שימוש באמפס אופיים כדי לבנות גלאי חוצה אפס עבור מערכות מדידה תדירות

גלאי אפסיים הם אבן הפינה של מדידה תדירות וסינתזה אותות במערכות אלקטרוניות.על ידי המרת אנלוגיה שינוי נוכחי (AC) גלפור לתוך רכבת הדופק הדיגיטלי נקי, הם מאפשרים מיקרובקרים ולוגיקה דיגיטלית כדי למדוד את התדר עם דיוק גבוה.מגברי תפעול (op amps) מציעים דרך גמישה ויעילה לבנות גלאיים אלה, למינוף התגובה הגבוהה שלהם ולהשיג תכונות מתקדמות כדי לשילוב, עיצוב מהיר, עיצוב של תדרים, ומדליקומים, כדי לשילוב מהיר, ומדיקטיבי, כדי לדגמי פעולה מהירה, כדי לדגמי מעגל במהירות, עיצוב, עיבוד זה.

מה זה Zero-Crossing Detection?

גילוי חוצה אפס מזהה את הרגעים המדויקים כאשר מתח אות AC עובר דרך אפס תנודתיות. עבור גלנוסי גלפור סינוסיאידים, המעברים האלה מתרחשים פעמיים במחזור: פעם במהלך המעבר החיובי, פעם במהלך המעבר השלילי-הולך.הפלט של גלאי תזמון אפס-קרוס הוא אות דיגיטלי שמשנה את המדינה בכל אירוע אפס-קרוס.

זיהוי אפס חוצה דורש מעגל שמגיב במהירות ובנקי לשינויים במתח ליד אפס, ללא גורמים כוזבים שנגרמו על ידי רעש או קלטות. Op amps המוגדר כנספחים הם בחירה טבעית כי הם פועלים במצב פתוח, שבו כל מתח אחר כוח קלט שונה כוח את הפלט לאחד ממסילות האספקה.

מדוע להשתמש ב-Amp for Zero-Crossing Detection?

קומפוטור ייעודי ICs (למשל, LM393, LM311) הם אופטימיזציה עבור מעבר מהיר ויש להם פלטי קולקטור פתוחים כי לפשט את הפונה עם משפחות לוגיות שונות.אבל אמפס נשאר פופולרי עבור גלאי אפס חוצה כמה סיבות:

• (ב) .0 (לאו עלות וזמינות: FLT:1Build-purpose ⁇ ⁇ ⁇ LM358, TL081, או LM741 הם מלאים וזולים.
• אספקת חשמל:0 (FLT:1, ⁇ ) , אספקת חשמל ⁇ : 1 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• שלב הפלט:0 (Built-in פלט: FIRLT:1) Op amps בדרך כלל יש פלטי דחיפה-pull שיכולים להניע עומסים נמוכים של הימנעות ממשיכת-החלפה ללא התנגדות חיצונית.
• (ב) ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עם זאת, ⁇ אינם אידיאליים עבור כל המצבים.זמני ההתאוששות הפלט שלהם יכולים להיות איטי יותר מאשר מפורנים, והם חסרים היסטריה פנימית, אשר חייב להיות הוסיף חיצוני.כאשר משתמשים ב-Ops, מעצבים חייבים לשים לב לשיעור סלים, רוחב פס, ומתח הפחתה להורדת קלט כדי להבטיח זיהוי אפס-קרוס אמין בתדרים הרצוי.

⁇ Zero-Crossing Detector מעגל עם Amp

הגלאי הפשוט ביותר אפס חוצה את אות הקלט לקלט אחד של האמפ ואת ההתייחסות הקבועה (קרקע קדחתנית) לקלט השני.האמפ פועל פתח-פרפרלופ, כך שכל קלט שונה חיובי מניע את הפלט למסילות אספקה חיובית, בעוד קלט שלילי מניע אותו למסילות הרכבת השלילית.פעולה זו מייצרת גל גדול שמשנה כל פעם את אפס תנודתיות.

לא למנוע גינוי

בתצורה שאינה מונעת, אות ה- AC הקלט מוחל על קלט שאינו מונע (+), והקלט המופנם (-) מחובר לקרקע. כאשר אות הקלט הוא מעל אפס, הפלט חיובי; כאשר מתחת לאפס, הוא מתפתל שלילי.זהו מבנה ישיר ואינטואיטיבי.העיגול אינו דורש שום רכיבי הטיה חיצוניים, אלא משום שהקלט הוא התייחסות לסימן של אות, כל הפיכה של DC עלולה להישבר את הניתוק.

מניעת סודיות

התצורה המונעת מאכילה את אות הקלט באמצעות התנגדות לקלט, עם הקלט הלא-מכוון המוצב.הסידור הזה מונע את הקוטביות הפלט ביחס לקלט: קלט חיובי מייצר פלט שלילי, ולהיפך.השלבים המחוסנים יכולים להיות שימושיים כאשר מקור האות יש פלט גבוה, כמו הקרקע הווירטואלית במנעול התצורה של עבודה מופחתת באופן שווה; הן בהתאם לדרישות העבודה;

עקבו אחרי Noise Immunity

גלאי אפס חוצה ללא היסטרנסיס יבודד או יניב דופקים מרובים כאשר אות קלט חוצה לאט או רוכב על רעש. Hysteresis (שוב חיובי) יוצר שני מתחי סף: אחד עבור קצה העולה ואחד נמוך יותר עבור קצה הנפילה (הבדל בין סף אלה הוא להקת ההיסטריה.

(ב) ויקרא י"א): "[ה] ויקרא ויקרא ויקרא יט:2]" (בראשית כ"ד:2 ויקרא יט:2 ויקרא יט:2 ויקרא יט: ויקרא יט: ויקרא יט"ד , ויקרא י"ד , ויקרא ויקרא יט: ויקרא ויקרא יט"ד"ד יט"ד ויקרא י"ד יט:

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לצורך ניתוח מפורט של עיצוב היסטריה, התייחס להודעה של יישום טקסס מכשירים (FLT:0) Zero-Crossing Detector מעגלים עם Hysteresis"ראה FLT:1.

שיקולים

בניית גלאי אפס-קרוס חזק דורש תשומת לב זהירה למספר פרמטרים המשפיעים על דיוק ואמינות בתדרי היעד.

מהירות ו Bandwidth

(ה) יש להגיב במהירות מספיק כדי לעקוב אחר מעברי אפס מעברים של אפס-מעבר (המפרט המרכזי הוא ה-FLT:0slew RateFLT:1), אשר מגדיר כמה מהר מתח התפוקה יכול להשתנות.עבור ריבוע של 10 ליטר VFLT (מינימום) עם רמת ה- VLT של 24,000 ליטרים (או LT) הוא פחות מהיר של 0.

(בנדיד גם משנה) המוצר (GBW) של האמפ חייב להיות גבוה מספיק כדי לשמור על רווח גבוה בתדירות האות.מכיוון שהאמפ משמש פתח-פרלופ, רווחו בתדירות המעבר הוא פשוט רווח גלוי שלו, שהוא גבוה בתדרים נמוכים אבל מתגלגל.עבור תדרים מעל כמה מאות kHz, מתווך ייעודי או מהפך מהיר מאוד (F במהירות גבוהה) להשוואה:0 ספקטרום גבוה של סימולטורים (p.

עקבו אחרי Voltage

(ו) שימוש במסכה (VirFLT:0) גורם ל-Emp להתחיל מתח שונה מ-41 אמיתי, המציג שגיאה שיטתית בתזמון של אירועים אפסיים (אפסיים) למדידת תדר, מרידת ה-Doutset) יכולה להוביל לשגיאות מהירות, במיוחד בדגימות נמוכות.

כוח אספקה ורמת בחוץ

(א) פלטי אמפ ישארו קרוב למסילות האספקה, אך לא בדיוק עבורם.עבור תצורה סטנדרטית, נדנדה הפלט עשוי להיות 1-2 V הרחק מהמסילות תחת העומס, זה משפיע על תאימות ברמת ההיגיון.אם הפלט חייב לממשק עם 5 V CMOS או TTL קלט, להבטיח את התפוקה של רמת ה-VLT גבוהה של קיבולת גבוהה מעל 3.5 V ורמת נמוך שלה הוא 0.8 {\displaystyle 0.

בחירה מתאימה

בנוסף ל- PCB mp, רכיבים פסיביים חיצוניים משפיעים על הביצועים. Resistors עבור היסטריה צריך להיות דיוק 1% סוגי מתכת סרט כדי לשמור על סף יציב. Capacitors המשמשים להפיכה (אם יש צורך) חייב להיות דליפה נמוכה ודירוג מתח מתאים. עבור אותות נמוך מאוד קידוד נמוך מאוד (למשל, 50 / 60 הרץ כוח), capacitors אלקטרוליטי יכול לשמש אבל יכול להציג אותות ניקוי גבוה יותר עבור איפור.

שילוב מערכת מדידה תדירות

ברגע הגלאי אפס חוצה מייצר פלט דיגיטלי נקי, אותו אות חייב להיות מעובד על ידי מיקרובקר או נגד דיגיטלי כדי לחלץ את התדירות.שיטת המדידה תלויה ברזולוציה הרצויה וקצב העדכון.

מיקרובקר Interface

לרוב המיקרובקרים יש סיכות להפריע חיצוני שיכול להגיב על עלייה ונפילה הקצוות. על ידי חיבור פלט הגלאי אפס חוצה את הפלט ללוח מפריע, הקושחה יכולה לזמן את המרווחים בין הקצוות.לדוגמה, באמצעות לוח זמנים שפועל במצב לכידת, המיקרובקר יכול להקליט את השעון בכל אירוע אפס-קרוס.

מדד תקופתיות לעומת תדירות ספירת

עבור אותות נמוכים ⁇ (בנמוך כ 10 kHz), מדידת התקופה ישירות מניבה החלטה גבוהה יותר. A 16 סיביות עם שעון MHz 1 MHz יכול למדוד תקופת 60 הרץ (16.67 מ"ס) עם החלטה של 1 μs, נותן רז רז רז רז רז רזולוציית יותר מ 0.01 הרץ. עבור אותות גבוהים, ספירת מספר המחזורים בזמן קבוע (למשל, 1) מספק תוצאות טובות יותר עבור תדרים עבור מדידה גבוהה.

משאב מעולה על טכניקות מדידה תדירות הוא FLT:0NXP הערה AN1222FIRLT:1 על גילוי אפס-מעבר למדידת תדר.

שיפור ההסכמה עם מספר אפס מעברים

כדי להפחית את ההשפעות של שגיאות Jitter ו- קוונטיזציה, ממוצע המרווחים הממדדים על פני מספר מחזורים.לדוגמה, זמן 10 מחזורים רצופים ודיבידנד על ידי 10 כדי לקבל את התקופה הממוצעת.טכניקה זו מועילה במיוחד כאשר אות קלט יש רעש מפוספס מעט את נקודת המעבר.הממוצע מסנן ביעילות תזמון אקראי וריאציות.עם זאת, averaging מציגה קוצר רוח; שיעור העדכון הופך איטי יותר עבור זמן מסחר.

טיפים אמיתיים

• (FLT:0) Input Protection: (איור 1: 1) אם אות הקלט יכול לעלות על מתחי האספקה של פומפ, להוסיף דידות קלפיות (למשל, 1N4148) מכל קלט למסילות האספקה כדי למנוע נזק.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : 1FLT:1 a Small Capacitor (1-10 nF) מן הקלט לקרקע יוצר מסנן נמוך-pass כי הוא מזרז רעש גבוה, צמצום הסיכוי של גורמים מזויפים.
• (ב) ⁇ :0) ,(הההיסטריה: 1) לולאת משוב ההיסטריה הופכת באופן טבעי את האמפ לתוך גורם שימיט.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ :0) , ⁇ (ב) , עיין בפלט על oscilloscope.

יישומים

גלאי אפס-קרוס שנבנו עם משככי עיניים נמצאים במערכות רבות בעולם האמיתי:

• (FLT:0) Power line ניטור: FLT:1 מבטיח גנרטורים לשמור על פלט 50/60 הרץ וזיהוי שינויים שלב עבור סינכרוניזציה ברשת.
• (ב) ,0) למדידת תדרי הרדיו: 1FLT:1 קביעת תדירות היסוד של הערה מוזיקלית או אות קול עבור מכוינים וגלאי פוסטר.
• (FLT:0) בקרת מנוע:0) ניהול מנוע: 1 (ב) שימוש בנקודות אפס-קרוסות כדי לגרום טריאק או Thyristor לירות במעגלים של שליטה בשלב.
• (FLT:0) מידע תקשורת: תזמון השעון המחודש של מנצ'סטרקוד או אותות דופזה על ידי זיהוי אפס מעברים.
• (ב) ,0) ניתוח של הנדסת חשמל: 1FLT:1 measuring תדירות של תנודות מכניות מפלטי מדממים לאחר המיזוג.

לדוגמה עיצוב מעשי, ראה את ה-FLT:0 [xim] יישום הערה על גלאי אפס-קרוסה למדידת כוח 1.

מסקנה

מגבר תפעולי מספק פלטפורמה תכליתית ונגישה לבניית גלאי אפס-crossing המותאמים למערכות מדידה תדירות. על ידי הבנת ה- Trading-offs בין מהירות, מכבה, וחסינות רעש, מעצבים יכולים ליצור מעגלים המספקים דופקים דיגיטליים נקיים ממגוון אותות קלט AC.הוספת היסטריה היא חיונית עבור תפעול חזק, ובחירת רכיב זהירה מבטיחה ביצועים בטווח הרצוי כאשר משולבים עם מעבד דיגיטלי או מעבד בקרה מדויק, עם מדידה, עם פורמט מדויק של תדרים, עם שיטות בקרה.