什么是过零检测器 过零检测器的原理

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威廉希尔官方网站 ，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。

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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、反相过零检测威廉希尔官方网站

在反相过零检测威廉希尔官方网站 中，我们将零电压基准与同相输入引脚连接，如下图所示。

该威廉希尔官方网站 代表使用 LM741 运算放大器的过零检测器威廉希尔官方网站 。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。

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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。

反相过零检测威廉希尔官方网站 仿真波形图

2、同相过零检测威廉希尔官方网站

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威廉希尔官方网站 图：

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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。

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3、带脉冲输出的过零检测威廉希尔官方网站

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？该威廉希尔官方网站 仅在周期转换时提供输出脉冲。

全桥威廉希尔官方网站 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。

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前面的例子和这个例子之间的唯一区别是边缘检测威廉希尔官方网站 。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。

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4、使用光耦合器进行过零检测

该威廉希尔官方网站 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，因为全桥威廉希尔官方网站 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

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

编辑：黄飞