Definition: En op-amp-detektor som har förmågan att detektera förändringen från positiv till negativ eller negativ till en positiv nivå i en sinusformad vågform kallas för en nollgångsdetektor. Mer specifikt kan vi säga att den upptäcker nollgenomgången av den applicerade växelströmssignalen.
Det är i princip en spänningskomparator vars utgång ändras när ingångssignalen passerar nollgenomgången av referensspänningsnivån. Därför heter den så.
Den är också känd som en fyrkantsvågsgenerator eftersom den applicerade insignalen omvandlas till en fyrkantsvåg av nollgångsdetektorn.
Kretsdiagram för nollgångsdetektor
Figuren nedan visar kretsen för en nollgångsdetektor med hjälp av en inverterande op-förstärkare:
Här förses ingångssignalen Vi till op-förstärkarens inverterande terminal, medan den icke-inverterande terminalen är jordad med hjälp av de två motstånden R1 och R2.
Som vi kan se tillhandahålls den analoga ingångssignalen vid op-ampens inverterande terminal. Således kommer signalens vågform vid utgången att hålla omvänd polaritet. Detta kommer vi att diskutera under detektorns funktion.
Nollgångsdetektorns funktion
Som vi redan har diskuterat upptäcker den den punkt där ingångssignalen passerar noll av referensspänningsnivån. För varje korsning ändras utdatasignalens mättnadsnivå från en till en annan.
Låt oss betrakta kretsen som ges ovan för att förstå hur den fungerar.
Som vi redan har nämnt är referensnivån inställd på 0 och appliceras på den icke-inverterande terminalen på op-förstärkaren. Sinusvågen som appliceras vid op-ampens inverterande terminal jämförs med referensnivån varje gång vågens fas ändras antingen från positiv till negativ eller från negativ till positiv.
Först, när den positiva halvan av den sinusformade signalen visas vid ingången. Då jämför op-amp-komparatorn referensspänningsnivån med toppnivån för den applicerade signalen
Och vi vet att referensnivån är 0, alltså
Så, får vi
För det andra, när det gäller den negativa halvan av den sinusformade signalen, jämför op-amp-komparatorn återigen referensspänningsnivån med toppen av den applicerade signalen.
Då kretsen den här gången behandlar den negativa halvan av signalen, kommer alltså toppen att ha en negativ polaritet.
Och igen
Därmed får vi
Så får vi
På detta sätt detekterar detektorn för nollgenomgång förändringen i nivån på den applicerade signalen.
Input and Output Waveform
Från början nämner vi att en nollgångsdetektor också är känd som en fyrkantig våggenerator. Eftersom utgången från fönsterkomparatorn inte är något annat än en fyrkantsvåg.
Låt oss nu ta en titt på ingångs- och utgångsvågformen för en nollgångsdetektor:
Som vi nyligen har diskuterat att V0 för den positiva halvan av den applicerade signalen är – Vsat,
Detta är anledningen till att vi har uppnått negativa halvan av fyrkantsvågen vid utgången när positiva halvan av den sinusformade signalen appliceras. Medan V0 för den negativa halvan av den sinusformade signalen är + Vsat,
Därmed erhålls en positiv halva av fyrkantsvågen vid utgången för den negativa halvan av den sinusformade signalen. Detta visas tydligt i vågformsrepresentationen.
Så, när vi observerar utgångsvågformen kan vi säga att utgången återspeglar närvaron av en ingångssignal över eller under referensnivån, dvs. 0 volt.
Användningsområden för nollgenomgångsdetektorn
Nollgenomgångsdetektorer har många användningsområden i elektroniska kretsar, främst för omkopplingssyften och i faslåsade slingor. De används också i frekvensräknare och i fasmätare.
Den kan också användas som fasmätare, eftersom den kan användas för att mäta fasvinkeln mellan två spänningar som läggs på dess terminaler.