Määritelmä: Op-amp-ilmaisin, jolla on kyky havaita sinimuotoisen aaltomuodon muutos positiivisesta negatiiviseen tai negatiivisesta positiiviseen tasoon, tunnetaan nollakohdan ilmaisimena. Tarkemmin sanottuna voidaan sanoa, että se havaitsee käytetyn vaihtovirtasignaalin nollakohdan ylityksen.
Se on pohjimmiltaan jännitekomparaattori, jonka ulostulo muuttuu, kun tulosignaali ylittää viitejännitetason nollakohdan. Näin se on nimetty niin.
Se tunnetaan myös neliöaaltogeneraattorina, koska nollan läpiviennin ilmaisin muuntaa sovelletun tulosignaalin neliöaalloksi.
Nollapisteilmaisimen piirikaavio
Oheinen kuva esittää nollapisteilmaisimen piirin, jossa käytetään invertoivaa operaatiovahvistinta:
Tässä tulosignaali Vi syötetään operaatiovahvistimen invertoivaan päätelaitteeseen, kun taas ei-invertoiva päätelaite maadoitetaan hyödyntämällä kahta vastusta R1 ja R2.
Kuten näemme, että analoginen tulosignaali annetaan op-ampin invertoivaan päätelaitteeseen. Siten signaalin aaltomuoto ulostulossa pitää käänteisen napaisuuden. Tästä keskustelemme ilmaisimen työskentelyn alla.
Nollan ylityksen ilmaisimen työskentely
Kuten olemme jo keskustelleet, että se havaitsee pisteen, jossa tulosignaali ylittää viitejännitetason nollan. Jokaisen ylityksen kohdalla lähtösignaalin kyllästystaso muuttuu yhdestä toiseen.
Tarkastellaan edellä esitettyä piiriä, jotta ymmärrämme työskentelyn.
Kuten olemme jo maininneet, että viitetaso asetetaan 0: een ja levitetään op-ampin ei-invertoivaan päätteeseen. Op-ampin invertoivaan päätelaitteeseen syötettyä siniaaltoa verrataan referenssitasoon joka kerta, kun aallon vaihe muuttuu joko positiivisesta negatiiviseksi tai negatiivisesta positiiviseksi.
Aluksi, kun sinimuotoisen signaalin positiivinen puolikas ilmestyy tuloon. Sitten op-amp-komparaattori vertaa referenssijännitetasoa käytetyn signaalin huipputasoon
Ja tiedämme, että referenssitaso on 0, joten
Selv, meillä on
Toiseksi, sinimuotoisen signaalin negatiivisen puoliskon tapauksessa op-amp-komparaattori vertaa jälleen referenssijännitetasoa sovelletun signaalin huippuun.
Koska tällä kertaa piiri käsittelee signaalin negatiivista puoliskoa, huippu on siis negatiivisesti napainen.
Jälleen
Tällöin saadaan
Siten saadaan
Tällä tavalla nollan ylityksen ilmaisin havaitsee sovelletun signaalin tason muutoksen.
Syöttö- ja lähtöaaltomuoto
Alussa mainitaan, että nollakohtailmaisin tunnetaan myös neliöaaltogeneraattorina. Koska ikkunakomparaattorin ulostulo ei ole muuta kuin neliöaalto.
Katsotaan nyt nollapisteilmaisimen tulo- ja lähtöaaltomuoto:
Koska olemme hiljattain keskustelleet siitä, että sovelletun signaalin positiivisen puoliskon V0 on – Vsat,
Tästä syystä olemme saaneet aikaan negatiivisen puoliskon neliöaaltoa ulostulossa, kun sovellamme sinisignaalin positiivisen puoliskon. Kun taas V0 sinisignaalin negatiivisen puoliskon kohdalla on + Vsat,
Sentähden saadaan positiivinen puoli neliöaaltoa lähtöön sinisignaalin negatiivisen puoliskon kohdalla. Tämä näkyy selvästi aaltomuodon esityksessä.
Siten tarkastelemalla ulostulon aaltomuotoa voimme sanoa, että ulostulo heijastaa tulosignaalin läsnäoloa viitetason eli 0 voltin ylä- tai alapuolella.
Nollan läpiviennin ilmaisimen sovellukset
Nollan läpiviennin ilmaisimet löytävät laajalti käyttökohteita elektroniikkapiireissä pääasiassa kytkentätarkoituksessa ja vaihelukitusilmukassa. Niitä käytetään myös taajuuslaskimissa ja vaihemittareissa.
Sitä voidaan käyttää myös vaihemittareina, koska sillä voidaan mitata kahden sen liittimiin syötetyn jännitteen välinen vaihekulma.