Definición: Un detector de op-amp que tiene la capacidad de detectar el cambio de positivo a negativo o de negativo a un nivel positivo de una forma de onda sinusoidal se conoce como detector de paso por cero. Más concretamente, podemos decir que detecta el paso por cero de la señal de corriente alterna aplicada.
Es básicamente un comparador de tensión cuya salida cambia cuando la señal de entrada cruza el cero del nivel de tensión de referencia. Por ello se denomina así.
También se conoce por ser un generador de onda cuadrada ya que la señal de entrada aplicada es convertida en una onda cuadrada por el detector de cruce de cero.
Diagrama del circuito del detector de paso por cero
La figura siguiente representa el circuito de un detector de paso por cero que utiliza un op-amp inversor:
Aquí, la señal de entrada Vi se suministra al terminal inversor del op-amp mientras que el terminal no inversor se conecta a tierra haciendo uso de dos resistencias R1 y R2.
Como podemos ver que la señal de entrada analógica se proporciona en el terminal inversor del op-amp. Por lo tanto, la forma de onda de la señal en la salida mantendrá la polaridad inversa. Esto lo discutiremos en el funcionamiento del detector.
Funcionamiento del Detector de Paso por Cero
Como ya hemos discutido que detecta el punto donde la señal de entrada cruza el cero del nivel de tensión de referencia. Por cada cruce, el nivel de saturación de la señal de salida cambia de uno a otro.
Consideremos el circuito dado anteriormente para entender el funcionamiento.
Como ya hemos comentado que el nivel de referencia se fija en 0 y se aplica en el terminal no inversor del op-amp. La onda sinusoidal aplicada en el terminal inversor del op-amp se compara con el nivel de referencia cada vez que la fase de la onda cambia de positivo a negativo o de negativo a positivo.
En primer lugar, cuando la mitad positiva de la señal sinusoidal aparece en la entrada. Entonces el comparador del amplificador óptico compara el nivel de tensión de referencia con el nivel de pico de la señal aplicada
Y sabemos que el nivel de referencia es 0, por tanto
Así, tendremos
En segundo lugar, en el caso de la mitad negativa de la señal sinusoidal, el comparador del op-amp vuelve a comparar el nivel de tensión de referencia con el pico de la señal aplicada.
Como esta vez el circuito está tratando con la mitad negativa de la señal, por lo tanto el pico tendrá una polaridad negativa.
Otra vez
Así,
Así, obtenemos
De esta forma, el detector de paso por cero detecta el cambio de nivel de la señal aplicada.
Forma de onda de entrada y salida
Desde el principio, estamos mencionando que un detector de paso por cero también es conocido por ser un generador de onda cuadrada. Como la salida del comparador de ventana no es más que una onda cuadrada.
Veamos ahora la forma de onda de entrada y de salida de un detector de paso por cero:
Como hemos comentado recientemente que V0 para la mitad positiva de la señal aplicada es – Vsat,
Esta es la razón por la que hemos conseguido la mitad negativa de la onda cuadrada a la salida cuando se aplica la mitad positiva de la señal sinusoidal. Mientras que V0 para la mitad negativa de la señal sinusoidal es + Vsat,
De este modo se obtiene la mitad positiva de la onda cuadrada en la salida para la mitad negativa de la señal sinusoidal. Esto se muestra claramente en la representación de la forma de onda.
Por lo tanto, al observar la forma de onda de salida podemos decir que la salida refleja la presencia de la señal de entrada por encima o por debajo del nivel de referencia, es decir, 0 voltios.
Aplicaciones del detector de paso por cero
Los detectores de paso por cero encuentran ampliamente aplicaciones en los circuitos electrónicos, principalmente para fines de conmutación y en el bucle de bloqueo de fase. También se utilizan en contadores de frecuencia y en medidores de fase.
También se puede utilizar como medidores de fase, ya que se puede utilizar para medir el ángulo de fase entre dos tensiones aplicadas en sus terminales.