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Detectores de cruce por cero:proteja de manera eficaz los equipos electrónicos sensibles

¿Cómo soportan los sistemas de control de potencia las altas corrientes de irrupción? Parece una tarea ardua. No obstante, aquí es donde los detectores de cruce por cero (ZCD) resultan útiles.

Con la detección de cruce por cero, la transición de una forma de onda de señal ocurrirá sin problemas. Por lo tanto, un circuito detector de cruce es importante para los sistemas que requieren un intervalo de tiempo.

Explicaremos cómo funcionan los detectores de cruce por cero. Además, explicaremos métodos simples para crear un circuito detector de cruce. Por lo tanto, sigue leyendo para obtener información.

1. Principio de detectores de cruce por cero

Un detector de cruce por cero opera en una red de circuitos de sistemas de control de energía eléctrica. Facilita la conversión de una forma de onda de salida del comparador. Ocurre cuando una señal de CA alcanza un voltaje de referencia cero. En consecuencia, el dispositivo se retrasa en el tiempo. El objetivo es proteger el circuito de altas corrientes de señal de entrada.

2. Descripción básica del circuito de detectores de cruce por cero

Primero, aquí hay una ilustración de un circuito detector de cruce por cero.

Figura 1:Ilustración de un diagrama de circuito de un detector de cruce por cero.

La ilustración del circuito en serie anterior muestra un circuito detector de cruce simple. Durante el montaje, conecte la señal de entrada al terminal inversor del amplificador operacional. Para el terminal no inversor, conéctelo a tierra mediante resistencias de entrada.

El dispositivo identifica cuando la señal de entrada es diferente del voltaje de referencia. Debe establecer el voltaje de referencia en 0. Por lo tanto, cada vez que esto suceda, el nivel de saturación de las señales de salida cambiará.

Figura 2:una placa de circuito

Aplicar una señal de entrada en el terminal no inversor del amplificador operacional. En este caso, el nivel de referencia de voltaje está en cero. El sistema comparará la onda sinusoidal en la entrada del amplificador operacional con la referencia de voltaje.

Cada instancia, la fase de la onda sinusoidal cambiará de negativa a positiva y viceversa.

Consideremos cada escenario probable de la señal de entrada.

Tomemos, por ejemplo, un caso en el que hay una señal sinusoidal positiva en la entrada. El comparador comparará la señal de entrada con el nivel de voltaje de referencia. Por lo tanto, la ecuación de este escenario es:

V Salida =VReferencia – VSeñal de entrada

Por lo tanto, dado que tiene un voltaje de referencia de 0 V, podemos igualar VReferencia a cero. Por lo tanto, la ecuación cambiará a:

V Salida =0 – VSeñal de entrada

En consecuencia, el voltaje de la señal de forma de onda de salida tendrá una saturación negativa. Compruebe esta ecuación final:

V Salida =– VSeñal de entrada

Por lo tanto, un pulso positivo produce una forma de onda de salida negativa.

Por otro lado, considere un escenario cuando hay una señal sinusoidal negativa. Nuevamente, el comparador comparará la señal de entrada con el nivel de voltaje de referencia.

Por lo tanto, la ecuación será nuevamente V Salida =VReferencia –VSeñal de entrada.

Cuando reemplazamos el =VReferencia en la ecuación con cero, obtendremos,

V Salida =0 – (VSeñal de entrada )

Por lo tanto, V Salida =+ VSeñal de entrada

La señal de forma de onda de salida tendrá una saturación positiva en este caso.

Por lo tanto, el detector de cruce por cero convierte eficientemente la señal de entrada a la forma de onda de salida de signo opuesto. Si la señal de entrada es negativa, el circuito de cruce la convierte en positiva y viceversa.

3.¿Cómo hacer un circuito detector de cruce por cero?

Figura 3:Ondas sinusoidales

Puede diseñar fácilmente un detector de cruce por cero. Además, puede utilizar este circuito para una amplia gama de aplicaciones.

Estos son los componentes que necesita para este circuito:

Un diodo Zener de 6V

Dos resistencias de 100 K

Comparador IC 741

Debe asegurarse de conectar la CA de entrada desde un puente rectificador. Además, en este circuito, el IC 741 funciona como comparador. Debe proporcionar un voltaje de suministro de 12V.

Además, asegúrese de conectar el pin no inversor a un diodo 1N4148. Por otro lado, debe conectar el pin inversor a la señal de entrada de su elección.

Tenga en cuenta que la forma de onda de salida de su circuito será la inversa de la señal de entrada. Por lo tanto, el circuito sigue los principios de los detectores de cruce por cero convencionales.

Cuando hay una corriente positiva en el pin de entrada, el dispositivo lo detectará. El cambio de la forma de onda de salida ocurrirá cuando la referencia de voltaje esté en cero. Sucederá lo contrario cuando conectes una corriente opuesta. En este caso, la salida será positiva.

4. Aplicaciones del detector de cruce por cero

Existe una amplia gama de aplicaciones de los circuitos detectores de cruce por cero. Los encontrará en un dispositivo electrónico como un contador de frecuencia. Además, también los encontrará en circuitos electrónicos de potencia.

Figura 4:una ilustración en 3D de componentes electrónicos

Estas son algunas de las aplicaciones típicas de un circuito de cruce:

ZCD como Fasímetro

Cuando tiene dos voltajes, puede usar un ZCD como medidor de fase para determinar el ángulo de fase. El ZCD obtendrá primero pulsos secuenciales en los ciclos positivo y negativo. Luego, medirá el voltaje del intervalo de tiempo del primer pulso de voltaje de onda sinusoidal. Repetirá el proceso para el pulso de voltaje de la otra onda sinusoidal.

Por lo tanto, el intervalo de tiempo dará la diferencia de fase entre los voltajes de la señal de entrada. Puede usar el medidor de fase para ondas sinusoidales de cero grados a 360 grados.

ZCD como generador de marcadores de tiempo

Considere el diagrama del circuito comparador de un detector de cruce por cero en la Figura 1. Si el pin de entrada es una onda sinusoidal, la señal de salida será un generador de onda cuadrada. Por lo tanto, creará un circuito en serie.

Además, considere un escenario en el que la constante de tiempo sea relativamente pequeña para el período. En tal caso, el voltaje en las resistencias puede ser un pulso positivo. Además, puede ser un pulso negativo. Aplique un voltaje a un circuito recortador a través de un diodo. Produce voltaje de carga solo con pulsos positivos. Por lo tanto, tendrá una conversión de la onda sinusoidal de un detector de cruce por cero en pulsos positivos. El requisito previo de este resultado es un circuito de red y un circuito recortador.

Detector de cruce por cero con IC 311 y transistor

Figura 5:Gráficos de onda

También puede usar un detector de cruce por cero en el diseño de un circuito comparador de amplificador operacional. Hemos ilustrado esta aplicación directa en la Figura 1. Cuando lo use de esta manera, será un convertidor de onda cuadrada.

Además, en este circuito, puede usar el comparador inversor o no inversor como detector de cruce por cero. No obstante, debe asegurarse de establecer el voltaje de referencia en cero.

El principio de funcionamiento de este circuito también es similar al de otras aplicaciones de detectores de cruce por cero.

Por lo tanto, cuando el voltaje de entrada positivo cruza cero, la forma de onda de salida estará en saturación negativa. Por otro lado, cuando el voltaje de entrada es negativo, la forma de onda de salida estará en saturación positiva.

Por lo tanto, los ciclos negativos en la entrada de onda producirán formas de onda positivas. De manera similar, los ciclos positivos en la entrada de onda producirán formas de onda negativas.

Detector de cruce por cero mediante optoacoplador

Otra forma de usar un detector de cruce por cero es en el proceso de diseño de un optoacoplador. Aquí hay una ilustración de un optoacoplador de diseño analógico.

Figura 6:Ilustración de un optoacoplador

Mirando una forma de onda de salida del circuito, cambia dependiendo de la entrada. Por ejemplo, cuando la señal de entrada llega a 0, la forma de onda de salida aumentará. Ocurre cada vez que la señal de entrada llega a este punto, como se ilustra en los ejemplos anteriores.

Conclusión

En pocas palabras, los detectores de cruce por cero son esenciales en los sistemas de control de potencia. Sin ellos, sería posible operar circuitos de ciclo de CA.

Tenemos otras ideas sobre otros tipos de circuitos. Consulte nuestro sitio para obtener más información sobre los circuitos. Además, no dude en ponerse en contacto con nosotros ante cualquier consulta.


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