Definiție: Un detector cu amplificator operațional care are capacitatea de a detecta trecerea de la un nivel pozitiv la unul negativ sau de la unul negativ la unul pozitiv al unei forme de undă sinusoidală este cunoscut sub numele de detector de trecere prin zero. Mai precis, putem spune că acesta detectează trecerea la zero a semnalului de curent alternativ aplicat.
Este practic un comparator de tensiune a cărui ieșire se modifică atunci când semnalul de intrare trece prin zero al nivelului de tensiune de referință. Astfel se numește astfel.
Este cunoscut și ca fiind un generator de unde pătrate, deoarece semnalul de intrare aplicat este convertit în undă pătrată de către detectorul de trecere la zero.
Schema de circuit a detectorului de trecere pe zero
Figura de mai jos reprezintă circuitul unui detector de trecere pe zero care utilizează un amplificator operațional inversor:
Aici, semnalul de intrare Vi este furnizat la terminalul inversor al amplificatorului operațional, în timp ce terminalul neinversor este legat la masă prin utilizarea a două rezistențe R1 și R2.
Cum putem vedea că semnalul analogic de intrare este furnizat la terminalul inversoare al amplificatorului operațional. Astfel, forma de undă a semnalului de la ieșire va păstra polaritatea inversă. Acest lucru îl vom discuta în cadrul funcționării detectorului.
Funcționarea detectorului de trecere prin zero
Așa cum am discutat deja că acesta detectează punctul în care semnalul de intrare trece prin zero al nivelului de tensiune de referință. Pentru fiecare trecere, nivelul de saturație al semnalului de ieșire se schimbă de la unul la altul.
Să luăm în considerare circuitul dat mai sus pentru a înțelege funcționarea.
Așa cum am menționat deja că nivelul de referință este setat la 0 și aplicat la terminalul neinversor al amplificatorului operațional. Unda sinusoidală aplicată la borna inversoare a amplificatorului operațional este comparată cu nivelul de referință de fiecare dată când faza undei se schimbă fie de la pozitiv la negativ, fie de la negativ la pozitiv.
În primul rând, când la intrare apare jumătatea pozitivă a semnalului sinusoidal. Atunci comparatorul amplificatorului operațional compară nivelul tensiunii de referință cu nivelul de vârf al semnalului aplicat
Și știm că nivelul de referință este 0, deci
Atunci
, vom avea
În al doilea rând, în cazul jumătății negative a semnalului sinusoidal, comparatorul op-amp compară din nou nivelul tensiunii de referință cu vârful semnalului aplicat.
Pentru că de data aceasta circuitul are de-a face cu jumătatea negativă a semnalului, astfel vârful va avea o polaritate negativă.
Din nou
Așa,
Acum, obținem
În acest fel, detectorul de trecere prin zero detectează modificarea nivelului semnalului aplicat.
Forma de undă de intrare și de ieșire
De la început, menționăm că un detector de trecere prin zero este cunoscut și ca fiind un generator de unde pătrate. Deoarece ieșirea comparatorului de fereastră nu este altceva decât o undă pătrată.
Să ne uităm acum la forma de undă de intrare și de ieșire a unui detector de trecere prin zero:
Așa cum am discutat recent că V0 pentru jumătatea pozitivă a semnalului aplicat este – Vsat,
acest este motivul pentru care am obținut jumătatea negativă a undei pătrate la ieșire atunci când se aplică jumătatea pozitivă a semnalului sinusoidal. În timp ce V0 pentru jumătatea negativă a semnalului sinusoidal este + Vsat,
Din acest motiv se obține la ieșire jumătatea pozitivă a undei pătrate pentru jumătatea negativă a semnalului sinusoidal. Acest lucru este clar arătat în reprezentarea formei de undă.
Atunci, observând forma de undă de ieșire, putem spune că ieșirea reflectă prezența semnalului de intrare peste sau sub nivelul de referință, adică 0 volți.
Aplicații ale detectorului de trecere prin zero
Detectorii de trecere prin zero își găsesc pe scară largă aplicații în circuitele electronice, în principal în scopul comutării și în bucla cu blocare de fază. De asemenea, aceștia sunt utilizați în contoare de frecvență și în contori de fază.
Se pot utiliza și ca și contori de fază, deoarece pot fi utilizați pentru a măsura unghiul de fază dintre două tensiuni aplicate la bornele sale.
.