Circuito y operación del detector de cruce por cero

Un detector de cruce por cero o ZCD es un tipo de comparador de voltaje, que se utiliza para detectar una transición de forma de onda sinusoidal entre positivo y negativo, que coincide cuando el i/p cruza la condición de voltaje cero. En este artículo, analizamos el circuito detector de cruce por cero con dos circuitos diferentes, principios de funcionamiento, teoría y aplicaciones. Las aplicaciones del detector de cruce por cero son el contador de fases y el generador de marcas de tiempo.

Circuito de detección de cruce por cero

El detector de cruce por cero es un comparador de voltaje que cambia el o/p entre +Vsat y -Vsat cuando el i/p cruza el voltaje de referencia cero. En pocas palabras, el comparador es un amplificador operacional básico que se utiliza para comparar dos voltajes simultáneamente y cambia el o/p en función de la comparación. De la misma manera, podemos decir que ZCD es un comparador.

El circuito detector de cruce por cero se usa para producir un interruptor de paso o/p cada vez que el i/p cruza el i/p de referencia y está conectado a la terminal GND. El comparador o/p puede controlar varias salidas, como indicador LED, relé y puerta de control.

Detector de cruce por cero basado en IC 741

El circuito detector de cruce por cero es una aplicación principal del circuito comparador. También puede llamarse convertidor de onda sinusoidal a onda cuadrada. Para ello, cualquiera de los comparadores inversor/no inversor puede utilizarse como detector de paso por cero.

La única variación a realizar es la Vref (tensión de referencia) con la que se debe comparar la tensión i/p, se debe poner a cero de la tensión de referencia (Vref = 0V). Vin da una onda sinusoidal i/p. Estos se muestran en el siguiente diagrama del circuito del comparador inversor junto con las formas de onda i/p y o/p con un voltaje de referencia de 0 V.

Como se muestra en la siguiente forma de onda, para un voltaje de referencia (Vref), cuando la onda sinusoidal de entrada permite un voltaje cero y va en una dirección positiva. El voltaje O/P se lleva a saturación negativa. De la misma manera, cuando el Vin permite pasar por cero y va en dirección negativa, el Vout es llevado a la saturación positiva. Los diodos en el circuito de arriba se llaman diodos de abrazadera. Estos diodos se utilizan para proteger el amplificador operacional del daño debido a un aumento en Vin.

En algunas aplicaciones particulares, el Vin puede ser una forma de onda de baja frecuencia que causa una interrupción en el tiempo para que el Vin cruce el nivel cero. Además, provoca un retraso en el Vout para cambiar entre los dos niveles de saturación (superior e inferior). Al mismo tiempo, los ruidos i/p en el IC pueden hacer que Vout cambie entre los niveles de saturación. Por lo tanto, los cruces por cero se identifican para voltajes de ruido además de Vin. Estos problemas se pueden resolver mediante el uso de un circuito de retroalimentación de reforma con retroalimentación positiva que hace que Vout cambie más rápido. Por lo tanto, elimina la posibilidad de cruces por cero falsos debido a voltajes de ruido en la entrada del amplificador operacional.

El funcionamiento de un detector de cruce por cero se puede suponer fácilmente si conoce el funcionamiento de un comparador de amplificador operacional básico. En este detector, ponemos a cero uno de los i/ps, es decir, Vref = OV. El o/p se determina en –Vsat cuando la señal i/p pasa a través de la dirección 0 a +ve. De manera similar, cuando la señal i/p pasa por la dirección cero en –ve, la o/p pasa a +Vsat.

Aplicaciones del detector de cruce por cero

Los circuitos de detección de cruce por cero se pueden usar para verificar el estado de un amplificador operacional. Y también se utiliza como contador de frecuencia y para fines de conmutación en circuitos electrónicos de potencia.

ZCD como medidor de fase

Se puede usar un ZCD para medir el ángulo de fase entre dos voltajes. Se adquiere una secuencia de pulsos en los ciclos +ve y -ve para medir el voltaje entre el intervalo de tiempo del pulso de voltaje de onda sinusoidal y la segunda onda sinusoidal. Este intervalo de tiempo está relacionado con la diferencia de fase entre las dos tensiones sinusoidales i/p. El uso del fasímetro varía de 0° a 360°.

ZCD como generador de marcas de tiempo

Para una onda sinusoidal i/p, siendo la o/p del detector de cruce por cero una onda cuadrada, pasará adicionalmente a través de un circuito en serie RC. Esto se ilustra en la siguiente figura.

Si la constante de tiempo RC es muy pequeña en comparación con el período "T" de la onda sinusoidal i/p, entonces el voltaje en R del circuito n/w RC llamado Vr será una serie de pulsos +ve y -ve. Si el voltaje 'Vr' se aplica a un circuito clipper usando un diodo D, el voltaje de carga VL solo tendrá pulsos +ve y recortará los pulsos -ve. Por lo tanto, un detector de cruce por cero (ZCD) cuya i/p es una onda sinusoidal se ha transformado en una secuencia de pulsos positivos en el intervalo 'T' al agregar una red RC y un circuito de recorte.

Así, se trata del funcionamiento del circuito detector de cruce por cero y sus aplicaciones. Esperamos que tenga una mejor comprensión de este concepto. Además, si tiene alguna duda con respecto a este concepto o proyectos eléctricos y electrónicos, brinde sus valiosas sugerencias comentando en la sección de comentarios a continuación. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la función del detector de cruce por cero?