Definition: En op-amp-detektor, der har evnen til at detektere ændringen fra positivt til negativt eller negativt til et positivt niveau af en sinusformet bølgeform, kaldes en nulkrydsningsdetektor. Mere specifikt kan man sige, at den detekterer nulpasset af det påførte vekselstrømssignal.
Det er grundlæggende en spændingskomparator, hvis udgang ændres, når indgangssignalet krydser nulpunktet af referencespændingsniveauet. Derfor hedder den sådan.
Det er også kendt som en kvadratbølgegenerator, da det anvendte indgangssignal omdannes til en kvadratbølge af nulpunktsdetektoren.
Kredsløbsdiagram for nulkrydsningsdetektor
Figuren nedenfor viser kredsløbet for en nulkrydsningsdetektor ved hjælp af en inverterende op-amp:
Her tilføres indgangssignalet Vi til den inverterende terminal på op-amp’en, mens den ikke-inverterende terminal er jordet ved at gøre brug af to modstande R1 og R2.
Som vi kan se, leveres det analoge indgangssignal på den inverterende terminal af op-amp’en. Således vil bølgeformen af signalet ved udgangen have omvendt polaritet. Dette vil vi diskutere under detektorens funktion.
Nulpunktsdetektorens funktion
Som vi allerede har diskuteret, detekterer den det punkt, hvor indgangssignalet krydser nul af referencespændingsniveauet. For hvert kryds ændres udgangssignalets mætningsniveau fra det ene til det andet.
Lad os betragte det ovenfor angivne kredsløb for at forstå virkemåden.
Som vi allerede har nævnt, at referenceniveauet er sat til 0 og påføres den ikke-inverterende terminal på op-amp’en. Sinusbølgen, der påføres på op-ampens inverterende terminal, sammenlignes med referenceniveauet, hver gang bølgens fase ændres enten fra positiv til negativ eller fra negativ til positiv.
Først, når den positive halvdel af det sinusformede signal vises ved indgangen. Derefter sammenligner op-amp komparatoren referencespændingsniveauet med toppunktet af det påførte signal
Og vi ved, at referenceniveauet er 0, således
Så, får vi
For det andet, i tilfælde af den negative halvdel af det sinusformede signal, sammenligner op-amp-komparatoren igen referencespændingsniveauet med toppen af det påførte signal.
Da kredsløbet denne gang har med den negative halvdel af signalet at gøre, vil toppen således have en negativ polaritet.
Også
Dermed får
Så får vi
På denne måde registrerer nulpunktsdetektoren ændringen i niveauet af det påførte signal.
Input- og outputbølgeform
Fra begyndelsen nævner vi, at en nulpunktsdetektor også er kendt for at være en firkantbølgegenerator. Da vindueskomparatorens udgang ikke er andet end en firkantet bølge.
Lad os nu se på indgangs- og udgangsbølgeformen for en nulpunktsdetektor:
Som vi for nylig har diskuteret, at V0 for den positive halvdel af det påførte signal er – Vsat,
Det er grunden til, at vi har opnået negativ halvdel af firkantbølgen ved udgangen, når den positive halvdel af det sinusformede signal påføres. Mens V0 for den negative halvdel af det sinusformede signal er + Vsat,
Dermed opnås den positive halvdel af firkantbølgen ved udgangen for den negative halvdel af det sinusformede signal. Dette fremgår tydeligt af bølgeformen.
Så ved at observere udgangsbølgeformen kan vi sige, at udgangen afspejler tilstedeværelsen af indgangssignalet over eller under referenceniveauet, dvs. 0 volt.
Anvendelser af nulkrydsningsdetektor
Nulkrydsningsdetektorer finder i vid udstrækning anvendelse i elektroniske kredsløb, hovedsagelig til koblingsformål og i faselåste sløjfer. De anvendes også i frekvenstællere og i fasemålere.
Det kan også bruges som fasemålere, da det kan bruges til at måle fasevinklen mellem to spændinger, der påføres ved dets terminaler.