Definição: Um detector op-amp que tem a capacidade de detectar a mudança de positivo para negativo ou negativo para um nível positivo de uma forma de onda sinusoidal é conhecido como um detector de passagem de zero. Mais especificamente, podemos dizer que ele detecta a passagem de zero do sinal ac aplicado.
É basicamente um comparador de tensão cuja saída muda quando o sinal de entrada atravessa o zero do nível de tensão de referência. Assim é nomeado assim.
Também é conhecido por ser um gerador de onda quadrada uma vez que o sinal de entrada aplicado é convertido em onda quadrada pelo detector de passagem de zero.
Diagrama do Detector de cruzamento de zeros
A figura abaixo representa o circuito de um detector de cruzamento de zeros usando o op-amp invertido:
Aqui, o sinal de entrada Vi é fornecido ao terminal invertido do op-amp enquanto o terminal não invertido é ligado à terra fazendo uso de duas resistências R1 e R2.
Como podemos ver, o sinal de entrada analógica é fornecido no terminal de inversão do op-amp. Assim, a forma de onda do sinal na saída irá manter a polaridade inversa. Isto discutiremos em trabalho do detector.
Trabalho do Detector de Passagem de Zero
Como já discutimos que ele detecta o ponto onde o sinal de entrada atravessa o zero do nível de tensão de referência. Para cada cruzamento, o nível de saturação do sinal de saída muda de um para outro.
Deixe-nos considerar o circuito dado acima para entender o funcionamento.
Como já mencionamos que o nível de referência é fixado em 0 e aplicado no terminal não-inversivo do op-amp. A onda sinusoidal aplicada no terminal invertido do op-amp é comparada com o nível de referência cada vez que a fase da onda muda de positiva para negativa ou negativa para positiva.
Primeiro, quando a metade positiva do sinal sinusoidal aparece na entrada. Depois o op-amp comparador compara o nível de tensão de referência com o nível de pico do sinal aplicado
E sabemos que o nível de referência é 0, portanto
So, teremos
Segundamente, no caso da metade negativa do sinal sinusoidal, o op-amp comparador compara novamente o nível de tensão de referência com o pico do sinal aplicado.
Como desta vez o circuito está lidando com metade negativa do sinal, assim o pico terá uma polaridade negativa.
Again
Thus,
Então, obtemos
Desta forma, o detector de passagem a zero detecta a alteração do nível do sinal aplicado.
Em forma de onda de entrada e saída
Desde o início, mencionamos que um detector de passagem de zero também é conhecido por ser um gerador de onda quadrada. Como a saída do comparador de janelas não é nada mais que uma onda quadrada.
Deixe-nos agora dar uma olhada na forma de onda de entrada e saída de um detector de passagem de zero:
Como discutimos recentemente que V0 para a metade positiva do sinal aplicado é – Vsat,
Esta é a razão pela qual alcançamos metade negativa da onda quadrada na saída quando a metade positiva do sinal sinusoidal é aplicada. Enquanto V0 para a metade negativa do sinal sinusoidal é + Vsat,
Assim, a metade positiva da onda quadrada é obtida na saída para a metade negativa do sinal sinusoidal. Isto é claramente mostrado na representação da forma de onda.
Então, ao observar a forma de onda de saída podemos dizer que a saída reflete a presença do sinal de entrada acima ou abaixo do nível de referência, ou seja, 0 volts.
Aplicações do Detector de Passagem de Zero
Detectores de Passagem de Zero encontram amplamente aplicações em circuitos eletrônicos principalmente para fins de comutação e em loop de fase bloqueada. Também são utilizados em contadores de frequência e em contadores de fase.
Também podem ser utilizados como contadores de fase, pois podem ser utilizados para medir o ângulo de fase entre duas tensões aplicadas nos seus terminais.