Detektor Zero-Crossing – Melindungi Peralatan Elektronik Sensitif Secara Efektif
Bagaimana sistem kontrol daya menahan arus masuk yang tinggi? Sepertinya itu tugas yang berat. Meskipun demikian, di sinilah detektor zero-crossing (ZCD) berguna.
Dengan deteksi zero-crossing, transisi bentuk gelombang sinyal akan terjadi dengan mulus. Oleh karena itu, rangkaian detektor penyeberangan penting untuk sistem yang membutuhkan interval waktu.
Kami akan menguraikan cara kerja detektor zero-crossing. Juga, kami akan menjelaskan metode sederhana untuk membuat rangkaian detektor penyeberangan. Jadi, baca terus untuk wawasan.
1. Prinsip Zero-Crossing Detectors
Detektor zero-crossing beroperasi di jaringan sirkuit sistem kontrol tenaga listrik. Ini memfasilitasi konversi bentuk gelombang keluaran komparator. Itu terjadi ketika Sinyal AC mencapai tegangan referensi nol. Akibatnya, perangkat menunda waktu. Tujuannya adalah untuk melindungi rangkaian dari arus sinyal input yang tinggi.
2. Deskripsi Sirkuit Detektor Zero-Crossing Dasar
Pertama, berikut adalah ilustrasi rangkaian detektor zero-crossing.
Gambar 1:Ilustrasi Diagram Sirkuit dari Detektor Zero-crossing.
Ilustrasi rangkaian seri di atas menunjukkan rangkaian detektor persilangan sederhana. Selama perakitan, sambungkan sinyal input ke terminal pembalik penguat operasional. Untuk terminal non-pembalik, ground melalui resistor input.
Perangkat mengidentifikasi ketika sinyal input berbeda dari tegangan referensi. Anda harus menyetel tegangan referensi pada 0. Oleh karena itu, setiap kali ini terjadi, tingkat kejenuhan sinyal output akan bergeser.
Gambar 2:Papan Sirkuit
Terapkan sinyal input pada terminal non-pembalik dari penguat operasional. Pada contoh ini, level referensi tegangan adalah nol. Sistem akan membandingkan gelombang sinus pada input op-amp dengan tegangan referensi.
Setiap contoh, fase gelombang sinus akan bergeser dari negatif ke positif dan sebaliknya.
Mari kita pertimbangkan setiap skenario yang mungkin dari sinyal input.
Ambil, misalnya, kasus ketika ada sinyal sinusoidal positif pada input. Komparator akan membandingkan sinyal input terhadap level tegangan referensi. Oleh karena itu, persamaan skenario ini adalah:
V Keluaran =VReferensi – VSinyal Masukan
Oleh karena itu, mengingat Anda memiliki tegangan referensi 0V, kita dapat menyamakan VReferensi ke nol. Dengan demikian, persamaan akan berubah menjadi:
V Keluaran =0 – VSinyal Masukan
Akibatnya, tegangan sinyal bentuk gelombang keluaran akan memiliki saturasi negatif. Periksa persamaan terakhir ini:
V Keluaran =– VSinyal Masukan
Oleh karena itu, pulsa positif menghasilkan bentuk gelombang keluaran negatif.
Di sisi lain, pertimbangkan skenario ketika ada sinyal sinusoidal negatif. Sekali lagi, komparator akan membandingkan sinyal input dengan level tegangan referensi.
Oleh karena itu, persamaannya akan menjadi V Output =VReferensi –VSinyal Masukan.
Saat kita mengganti =VReferensi dalam persamaan dengan nol, kita akan memperoleh,
V Keluaran =0 – (VSinyal Masukan )
Jadi, V Keluaran =+ VSinyal Masukan
Sinyal bentuk gelombang keluaran akan memiliki saturasi positif dalam kasus ini.
Oleh karena itu, detektor zero-crossing secara efisien mengubah sinyal input menjadi bentuk gelombang output dari tanda yang berlawanan. Jika sinyal input negatif, rangkaian penyeberangan mengubahnya menjadi positif dan sebaliknya.
3.Bagaimana Cara Membuat Rangkaian Detektor Persilangan Nol?
Gambar 3:Gelombang Sinus
Anda dapat dengan mudah merancang detektor zero-crossing. Juga, Anda dapat menggunakan sirkuit ini untuk berbagai aplikasi.
Berikut adalah komponen yang Anda butuhkan untuk rangkaian ini:
Dioda Zener 6V
Dua Resistor 100K
Pembanding IC 741
Anda harus memastikan bahwa Anda menghubungkan AC input dari penyearah jembatan. Juga, di sirkuit ini, IC 741 beroperasi sebagai pembanding. Anda harus memberikan tegangan suplai 12V.
Juga, pastikan Anda menghubungkan pin non-pembalik ke dioda 1N4148. Di sisi lain, Anda harus menghubungkan pin pembalik ke sinyal input pilihan.
Perhatikan bahwa bentuk gelombang output dari rangkaian Anda akan menjadi kebalikan dari sinyal input. Dengan demikian, rangkaian mengikuti prinsip detektor zero-crossing konvensional.
Ketika ada arus positif pada pin input, perangkat akan mendeteksi ini. Perubahan bentuk gelombang output akan terjadi ketika referensi tegangan nol. Hal sebaliknya akan terjadi ketika Anda menghubungkan arus yang berlawanan. Dalam hal ini, outputnya akan positif.
4. Aplikasi Zero-crossing Detector
Ada berbagai macam aplikasi sirkuit detektor zero-crossing. Anda akan menemukannya di perangkat elektronik seperti penghitung frekuensi. Selain itu, Anda juga akan menemukannya di sirkuit elektronika daya.
Gambar 4:Ilustrasi 3D Komponen Elektronik
Berikut adalah beberapa aplikasi khas dari rangkaian penyeberangan:
ZCD sebagai Pengukur Fase
Bila Anda memiliki dua tegangan, Anda dapat menggunakan ZCD sebagai pengukur fase untuk menentukan sudut fase. ZCD pertama-tama akan mendapatkan pulsa berurutan dalam siklus positif dan negatif. Kemudian akan mengukur tegangan interval waktu pulsa tegangan gelombang sinus pertama. Ini akan mengulangi proses untuk pulsa tegangan gelombang sinus lainnya.
Dengan demikian, interval waktu akan memberikan perbedaan fasa antara tegangan sinyal input. Anda dapat menggunakan pengukur fase untuk gelombang sinus dari nol derajat hingga 360 derajat.
ZCD sebagai Generator Penanda Waktu
Pertimbangkan diagram rangkaian komparator dari detektor zero-crossing pada Gambar 1. Jika pin input adalah gelombang sinus, sinyal output akan menjadi generator gelombang persegi. Sehingga akan terbentuk rangkaian seri.
Juga, pertimbangkan skenario ketika konstanta waktu relatif kecil untuk periode tersebut. Dalam contoh seperti itu, tegangan pada resistor dapat berupa pulsa positif. Juga, itu bisa menjadi pulsa negatif. Terapkan tegangan ke rangkaian clipper melalui dioda. Ini menghasilkan tegangan beban dengan pulsa positif saja. Oleh karena itu, Anda akan memiliki konversi gelombang sinus detektor zero-crossing menjadi pulsa positif. Prasyarat dari hasil ini adalah rangkaian jaringan dan rangkaian clipper.
Detektor Zero-Crossing Menggunakan IC 311 dan Transistor
Gambar 5:Grafik Gelombang
Anda juga dapat menggunakan detektor zero-crossing dalam desain rangkaian komparator Op-Amp. Kami telah mengilustrasikan aplikasi langsung ini pada Gambar 1. Ketika Anda menggunakannya dengan cara ini, itu akan menjadi konverter gelombang persegi.
Juga, di sirkuit ini, Anda dapat menggunakan pembanding pembalik atau non-pembalik sebagai detektor persilangan nol. Meskipun demikian, Anda harus memastikan bahwa Anda mengatur tegangan referensi ke nol.
Prinsip kerja rangkaian ini juga mirip dengan aplikasi detektor zero-crossing lainnya.
Jadi, ketika tegangan input positif melintasi nol, bentuk gelombang output akan berada dalam saturasi negatif. Di sisi lain, ketika tegangan input negatif, bentuk gelombang output akan berada dalam saturasi positif.
Oleh karena itu, siklus negatif pada input gelombang akan menghasilkan bentuk gelombang positif. Demikian pula, siklus positif pada input gelombang akan menghasilkan bentuk gelombang negatif.
Detektor zero-crossing Menggunakan Optocoupler
Cara lain menggunakan detektor zero-crossing adalah dalam proses desain optocoupler. Berikut adalah ilustrasi optocoupler desain analog.
Gambar 6:Ilustrasi Optocoupler
Melihat bentuk gelombang output dari rangkaian, itu berubah tergantung pada input. Misalnya, ketika sinyal input mencapai 0, bentuk gelombang output akan naik. Itu terjadi setiap kali sinyal input mencapai titik ini, seperti yang diilustrasikan pada contoh di atas.
Kesimpulan
Singkatnya, detektor zero-crossing sangat penting dalam sistem kontrol daya. Tanpa mereka, dimungkinkan untuk mengoperasikan sirkuit siklus AC.
Kami memiliki wawasan lain tentang jenis sirkuit lainnya. Lihat situs kami untuk informasi lebih lanjut tentang sirkuit. Juga, jangan ragu untuk menghubungi kami jika ada pertanyaan.
