Mạch phát hiện điểm zero

Trong bài viết này, Điện Tử Tương Lai sẽ chia sẻ chi tiết về mạch phát hiện điểm zero hay mạch Zero Crossing với hai mạch khác nhau. Trong phần đầu sẽ tìm hiểu mạch phát hiện điểm zero sử dụng op amp IC 741. Nội dung có một sơ đồ mạch vẽ gọn gàng và giải thích nguyên lý hoạt động và lý thuyết đằng sau một cách dễ hiểu. Phần giữa sẽ tìm hiểu về 2 ứng dụng của mạch phát hiện điểm zero là máy phát dấu thời gian và máy đo pha. Ở phần cuối của bài viết có vẽ một sơ đồ mạch khác của mạch zero crossing sử dụng IC 311 và transistor.

Mạch phát hiện điểm zero sử dụng IC 741

Mạch phát hiển điểm zero là một ứng dụng quan trọng của mạch so sánh op-amp. Nó cũng có thể được gọi là bộ chuyển đổi sóng sin sang vuông. Bất kỳ bộ so sánh đảo ngược hoặc không đảo đều có thể được sử dụng như làm mạch zero crossing. Thay đổi duy nhất được đưa vào là điện áp tham chiếu mà điện áp đầu vào sẽ được so sánh, phải được đặt bằng không (Vref = 0V). Một sóng sin đầu vào là Vin. Chúng được thể hiện trong sơ đồ mạch và các dạng sóng đầu vào và đầu ra của bộ so sánh đảo ngược với điện áp tham chiếu 0V.

Như được trình bày trong dạng sóng, đối với điện áp tham chiếu 0V, khi sóng sin đầu vào đi qua 0 và đi theo hướng dương, điện áp đầu ra Vout được chuyển sang trạng thái bão hòa âm. Tương tự, khi điện áp đầu vào đi qua 0 và đi theo chiều âm, điện áp đầu ra được chuyển sang trạng thái bão hòa dương. Diode D1 và D2 còn được gọi là diode kẹp. Chúng được sử dụng để bảo vệ op-amp khỏi bị hỏng do tăng điện áp đầu vào. Chúng kẹp các điện áp đầu vào vi sai thành + 0,7V hoặc -0,7V.

Trong một số ứng dụng nhất định, điện áp đầu vào có thể là dạng sóng tần số thấp. Điều này có nghĩa là dạng sóng chỉ thay đổi từ từ. Điều này gây ra thời gian trễ để điện áp đầu vào vượt qua mức không. Điều này gây ra sự chậm trễ hơn nữa cho điện áp đầu ra để chuyển đổi giữa mức bão hòa trên và dưới. Đồng thời, tiếng ồn đầu vào trong op-amp có thể khiến điện áp đầu ra chuyển đổi giữa các mức bão hòa. Do đó, zero crossing được phát hiện đối với điện áp nhiễu ngoài điện áp đầu vào. Những khó khăn này có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng mạch phản hồi tái tạo với phản hồi dương làm cho điện áp đầu ra thay đổi nhanh hơn, do đó loại bỏ khả năng zero crossing sai do điện áp nhiễu ở đầu vào op-amp.

Mạch phát hiện điểm zero làm máy phát dấu thời gian

Đối với sóng hình sin đầu vào, đầu ra của mạch zero crossing là sóng vuông, tiếp tục được truyền qua mạch nối tiếp RC theo hình bên dưới.

Nếu hằng số thời gian RC rất nhỏ so với chu kỳ T của sóng sin đầu vào thì điện áp trên R của mạng mạch RC gọi là Vr sẽ là một chuỗi xung dương và âm. Nếu điện áp Vr được đặt vào một mạch cắt sử dụng một diode D, thì điện áp tải Vload sẽ chỉ có các xung dương và sẽ loại bỏ các xung âm. Do đó, mạch phát hiện điểm zero có đầu vào là một sóng dấu hiệu đã được chuyển đổi thành một tập hợp các xung dương tại khoảng thời gian T bằng cách thêm vào một mạng RC và một mạch cắt.

Mạch phát hiện điểm zero làm máy đo pha

Mạch zero crossing có thể được sử dụng để đo góc pha giữa hai điện áp. Cách làm việc sẽ giống như mạch phía trên. Chúng ta thu được một tập hợp các xung theo chu kỳ dương và âm và đo được khoảng thời gian giữa xung của điện áp sóng hình sin và xung của điện áp sóng hình sin thứ hai. Khoảng thời gian này tỷ lệ với độ lệch pha giữa hai điện áp sóng sin đầu vào. Phạm vi sử dụng của máy đo pha là 0 ° đến 360 °.

Mạch phát hiện điểm zero sử dụng IC 311 và transistor

Mạch zero crossing sử dụng IC 311 DIP 8 chân trong hình bên dưới. Đầu ra của IC op-amp 311 được kết nối với một transistor NPN cực góp mở. Một điện trở tải 20 kiloohm được kết nối với đầu ra của transistor.

Đối với tín hiệu đầu vào dương, nghĩa là đối với sóng hình sin đầu vào trên 0V, đầu ra của op-amp đặt transistor tắt và đầu ra của transistor ở mức cao. Điều kiện thấp tương tự như -10V trong mạch và điều kiện cao tương tự như -10V trong mạch.

Đầu ra của transistor cho biết đầu vào lớn hơn hay nhỏ hơn 0V. Tóm lại, nếu tín hiệu đầu vào là điện áp dương, đầu ra của transistor ở mức thấp. Nếu tín hiệu đầu vào là điện áp âm, đầu ra của transistor sẽ là mức cao.

Nếu bạn đang cần tìm đơn vị gia công mạch in uy tín chất lượng hãy liên hệ ngay với Điện Tử Tương Lai để được hỗ trợ.