过零探测器 - 有效保护敏感电子设备

电源控制系统如何承受高浪涌电流？这似乎是一项艰巨的任务。尽管如此，这就是过零检测器 (ZCD) 派上用场的地方。

通过过零检测，信号波形的转换将无缝发生。因此，交叉检测器电路对于需要时间间隔的系统很重要。

我们将详细说明过零检测器的工作原理。此外，我们将解释创建交叉检测器电路的简单方法。因此，请继续阅读以获取见解。

1。过零检测器原理

过零检测器在电力控制系统的电路网络中运行。它有助于比较器输出波形的转换。当交流信号达到零参考电压时会发生这种情况。因此，设备会延迟时间。目的是保护电路免受高输入信号电流的影响。

2。基本过零检测器电路说明

首先，这是一个过零检测器电路的图示。

图 1：过零检测器的电路图说明。

上面的串联电路图显示了一个简单的交叉检测器电路。在组装过程中，将输入信号连接到运算放大器的反相端。对于同相端，通过输入电阻将其接地。

当输入信号与参考电压不同时，该器件会进行识别。您应该将参考电压设置为0。因此，每次发生这种情况时，输出信号的饱和电平都会发生偏移。

图 2：电路板

在运算放大器的同相端施加输入信号。在这种情况下，电压参考电平为零。系统会将运算放大器输入端的正弦波与电压基准进行比较。

每一次，正弦波的相位都会从负向正向转变，反之亦然。

让我们考虑输入信号的每种可能情况。

以输入端存在正弦信号的情况为例。比较器会将输入信号与参考电压电平进行比较。因此，这个场景的方程是：

V输出=VReference - V输入信号

因此，假设您有 0V 参考电压，我们可以将 VReference 等同于零。因此，等式将变为：

V 输出 =0 – V输入信号

因此，输出波形信号的电压将具有负饱和。检查这个最终等式：

V输出=-V输入信号

因此，正脉冲产生负输出波形。

另一方面，考虑存在负正弦信号的情况。同样，比较器会将输入信号与参考电压电平进行比较。

因此，等式再次变为 V Output =VReference –VInput Signal。

当我们将等式中的 =VReference 替换为零时，我们将得到，

V 输出 =0 –（V 输入信号）

因此，V 输出 =+ V 输入信号

在这种情况下，输出波形信号将具有正饱和度。

因此，过零检测器有效地将输入信号转换为相反符号的输出波形。如果输入信号为负，则交叉电路将其转换为正，反之亦然。

3.如何制作过零检测电路？

图 3：正弦波

您可以轻松设计过零检测器。此外，您可以将该电路用于广泛的应用。

以下是此电路所需的组件：

一个 6V 稳压二极管

两个100K电阻

IC 741 比较器

您必须确保连接来自桥式整流器的输入交流电。此外，在该电路中，IC 741 用作比较器。您应该提供 12V 的电源电压。

此外，确保将同相引脚连接到 1N4148 二极管。另一方面，您应该将反相引脚连接到选择的输入信号。

请注意，电路的输出波形将与输入信号相反。因此，该电路遵循传统的过零检测器的原理。

当输入引脚上有正电流时，设备会检测到这一点。当参考电压为零时，输出波形会发生变化。当您连接相反的电流时，会发生相反的情况。在这种情况下，输出将为正。

4.过零检测器的应用

过零检测器电路的应用范围很广。您会在频率计数器等电子设备中找到它们。此外，您还会在电力电子电路中找到它们。

图 4：电子元件的 3D 插图

以下是交叉电路的一些典型应用：

ZCD 作为相位计

当您有两个电压时，您可以使用 ZCD 作为相位计来确定相位角。 ZCD 将首先获得正负周期中的连续脉冲。然后，它将测量第一个正弦波电压脉冲的时间间隔的电压。它将对另一个正弦波的电压脉冲重复该过程。

因此，时间间隔将给出输入信号电压之间的相位差。您可以将相位计用于 0 度到 360 度的正弦波。

ZCD 作为时间标记生成器

考虑图 1 中过零检测器的比较器电路图。如果输入引脚是正弦波，则输出信号将是方波发生器。因此，它将创建一个串联电路。

此外，考虑时间常数相对于周期相对较小的情况。在这种情况下，电阻器上的电压可以是正脉冲。此外，它可以是负脉冲。通过二极管向限幅器电路施加电压。它仅产生带有正脉冲的负载电压。因此，您将过零检测器的正弦波转换为正脉冲。这个结果的前提是网络电路和限幅器电路。

使用 IC 311 和晶体管的过零检测器

图 5：波形图

您还可以在运算放大器比较器电路的设计中使用过零检测器。我们在图 1 中说明了这种直接应用。当您以这种方式使用它时，它将是一个方波转换器。

此外，在该电路中，您可以使用反相或同相比较器作为过零检测器。尽管如此，您必须确保将参考电压设置为零。

该电路的工作原理也与其他过零检测器应用类似。

因此，当正输入电压过零时，输出波形将处于负饱和状态。另一方面，当输入电压为负时，输出波形将处于正饱和状态。

因此，波输入中的负周期将产生正波形。类似地，波输入中的正周期将产生负波形。

使用光耦合器的过零检测器

另一种使用过零检测器的方法是在光耦合器的设计过程中。这是模拟设计光耦合器的示意图。

图 6：光耦合器示意图

查看电路的输出波形，它会根据输入而变化。例如，当输入信号达到 0 时，输出波形将上升。每次输入信号到达这一点时都会发生这种情况，如上例所示。

结论

简而言之，过零检测器在电源控制系统中是必不可少的。没有它们，就可以操作交流循环电路。

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