Definition: 正弦波波形の正から負、または負から正への変化を検出する機能を持つオペアンプ検出器をゼロクロス検出器と呼びます。 具体的には、印加された交流信号のゼロクロスを検出すると言えます。
基本的には、入力信号が基準電圧レベルのゼロを横切ると出力が変化する電圧比較器です。
印加された入力信号がゼロクロス検出器によって方形波に変換されるため、方形波発生器としても知られています。
ゼロクロス検出器の回路図
下図は、反転オペアンプを用いたゼロクロス検出器の回路です。
ここで、オペアンプの反転端子には入力信号Viを与え、非反転端子は2つの抵抗R1とR2を利用してグランドしています。
このように、オペアンプの反転端子にはアナログ入力信号が供給されます。 したがって、出力される信号の波形は逆極性を保持します。
ゼロクロス検出器の動作
入力信号が基準電圧のゼロと交差する点を検出することはすでに説明したとおりですが、この検出器は、入力信号が基準電圧のゼロと交差する点を検出します。 交差するごとに出力信号の飽和レベルが変化します。
動作を理解するために、上に示した回路を考えてみましょう。
すでに述べたように、基準レベルを0に設定して、オペアンプの非反転端子に印加しています。 オペアンプの反転端子に印加された正弦波は、位相が正から負、負から正に変化するたびに基準レベルと比較されます。
まず、正弦波信号の正半分が入力に現れたとき。 すると、オペアンプのコンパレータは、基準電圧レベルと印加信号のピークレベルを比較します
そして、基準レベルは0であることがわかっていますので
そうしますと。 6804>
次に、正弦波信号のマイナス半分の場合、オペアンプコンパレータは再び基準電圧レベルと印加信号のピークを比較する。
このとき、回路は信号の負の半分を扱っているので、ピークは負の極性を持つことになります。
Again
こうして、
こうして、ゼロクロス検出器は、印加信号のレベルの変化を検出するのである。
入出力波形
冒頭から、ゼロクロス検出器は矩形波発生器とも呼ばれることに触れています。 ウィンドウコンパレータの出力は矩形波にほかなりませんので。
それでは、ゼロクロス検出器の入出力波形を見てみましょう。
先日、印加信号のプラス半分のV0は-Vsatであると説明しましたが、
正弦波のプラス半分を加えたときに出力でマイナス半分の方形波になっている理由は、このためなんです。 正弦波信号のマイナス半分のV0は＋Vsat,
このように正弦波信号のマイナス半分の出力で矩形波のプラス半分が得られているのです。 これは、波形表現に明確に示されています。
したがって、出力波形を観察すると、出力は基準レベル、すなわち0ボルトより上または下の入力信号の存在を反映していると言えます。
ゼロクロッシング検出器のアプリケーション
ゼロクロス検出器は広く電子回路で主にスイッチング目的と位相ロックループに適用を見つける。 また、周波数カウンタや位相計にも使用されます。
また、位相計としても使用でき、その端子に印加される2つの電圧間の位相角を測定するために使用することができます
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