Definice: Detektor s optickým zesilovačem, který má schopnost detekovat změnu z kladné na zápornou nebo ze záporné na kladnou úroveň sinusového průběhu, se nazývá detektor nulového přechodu. Přesněji lze říci, že detekuje přechod nuly přiloženého střídavého signálu.
Jedná se v podstatě o komparátor napětí, jehož výstup se změní, když vstupní signál překročí nulu referenční úrovně napětí. Proto se tak jmenuje.
Je také známý jako generátor čtvercových vln, protože přiváděný vstupní signál je pomocí detektoru přechodu nuly převeden na čtvercovou vlnu.
Obvodové schéma detektoru nulového křížení
Následující obrázek představuje zapojení detektoru nulového křížení pomocí invertujícího op-ampu:
V tomto případě je vstupní signál Vi přiveden na invertující svorku op-ampu, zatímco neinvertující svorka je uzemněna pomocí dvou rezistorů R1 a R2.
Jak vidíme, analogový vstupní signál je přiveden na invertující svorku op-ampu. Průběh signálu na výstupu tedy bude mít opačnou polaritu. To probereme v rámci fungování detektoru.
Fungování detektoru nulového křížení
Jak jsme si již řekli, detekuje bod, ve kterém vstupní signál protne nulu referenční úrovně napětí. Při každém překročení se změní úroveň nasycení výstupního signálu z jedné na druhou.
Uvažujme výše uvedený obvod, abychom pochopili jeho fungování.
Jak jsme se již zmínili, referenční úroveň je nastavena na 0 a přivedena na neinvertující svorku op-amp. Sinusovka přivedená na invertující svorku op-ampu se porovnává s referenční úrovní pokaždé, když se fáze vlny změní buď z kladné na zápornou, nebo ze záporné na kladnou.
Poprvé, když se na vstupu objeví kladná polovina sinusového signálu. Pak komparátor op-amp porovná referenční úroveň napětí se špičkovou úrovní přiloženého signálu
A víme, že referenční úroveň je 0, tedy
Takže, budeme mít
Druhé, v případě záporné poloviny sinusového signálu komparátor op-amp opět porovnává referenční úroveň napětí s vrcholem přiloženého signálu.
Tentokrát se obvod zabývá zápornou polovinou signálu, a proto bude mít špička zápornou polaritu.
Znovu
Tedy,
Tak dostaneme
Tímto způsobem detektor přechodu nuly detekuje změnu úrovně přiloženého signálu.
Vstupní a výstupní průběh
Začátku uvádíme, že detektor nulového křížení je známý také jako generátor čtvercových vln. Protože výstupem okenního komparátoru není nic jiného než čtvercová vlna.
Podívejme se nyní na vstupní a výstupní průběh detektoru křížení nuly:
Jak jsme si nedávno řekli, že V0 pro kladnou polovinu přiloženého signálu je – Vsat,
to je důvod, proč jsme při přiložení kladné poloviny sinusového signálu dosáhli na výstupu záporné poloviny čtvercové vlny. Zatímco V0 pro zápornou polovinu sinusového signálu je + Vsat,
Proto při záporné polovině sinusového signálu získáme na výstupu kladnou polovinu čtvercové vlny. To je jasně vidět na znázornění průběhu.
Při pozorování výstupního průběhu tedy můžeme říci, že výstup odráží přítomnost vstupního signálu nad nebo pod referenční úrovní, tj. 0 V.
Použití detektoru nulového křížení
Detektory nulového křížení nacházejí široké uplatnění v elektronických obvodech především pro účely spínání a ve fázově uzamčené smyčce. Používají se také v čítačích frekvence a ve fázoměrech.
Mohou být použity také jako fázoměry, protože je lze použít k měření fázového úhlu mezi dvěma napětími přivedenými na jejich svorky.
.