Definíció: Egy olyan op-amp detektort, amely képes érzékelni egy szinuszos hullámforma pozitívról negatívra vagy negatívról pozitív szintre történő váltását, nulla átmenő detektornak nevezzük. Pontosabban azt mondhatjuk, hogy érzékeli az alkalmazott váltakozó áramú jel zérusátmenetét.
Ez alapvetően egy feszültségkomparátor, amelynek kimenete megváltozik, amikor a bemeneti jel átlépi a referenciafeszültségszint nulláját. Így nevezik így.
Az is ismert, hogy négyszöghullám generátor, mivel az alkalmazott bemeneti jelet a nulla átmenő detektor négyszöghullámmá alakítja.
Nulla átmenő detektor kapcsolási rajza
Az alábbi ábra a nulla átmenő detektor áramkörét ábrázolja invertáló op-amp használatával:
Itt a Vi bemeneti jelet az op-amp invertáló termináljára adjuk, míg a nem invertáló terminált két R1 és R2 ellenállás felhasználásával földeljük.
Amint látjuk, az analóg bemeneti jelet az op-amp invertáló terminálján biztosítjuk. Így a kimeneten lévő jel hullámformája fordított polaritást tart. Ezt az érzékelő működése alatt fogjuk megvitatni.
A nulla átmenő érzékelő működése
Amint azt már megvitattuk, hogy érzékeli azt a pontot, ahol a bemeneti jel átlépi a referenciafeszültség szintjének nulláját. Minden egyes keresztezésnél a kimeneti jel telítési szintje egyikről a másikra változik.
Tekintsük a fent megadott áramkört a munka megértése érdekében.
Amint már említettük, hogy a referenciaszintet 0-ra állítják be, és az op-amp nem invertáló termináljánál alkalmazzák. Az op-amp invertáló terminálján alkalmazott szinuszhullámot összehasonlítjuk a referenciaszinttel minden alkalommal, amikor a hullám fázisa pozitívról negatívra vagy negatívról pozitívra változik.
Először is, amikor a szinuszos jel pozitív fele megjelenik a bemeneten. Ezután az op-amp komparátor összehasonlítja a referencia feszültségszintet az alkalmazott jel csúcsszintjével
És tudjuk, hogy a referencia szint 0, tehát
Szóval, lesz
Második lépésként a szinuszos jel negatív fele esetén az op-amp komparátor ismét összehasonlítja a referencia feszültségszintet az alkalmazott jel csúcsértékével.
Mivel ezúttal az áramkör a jel negatív felével foglalkozik, így a csúcs negatív polaritású lesz.
Újra
Így,
Így kapjuk
Az alkalmazott jel szintjének változását a zérusátmenet-érzékelő így érzékeli.
Bemeneti és kimeneti hullámforma
Az elején megemlítjük, hogy a zérusátmenet-érzékelőt négyszögjelgenerátornak is nevezik. Mivel az ablakkomparátor kimenete nem más, mint egy négyszöghullám.
Most nézzük meg a nulladik keresztező detektor bemeneti és kimeneti hullámformáját:
Mivel nemrég megbeszéltük, hogy az alkalmazott jel pozitív felének V0 értéke – Vsat,
Ez az oka annak, hogy a szinuszos jel pozitív felének alkalmazásakor a kimeneten a négyszöghullám negatív felét értük el. Míg a V0 a szinuszos jel negatív felénél + Vsat,
Ezért a szinuszos jel negatív felénél a kimeneten a négyszöghullám pozitív felét kapjuk. Ez világosan látható a hullámforma ábrázolásán.
A kimeneti hullámforma megfigyelésével tehát azt mondhatjuk, hogy a kimenet tükrözi a bemeneti jel jelenlétét a referenciaszint felett vagy alatt, azaz 0 volt alatt.
A nullkeresztezési detektor alkalmazásai
A nullkeresztezési detektorok széles körben találnak alkalmazásokat az elektronikai áramkörökben elsősorban kapcsolási célokra és a fázis-záró hurokban. Emellett frekvenciaszámlálókban és fázismérőkben is használják.
Fázismérőként is használható, mivel a kapcsain alkalmazott két feszültség közötti fázisszög mérésére is alkalmas.
Meghatározza a fázisszöget.