Definizione: Un rilevatore op-amp che ha la capacità di rilevare il passaggio da un livello positivo a uno negativo o da uno negativo a uno positivo di una forma d’onda sinusoidale è noto come rilevatore di zero crossing. Più specificamente, possiamo dire che rileva l’attraversamento dello zero del segnale AC applicato.
È fondamentalmente un comparatore di tensione la cui uscita cambia quando il segnale di ingresso attraversa lo zero del livello di tensione di riferimento. Perciò è chiamato così.
È anche noto per essere un generatore di onde quadre poiché il segnale d’ingresso applicato viene convertito in un’onda quadra dal rilevatore di attraversamento dello zero.
Schema del circuito del rilevatore di attraversamento dello zero
La figura seguente rappresenta il circuito di un rilevatore di attraversamento dello zero usando un op-amp invertente:
Qui, il segnale di ingresso Vi è fornito al terminale invertente dell’op-amp mentre il terminale non invertente è messo a terra usando due resistenze R1 e R2.
Come possiamo vedere, il segnale di ingresso analogico viene fornito al terminale invertente dell’op-amp. Così, la forma d’onda del segnale all’uscita manterrà la polarità inversa. Questo lo discuteremo sotto il funzionamento del rilevatore.
Funzionamento del rilevatore di attraversamento dello zero
Come abbiamo già discusso, rileva il punto in cui il segnale di ingresso attraversa lo zero del livello di tensione di riferimento. Per ogni attraversamento, il livello di saturazione del segnale di uscita cambia da uno all’altro.
Consideriamo il circuito dato sopra per capire il funzionamento.
Come abbiamo già detto che il livello di riferimento è impostato a 0 e applicato al terminale non invertente dell’op-amp. La sinusoide applicata al terminale invertente dell’op-amp viene confrontata con il livello di riferimento ogni volta che la fase dell’onda cambia da positiva a negativa o da negativa a positiva.
In primo luogo, quando la metà positiva del segnale sinusoidale appare all’ingresso. Poi il comparatore op-amp confronta il livello di tensione di riferimento con il livello di picco del segnale applicato
E sappiamo che il livello di riferimento è 0, quindi
Quindi, avremo
In secondo luogo, nel caso della metà negativa del segnale sinusoidale, il comparatore op-amp confronta nuovamente il livello di tensione di riferimento con il picco del segnale applicato.
Poiché questa volta il circuito sta trattando la metà negativa del segnale, quindi il picco avrà una polarità negativa.
Di nuovo
Quindi,
Così, otteniamo
In questo modo, il rilevatore di attraversamento dello zero rileva il cambiamento del livello del segnale applicato.
Forma d’onda d’ingresso e d’uscita
Dall’inizio, diciamo che un rilevatore di zero crossing è anche noto per essere un generatore d’onda quadra. Poiché l’uscita del comparatore a finestra non è altro che un’onda quadra.
Diamo ora un’occhiata alla forma d’onda d’ingresso e d’uscita di un rivelatore zero crossing:
Come abbiamo recentemente discusso che V0 per la metà positiva del segnale applicato è – Vsat,
Questa è la ragione per cui abbiamo ottenuto la metà negativa dell’onda quadra in uscita quando viene applicata la metà positiva del segnale sinusoidale. Mentre V0 per la metà negativa del segnale sinusoidale è + Vsat,
Quindi la metà positiva dell’onda quadra si ottiene in uscita per la metà negativa del segnale sinusoidale. Questo è chiaramente mostrato nella rappresentazione della forma d’onda.
Quindi, osservando la forma d’onda di uscita possiamo dire che l’uscita riflette la presenza del segnale di ingresso sopra o sotto il livello di riferimento, cioè 0 volt.
Applicazioni del rilevatore Zero Crossing
I rilevatori Zero Crossing trovano ampiamente applicazioni nei circuiti elettronici principalmente per scopi di commutazione e nel phase locked loop. Inoltre, questi sono usati nei contatori di frequenza e nei misuratori di fase.
Può anche essere usato come misuratore di fase, come può essere usato per misurare l’angolo di fase tra due tensioni applicate ai suoi terminali.