом, он создаст последовательную цепь.

Кроме того, рассмотрим сценарий, когда постоянная времени относительно мала по отношению к периоду. В таком случае напряжение на резисторах может быть положительным импульсом. Также это может быть отрицательный импульс. Подайте напряжение на цепь ограничителя через диод. Он дает напряжение нагрузки только с положительными импульсами. Следовательно, у вас будет преобразование синусоидальной волны детектора пересечения нуля в положительные импульсы. Предпосылкой этого результата является сетевая схема и схема клипера.

Детектор пересечения нуля с использованием IC 311 и транзистора

Рисунок 5. Волновая графика

Вы также можете использовать детектор пересечения нуля в схеме компаратора операционного усилителя. Мы проиллюстрировали это прямое приложение на рисунке 1. Когда вы используете его таким образом, это будет преобразователь прямоугольных сигналов.

Кроме того, в этой схеме можно использовать как инвертирующий, так и неинвертирующий компаратор в качестве детектора перехода через нуль. Тем не менее, вы должны убедиться, что вы установили опорное напряжение равным нулю.

Принцип работы этой схемы также аналогичен другим приложениям детектора пересечения нуля.

Таким образом, когда положительное входное напряжение пересекает ноль, выходной сигнал будет иметь отрицательное насыщение. С другой стороны, когда входное напряжение отрицательное, выходной сигнал будет иметь положительное насыщение.

Следовательно, отрицательные циклы на входе волны дадут положительные формы волны. Точно так же положительные циклы на входе волны будут создавать отрицательные формы волны.

Детектор перехода через нуль с использованием оптопары

Другой способ использования детектора перехода через ноль — в процессе проектирования оптопары. Вот иллюстрация оптопары аналоговой конструкции.

Рисунок 6. Иллюстрация оптопары

Глядя на выходной сигнал схемы, он меняется в зависимости от входа. Например, когда входной сигнал достигает 0, выходной сигнал будет повышаться. Это происходит каждый раз, когда входной сигнал достигает этой точки, как показано в приведенных выше примерах.

Заключение

В двух словах, детекторы пересечения нуля необходимы в системах управления мощностью. Без них можно было бы управлять циклическими цепями переменного тока.

У нас есть другие идеи о других типах цепей. Посетите наш сайт для получения дополнительной информации о цепях. Кроме того, не стесняйтесь обращаться к нам в случае возникновения каких-либо вопросов.