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什么是過零檢測器 過零檢測器的原理

硬件筆記本 ? 來源:microcontrollerslab ? 2023-03-24 12:46 ? 次閱讀

一、什么是過零檢測器(ZCD)?

過零檢測器檢測輸入信號過零值或零電壓電平的次數。零檢測器基本上是一個比較器電路,將輸入的正弦信號或正弦波信號與零電壓電平進行比較。

換句話說,我們可以說檢測到電壓從正電平變為負電平,從負電平變為正電平。當輸入電壓越過零電平到高電平或高電平到零時,過零檢測器的輸出會發生變化。

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過零檢測電路

過零檢測器將輸入信號與零參考電壓 (Vref ) 進行比較。它通過從低切換到高來改變 +V sat 或 -Vsat 的輸出,反之亦然。當輸入越過零參考電壓時。當輸入電壓信號稍微高于或低于 0v 時,輸出會迅速變化。可以使用通用運算放大器、使用光耦合器或使用晶體管來制作過零檢測器。

二、過零檢測器的原理

1、反相過零檢測電路

在反相過零檢測電路中,我們將零電壓基準與同相輸入引腳連接,如下圖所示。

該電路代表使用 LM741 運算放大器的過零檢測器電路。在這種配置中,我們將信號電壓施加到反相端子,將零電壓參考信號施加到同相輸入。2N2222 NPN 晶體管將電壓電平轉換為數字信號

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反相過零檢測電路

仿真結果圖表示來自晶體管引腳的輸出信號。

在正弦波的正半周期內,Vin - > Vin +(即接地),因此輸出將等于 -15 V,但晶體管將保持關閉,我們將在晶體管集電極端子處獲得數字高信號。

同樣,在從正周期轉換到負周期后,零參考電壓Vin+將變得大于負電壓信號,比較器輸出將變為+15V。

但它會打開晶體管。我們將在輸出端獲得數字低信號。

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反相過零檢測電路仿真波形圖

2、同相過零檢測電路

除了輸入引腳與 Vin+ 和 Vin- 輸入信號的連接外,這種類型的工作方式完全相同。在同相過零檢測器中,輸入電壓加到同相端,反相端接地,使參考電壓為零。這是同相過零檢測的電路圖:

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同相過零檢測電路

當Vin+ 小于零參考電壓 Vin- 時,我們的輸出電壓等于 +15 V。

由于晶體管,我們在集電極輸出端得到一個數字低或零電壓信號。晶體管導通并使集電極端子與地短路。

在 Vin+ 的正半周期內,輸出將為數字高電平。因為 Vin+ 變得大于零參考電壓 Vin-。我們在輸出引腳上得到 -15 V 電壓,晶體管保持關閉。

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同相過零檢測電路

3、帶脈沖輸出的過零檢測電路

從上面的仿真結果可以清楚地看出,只要正弦波通過零參考電壓,兩個輸出信號就會從數字高電平變為低電平或從低電平變為高電平。但在那之后,數字要么保持數字高,要么保持數字低。

現在,當正弦波從正周期變為負周期或負周期變為正周期時,如果你只想在短時間內獲得脈沖,該怎么辦?該電路僅在周期轉換時提供輸出脈沖。

全橋電路將負半周期轉換為正半周期。

晶體管和電阻網絡用作上升沿檢測器。它將運算放大器的輸出變為脈動輸出。

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帶脈沖輸出的過零檢測電路

前面的例子和這個例子之間的唯一區別是邊緣檢測電路。我們使用LM358 運算放大器作為比較器。當我們想在任何微控制器上使用過零檢測器時,類似正方形的輸出對我們沒有好處。該脈沖輸出顯示從正周期到負周期的正弦波變化,反之亦然。

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帶脈沖輸出的過零檢測電路

4、使用光耦合器進行過零檢測

該電路在正弦波的每個零電壓參考上提供脈沖輸出, 4N25 光耦合器在兩個正周期期間保持開啟,因為全橋電路將負周期轉換為正周期。

當光耦合器打開時,輸出將為零,因為輸出將是參考地。

在正弦波過零時,光耦合器關閉,輸出端出現 Vcc 幅度的脈沖。

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使用光耦合器進行過零檢測

三、過零檢測器作用

ZCD 作為相位計

ZCD 作為時間標記生成器

交流電源控制器

感應電機速度控制和軟啟動器

使用 Arduino 等的晶閘管觸發角控制

編輯:黃飛

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原文標題:一文搞懂過零檢測電路

文章出處:【微信號:gh_a6560e9c41d7,微信公眾號:硬件筆記本】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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