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                          什么是过零检测器?过零检测器的原理,一文总结,几分钟带你搞定

                          李工 ? 2022-11-01 11:15 ?30次阅读

                                今天给大家分享的是:过零检测器、过零检测电路。

                          一、什么是过零检测器(ZCD)?

                              过零检测器检测输入信号过零值或零电压电平的次数。零检测器基本上是一个比较器电路,将输入的正弦信号或正弦波信号与零电压电平进行比较。

                              换句话说,我们可以说检测到电压从正电平变为负电平,从负电平变为正电平。当输入电压越过零电平到高电平或高电平到零时,过零检测器的输出会发生变化。

                          过零检测电路

                          过零检测电路

                              过零检测器将输入信号与零参考电压 (Vref ) 进行比较。它通过从低切换到高来改变 +V sat 或 -Vsat 的输出,反之亦然。当输入越过零参考电压时。当输入电压信号稍微高于或低于 0v 时,输出会迅速变化。可以使用通用运算放大器、使用光耦合器或使用晶体管来制作过零检测器。

                          二、过零检测器的原理

                          1、反相过零检测电路

                              在反相过零检测电路中,我们将零电压基准与同相输入引脚连接,如下图所示。

                              该电路代表使用 LM741 运算放大器的过零检测器电路。在这种配置中,我们将信号电压施加到反相端子,将零电压参考信号施加到同相输入。2N2222 NPN 晶体管将电压电平转换为数字信号。

                          反相过零检测电路

                          反相过零检测电路

                              仿真结果图表示来自晶体管引脚的输出信号。

                          • 在正弦波的正半周期内,Vin - > Vin +(即接地),因此输出将等于 -15 V,但晶体管将保持关闭,我们将在晶体管集电极端子处获得数字高信号。

                          • 同样,在从正周期转换到负周期后,零参考电压Vin+将变得大于负电压信号,比较器输出将变为+15V。

                              但它会打开晶体管。我们将在输出端获得数字低信号。

                          反相过零检测电路仿真波形图

                          反相过零检测电路仿真波形图

                          2、同相过零检测电路

                              除了输入引脚与 Vin+ 和 Vin- 输入信号的连接外,这种类型的工作方式完全相同。在同相过零检测器中,输入电压加到同相端,反相端接地,使参考电压为零。这是同相过零检测的电路图:

                          同相过零检测电路

                          同相过零检测电路

                          • 当 Vin+ 小于零参考电压 Vin- 时,我们的输出电压等于 +15 V。

                          • 由于晶体管,我们在集电极输出端得到一个数字低或零电压信号。晶体管导通并使集电极端子与地短路。

                          • 在 Vin+ 的正半周期内,输出将为数字高电平。因为 Vin+ 变得大于零参考电压 Vin-。我们在输出引脚上得到 -15 V 电压,晶体管保持关闭。

                            同相过零检测电路

                            同相过零检测电路

                          3、带脉冲输出的过零检测电路

                              从上面的仿真结果可以清楚地看出,只要正弦波通过零参考电压,两个输出信号就会从数字高电平变为低电平或从低电平变为高电平。但在那之后,数字要么保持数字高,要么保持数字低。

                              现在,当正弦波从正周期变为负周期或负周期变为正周期时,如果你只想在短时间内获得脉冲,该怎么办?该电路仅在周期转换时提供输出脉冲。

                          • 全桥电路将负半周期转换为正半周期。

                          • 晶体管和电阻网络用作上升沿检测器。它将运算放大器的输出变为脉动输出。

                            带脉冲输出的过零检测电路


                          带脉冲输出的过零检测电路

                              前面的例子和这个例子之间的唯一区别是边缘检测电路。我们使用 LM358 运算放大器作为比较器。当我们想在任何微控制器上使用过零检测器时,类似正方形的输出对我们没有好处。该脉冲输出显示从正周期到负周期的正弦波变化,反之亦然。

                          带脉冲输出的过零检测电路


                          带脉冲输出的过零检测电路

                          4、使用光耦合器进行过零检测

                              该电路在正弦波的每个零电压参考上提供脉冲输出, 4N25 光耦合器在两个正周期期间保持开启,因为全桥电路将负周期转换为正周期。

                          • 当光耦合器打开时,输出将为零,因为输出将是参考地。

                          • 在正弦波过零时,光耦合器关闭,输出端出现 Vcc 幅度的脉冲。

                            使用光耦合器进行过零检测

                            使用光耦合器进行过零检测

                          三、过零检测器作用

                          • ZCD 作为相位计

                          • ZCD 作为时间标记生成器

                          • 交流电源控制器

                          • 感应电机速度控制和软启动器

                          • 使用 Arduino 等的晶闸管触发角控制

                              以上就是关于过零检测电路的知识,希望大家多多支持我,得点赞,关注,有问题欢迎在评论区留言,大家一起讨论。

                              文章来源:https://microcontrollerslab.com/zero-crossing-detection-circuits-examples

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