Wie halten Leistungsregelungssysteme hohen Einschaltströmen stand? Es scheint eine mühsame Aufgabe zu sein. Hier kommen jedoch Zero-Crossing-Detektoren (ZCD) ins Spiel.
Mit der Zero-Crossing-Erkennung erfolgt der Übergang einer Signalwellenform nahtlos. Daher ist eine Kreuzungsdetektorschaltung wichtig für Systeme, die ein Zeitintervall benötigen.
Wir werden erläutern, wie Nulldurchgangsdetektoren funktionieren. Außerdem erklären wir einfache Methoden zum Erstellen einer Kreuzungsdetektorschaltung. Lesen Sie also weiter, um Einblicke zu erhalten.
1. Prinzip der Nulldurchgangsdetektoren
Ein Nulldurchgangsdetektor arbeitet in einem Schaltungsnetz von elektrischen Energiesteuerungssystemen. Es erleichtert die Umwandlung einer Komparatorausgangswellenform. Dies geschieht, wenn ein AC-Signal eine Referenzspannung von Null erreicht. Folglich verzögert sich das Gerät mit der Zeit. Ziel ist es, die Schaltung vor hohen Eingangssignalströmen zu schützen.
2. Grundlegende Zero-Crossing-Detektoren Schaltungsbeschreibung
Erstens ist hier eine Illustration einer Nulldurchgangsdetektorschaltung.
Abbildung 1: Ein Schaltplan Illustration eines Nulldurchgangsdetektors.
Die obige Serienschaltungsabbildung zeigt eine einfache Kreuzungsdetektorschaltung. Schließen Sie während der Montage das Eingangssignal an die Invertierklemme des Operationsverstärkers an. Für die nicht invertierende Klemme wird diese über Eingangswiderstände geerdet.
Das Gerät erkennt, wenn sich das Eingangssignal von der Referenzspannung unterscheidet. Sie sollten die Referenzspannung auf 0 einstellen. Daher verschiebt sich jedes Mal, wenn dies geschieht, der Sättigungsgrad der Ausgangssignale.
Abbildung 2: Eine Leiterplatte
Legen Sie ein Eingangssignal an der nicht invertierenden Klemme des Operationsverstärkers an. In diesem Fall liegt der Spannungsreferenzpegel bei Null. Das System vergleicht die Sinuswelle am Eingang des Operationsverstärkers mit der Spannungsreferenz.
In jeder Instanz verschiebt sich die Phase der Sinuswelle von negativ zu positiv und umgekehrt.
Betrachten wir jedes wahrscheinliche Szenario des Eingangssignals.
Nehmen wir zum Beispiel einen Fall, in dem es ein positives sinusförmiges Signal am Eingang gibt. Der Komparator vergleicht das Eingangssignal mit dem Referenzspannungspegel. Daher lautet die Gleichung dieses Szenarios:
V-Ausgang = VReference – VInput-Signal
Wenn Sie also eine Referenzspannung von 0 V haben, können wir VReference mit Null gleichsetzen. Somit ändert sich die Gleichung wie folgt:
V-Ausgang = 0 – VInput-Signal
Folglich hat die Spannung des Ausgangswellenformsignals eine negative Sättigung. Überprüfen Sie diese letzte Gleichung:
V-Ausgang = – VInput-Signal
Zero-Crossing-Detektoren:Daher ergibt ein positiver Impuls eine negative Ausgangswellenform.
Betrachten Sie auf der anderen Seite ein Szenario, in dem ein negatives sinusförmiges Signal vorliegt. Auch hier vergleicht der Komparator das Eingangssignal mit dem Referenzspannungspegel.
Daher lautet die Gleichung wieder V Output = VReference –VInput Signal.
Wenn wir die = VReference in der Gleichung durch Null ersetzen, erhalten wir:
V-Ausgang = 0 – (VInput-Signal)
Somit ist V-Ausgang = + VInput-Signal
Das Ausgangswellenformsignal hat in diesem Fall eine positive Sättigung.
Daher wandelt der Nulldurchgangsdetektor das Eingangssignal effizient in die Ausgangswellenform des gegenüberliegenden Vorzeichens um. Wenn das Eingangssignal negativ ist, wandelt die Kreuzungsschaltung es in positiv um und umgekehrt.
3.Wie macht man eine Nulldurchgangs-Detektorschaltung?
Abbildung 3: Sinuswellen
Sie können ganz einfach einen Nulldurchgangsdetektor entwerfen. Außerdem können Sie diese Schaltung für eine Vielzahl von Anwendungen verwenden.
Hier sind die Komponenten, die Sie für diese Schaltung benötigen:
Eine 6V Zener Diode
Zwei 100K Widerstände
IC 741 Komparator
Sie müssen sicherstellen, dass Sie den Eingangs-AC von einem Brückengleichrichter anschließen. Auch in dieser Schaltung arbeitet der IC 741 als Komparator. Sie sollten eine Versorgungsspannung von 12V angeben.
Stellen Sie außerdem sicher, dass Sie den nicht invertierenden Pin an eine 1N4148-Diode anschließen. Auf der anderen Seite sollten Sie den invertierenden Pin an das Eingangssignal Ihrer Wahl anschließen.
Beachten Sie, dass die Ausgangswellenform Ihrer Schaltung die Umkehrung des Eingangssignals ist. Damit folgt die Schaltung den Prinzipien der herkömmlichen Nulldurchgangsdetektoren.
Wenn sich am Eingangspin ein positiver Strom befindet, erkennt das Gerät dies. Die Änderung der Ausgangswellenform erfolgt, wenn die Spannungsreferenz bei Null liegt. Das Gegenteil passiert, wenn Sie einen gegensätzlichen Strom anschließen. In diesem Fall ist die Ausgabe positiv.
4. Anwendungen von Zero-Crossing Detector
Es gibt ein breites Anwendungsspektrum von Nulldurchgangsdetektorschaltungen. Sie finden sie in einem elektronischen Gerät wie einem Frequenzzähler. Darüber hinaus finden Sie sie auch in leistungselektronischen Schaltungen.
Abbildung 4: Eine 3D-Illustration elektronischer Komponenten
Hier sind einige der typischen Anwendungen einer Kreuzungsschaltung:
Zero-Crossing-Detektoren:ZCD als Phasemeter
Wenn Sie zwei Spannungen haben, können Sie eine ZCD als Phasenmesser verwenden, um den Phasenwinkel zu bestimmen. Die ZCD erhält zunächst sequenzielle Impulse im positiven und negativen Zyklus. Dann misst es die Spannung des Zeitintervalls des ersten Sinusspannungsimpulses. Es wiederholt den Vorgang für den Spannungsimpuls der anderen Sinuswelle.
Somit gibt das Zeitintervall die Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalspannungen an. Sie können den Phasenmesser für Sinuswellen von null Grad bis 360 Grad verwenden.
Zero-Crossing-Detektoren:ZCD als Zeitmarkergenerator
Betrachten Sie den Vergleichsschaltplan eines Nulldurchgangsdetektors in Abbildung 1. Wenn der Eingangspin eine Sinuswelle ist, ist das Ausgangssignal ein Rechteckwellengenerator. So wird es eine Reihenschaltung schaffen.
Stellen Sie sich auch ein Szenario vor, in dem die Zeitkonstante für den Zeitraum relativ klein ist. In einem solchen Fall kann die Spannung an den Widerständen ein positiver Impuls sein. Es kann auch ein negativer Puls sein. Legen Sie über eine Diode eine Spannung an eine Clipper-Schaltung an. Es liefert eine Lastspannung nur mit positiven Impulsen. Daher haben Sie eine Umwandlung der Sinuswelle eines Nulldurchgangsdetektors in positive Impulse. Voraussetzung für dieses Ergebnis ist eine Netzwerkschaltung und eine Clipperschaltung.
Zero-Crossing Detector mit IC 311 und Transistor
Abbildung 5: Wave-Grafik
Sie können auch einen Nulldurchgangsdetektor beim Entwurf einer OP-Amp-Komparatorschaltung verwenden. Wir haben diese direkte Anwendung in Abbildung 1 veranschaulicht. Wenn Sie es auf diese Weise verwenden, wird es ein Rechteckwellenkonverter sein.
Außerdem können Sie in dieser Schaltung entweder den invertierenden oder den nicht invertierenden Komparator als Nulldurchgangsdetektor verwenden. Sie müssen jedoch sicherstellen, dass Sie die Referenzspannung auf Null setzen.
Das Funktionsprinzip dieser Schaltung ähnelt auch den anderen Nulldurchgangsdetektoranwendungen.
Wenn also die positive Eingangsspannung Null überschreitet, befindet sich die Ausgangswellenform in negativer Sättigung. Auf der anderen Seite, wenn die Eingangsspannung negativ ist, wird die Ausgangswellenform in positiver Sättigung sein.
Daher ergeben negative Zyklen im Welleneingang positive Wellenformen. In ähnlicher Weise erzeugen positive Zyklen im Welleneingang negative Wellenformen.
Zero-Crossing-Detektoren:Nulldurchgangsdetektor mit Optokoppler
Eine andere Möglichkeit, einen Nulldurchgangsdetektor zu verwenden, ist der Designprozess eines Optokopplers. Hier ist eine Illustration eines analogen Design-Optokopplers.
Abbildung 6: Eine Optokoppler-Illustration
Betrachtet man eine Ausgangswellenform der Schaltung, ändert sie sich je nach Eingang. Wenn das Eingangssignal beispielsweise 0 erreicht, steigt die Ausgangswellenform. Es tritt jedes Mal auf, wenn das Eingangssignal an diesen Punkt kommt, wie in den obigen Beispielen dargestellt.
Schlussfolgerung
Kurz gesagt, Nulldurchgangsdetektoren sind in Leistungssteuerungssystemen unerlässlich. Ohne sie wäre es möglich, Wechselstromkreise zu betreiben.
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