Zero Crossing Detector

Zero Crossing Detector

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn chi tiết về Zero Crossing Detector với hai mạch khác nhau. Ở hướng dẫn đầu, bạn sẽ hiểu về bộ phát hiện vượt qua zero sử dụng Op Amp được thiết kế bằng IC phổ biến 741. Chúng tôi đã vẽ sơ đồ mạch zero crossing detector một cách rõ ràng và giải thích nguyên lý hoạt động và lý thuyết đằng sau nó bằng những từ ngữ dễ hiểu. Giữa hướng dẫn này, bạn sẽ tìm hiểu về 2 ứng dụng của bộ phát hiện vượt qua zero - đó là máy tạo dấu thời gian và phasemeter. Cuối cùng, chúng tôi đã vẽ một sơ đồ mạch zero crossing detector khác được thiết kế bằng IC 311 và transistor.

Zero Crossing Detector sử dụng IC 741 

Mạch phát hiện vượt qua zero là một ứng dụng quan trọng của mạch so sánh của Op-amp, thường được gọi là bộ chuyển đổi từ sóng sine sang sóng vuông. Bất kỳ trong số bộ so sánh nghịch hoặc không nghịch nào cũng có thể được sử dụng như một bộ phát hiện vượt qua zero. Sự thay đổi quan trọng duy nhất cần thực hiện là đặt điện áp tham chiếu để so sánh với điện áp đầu vào phải bằng không (Vref = 0V). Một sóng sine đầu vào được đưa vào với biểu hiện là Vin. Các thành phần này được thể hiện trong sơ đồ mạch và hình dạng sóng đầu vào và đầu ra của một bộ so sánh nghịch với điện áp tham chiếu bằng 0V.

Trong mạch phát hiện vượt qua zero, khi sóng sine đầu vào chuyển qua zero, điện áp đầu ra sẽ chuyển vào mức saturation âm nếu hướng dương và chuyển vào mức saturation dương nếu hướng âm. Đại diện kẹp D1 và D2 bảo vệ Op-amp khỏi tổn thương do tăng điện áp. Trong một số trường hợp, để khắc phục độ trễ thời gian và loại bỏ nhiễu, một mạch phản hồi tái tạo với phản hồi tích cực có thể được sử dụng để làm cho chuyển đổi điện áp đầu ra nhanh hơn và tránh vượt qua zero giả mạo.

Zero-crossing Detector được sử dụng như Máy phát đánh dấu thời gian.

Cho một sóng sine đầu vào, điện áp đầu ra của bộ phát hiện vượt qua zero, là một sóng vuông, sau đó được chuyển qua một mạch nối tiếp RC. Điều này được thể hiện trong hình dưới đây.

Nếu hằng số thời gian RC nhỏ so với chu kỳ T của sóng sine đầu vào, thì điện áp qua R của mạch nối tiếp RC, được gọi là Vr, sẽ tạo ra một loạt các xung dương và âm. Nếu áp suất Vr được áp dụng vào một mạch cắt sử dụng một đại diện D, điện áp tải Vload sẽ chỉ chứa các xung dương và sẽ cắt bớt các xung âm. Như vậy, một bộ phát hiện vượt qua zero với đầu vào là sóng dạng đã được chuyển đổi thành một chuỗi xung dương cách nhau mỗi khoảng T bằng cách thêm mạch nối tiếp RC và một mạch cắt.

Zero-crossing Detector & máy đo pha

Bộ phát hiện vượt qua zero có thể được sử dụng để đo góc pha giữa hai điện áp. Cách hoạt động sẽ giống như được giải thích trong mạch trước đó. Một chuỗi xung trong các chu kỳ dương và âm được tạo ra, và khoảng thời gian giữa xung của điện áp sóng sine đầu tiên và điện áp sóng sine thứ hai được đo lường. Khoảng thời gian này tỉ lệ thuận với sự chênh lệch pha giữa hai điện áp sóng sine đầu vào. Phạm vi đo của phasemeter là từ 0° đến 360°.





Zero-crossing Detector sử dụng IC 311 & Transistor

Dưới đây là hình minh họa cho một bộ phát hiện vượt qua zero sử dụng một IC 311 có đơn vị 8 chân gói DIP. Đầu ra của IC op-amp 311 được kết nối với một transistor NPN mở rộng. Một điện trở tải 20 kilohm được kết nối với đầu ra của transistor.

Đối với một tín hiệu đầu vào dương, tức là một sóng sine đầu vào cao hơn 0 volt, đầu ra của IC op-amp tắt transistor, và đầu ra của transistor điều này lên mức HIGH. Tình trạng thấp tương đương với -10 volt trong mạch và tình trạng HIGH tương đương với -10 volt trong mạch.

Đầu ra của transistor cho biết liệu đầu vào có lớn hơn hay nhỏ hơn 0 volt. Tóm lại, nếu tín hiệu đầu vào là một điện áp dương, đầu ra của transistor sẽ là LOW. Nếu tín hiệu đầu vào là một điện áp âm, đầu ra của transistor sẽ là HIGH.