过零检测电路是一个常见的应用,其中运算放大器用作比较器。它常被用来追踪正弦波形的变化,比如从正到负或从负到正的过零点电压的情况。它同样被可被用作方波生成器。过零检测电路还有许多应用,比如标志信号发生器,相位计和频率计等。过零检测电路可以用很多方法来设计,比如使用晶体管,使用运算放大器或是光耦 IC 等。该文中我们将使用运算放大器来打造一个过零检测电路,正如上面所说,此处的运算放大器用作比较器。

 

过零检测电路的理想波形如下

 

 

从上图中可以看出当正弦波形过零时,运算放大器会从正转负或是从负转正。这就是过零检测器如何检测波形过零的。如你所见,输出波形为一个方波,所以过零检测器也被成为方波生成电路。

 

所需元器件:

运算放大器(LM741)


变压器(230V 到 12V)


9V 电源


电阻(10kΩ x 3)


面包板


导线


示波器

 

电路图

 

 

230V 电源给到一个 12-0-12V 的变压器,它的相位输出连接到运算放大器的二号引脚,零线与电池的接地端短接。电池的征集引脚与运算放大器的第 7 号引脚相连(Vcc)。

 

 

过零检测电路的原理

在过零检测电路中,运算放大器的非反向引脚与地相连,从而作为参考电压,而一个正弦波输入(Vin)则输入运算放大器的反向引脚,如电路图说是。随后输入电压与参考电压作比较。此处可以使用大部分运算放大器的 IC,这里我们用的是 LM741.

 

现在,我们来考虑正弦波的正半轴。我们知道当非反向引脚端的电压要低于反向引脚时,运算放大器的输出为低或处于反向饱和状态。因此,我们会看到一个负电压的波形。

 

再来看正弦波的负半轴,非反向引脚(参考电压)的电压大于反向引脚(输入电压),所以运算放大器的输出为高或正向饱和状态。因此,我们会看到一个正电压的波形,如下图所示。

 

 

使用光耦的过零检测电路

我们上面提到设计过零检测电路有许多方式。以下电路中我们使用了光耦来实现同样的过零检测电路。通过观察输出电压你可以发现每当输入交流波过零时,输出波形为高。

 

 

以下是使用光耦的过零检测电路输出波形