Sıfır-kürücükler, yüksek hassasiyetle frekans ölçüm ve sinyal senkronizasyonu temel alır. Bu demetleme akımını (AC) temiz bir dijital nabız trenine dönüştürmek için, mikro kontroller ve dijital mantıkları yüksek hassasiyetle ölçmek için sağlar. Operasyonel yükselteçler (op ampsiyonlar) bu sensörleri oluşturmak için esnek ve maliyet-tavreasyon sağlar.Bu makale yüksek kazançlarını ve hızlı yanıt özelliklerini kullanarak sıfır-crossing demetleri tasarlamak ve uygulamak için kapsamlı bir kılavuz sağlar.
Sıfır-Crossing Tespit Nedir?
Sıfır-pa algılama, AC sinyali gerilimi sıfır voltlar üzerinden geçtiğinde kesin anları tanımlar. Bir sinüsoidal dalgaform için, bu geçişler her bir döngüde durum değişir: pozitif devam eden geçiş sırasında ve negatif geçiş sırasında bir kez.Uygulamalar, sıfır-romanital bir sinyal analizinin çıktısı her sıfırda durum değişir.
Doğru sıfır algılama, tedarik raylarından birine hızlı ve temiz bir şekilde yanıt veren bir devre gerektirir, ancak, doğrusal amplikasyonun gürültü veya giriş dengelemesine neden olan yanlış tetikleyiciler olmadan. Op amplitüdatörler doğal bir seçimdir, çünkü açık-loop modunda çalışırlar, herhangi bir diya girişinin herhangi bir gerilimin çıktısını tedarik raylarından birine uygularlar.
Sıfır-Crossing Tespit için Neden Bir Op Ampi Kullanımı?
Özel kotarator ICs (örneğin, LM393, LM311) hızlı geçiş için optimize edilmiştir ve farklı mantık ailelerle birlikte doğrudan bağlantı kurmayı basitleştirmektedir. Ancak amplitüdler birkaç nedenden dolayı popüler kalır:
- [Düzük maliyeti ve kullanılabilirlik: [Düzen: 0,3,00 TL, TL, veya LM741 yaygın olarak stoklanmış ve ucuz.
- [FONT=0]Flexible power Supply:[Dönetici:[Dönetici:0)[FONT:0) Birçok af amplif tek veya iki kaynaktan çalışır, çeşitli sinyal aralıklarını taklit eder.
- [FONT:0]Built-in çıktı aşaması: Op ampleri genellikle dış çekme dirençleri olmadan düşük şarjlı yükleri kullanabilecektir.
- [FONT:0) Yüksek giriş engellendi:[Dönetici:[Dönetici:0) Op ampsiyon kaynağına en az yük sunar, giriş dalgaformunun bütünlüğünü korur.
Ancak, tüm durumlar için artırılmış amplitüdler ideal değildir. Onların çıktısı kurtarma süreleri, hesaplamalardan daha yavaş olabilir ve içsel histerilerden yoksundurlar, bu da dışsal olarak eklenmelidir.Af amplitüs kullanarak, tasarımcılar güvenilir sıfır aralıkta yük dengelemek için dikkat etmelidirler.
Temel Zero-Crossing dektör devresi bir Op Amp
En basit sıfır inçlik bir demet girişi, amplifiğin bir girişine ve sabit bir referans (tipik olarak zemin) diğer girişe bağlanır.Af amp açık-loop çalışır, bu yüzden olumlu diferansiyel girişler çıktının çıktısını olumlu tedarik rayına yönlendirirken, negatif bir giriş negatif demiryoluna yönlendirir.Bu eylem her seferinde sıfırlar sıfırlar geçer.
Kurulum
Notlama yapılandırması olmayanda, giriş AC sinyali doğrudan ve sezgisel olmayan girişlere uygulanır (), ve giriş noktasına bağlanır. giriş sinyali sıfırdan yukarı doğrulandığında, çıktı negatiftir.Bu, doğrudan ve sezgisel bir kurulum gerektirir.The circuit requires no external negative components, but the entry is referenced to ground.When the input signal, any DC dengeleme noktası.
Kurulum Yapın
Bu yapılandırma işlemi giriş sinyalini bir dirençle veya girişe karşı koruyucuyu besler, giriş sırasında sanal zeminin kesintiye uğraması için, girişte kutuplaşmanın eşit derecede iyi bir şekilde çalışması gerekir; seçim sinyal kutupluluk gereksinimlerine ve sonraki aşamalara dönük olarak faydalı olabilir.
Gürültü Immunity için Hysteresis ekleyin
Histeriler olmadan sıfır delikli bir demettir veya bu eşiğine geçiş yaparken birden fazla pul üretecektir.Bu, gürültüyü yavaş yavaş veya gürültüyü tetikler. Hysteresis (pozisyonlar) iki eşiği yaratır: yükselen kenar için bir tane ve düşme kenarı için bir tane daha düşük bir tane.Bu eşleme bandı arasındaki farkdır.Bu, yanlış bir sinyalin tetiklenmesini ve seslenmemesini önler. histeryen bir çıktı.
[FONT:0)[DÜŞÜNÜCÜDÜŞÜŞÜye: ÂHYS[Üye: 2)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye) Âyetim.
R)[Dönetici] ) Yerinden gelen 10 mV'den 100 mV'ye kadar, gürültü düzeylerine ve istenene bağlı olarak, V) [FLT[D][D][D][D][D][D][/D][/FONT=3][/FONT=4=0=0=1][/FONT=0=0=0=0=4=3|x x x x x x x x =3|p=3|p=3|p=3|p=3|p=3|p=
Histerilerin tasarımının ayrıntılı bir analizi için, Texas Instruments application notuTELFLT:0)"Zero-Crossing dector Circuits with Hysteresis).
Tasarım
Sağlam bir sıfır odalı bir demet inşa, hedef frekanslarında doğruluk ve güvenilirlik etkileyen çeşitli parametrelere dikkat gerektirir.
Hız ve Band genişlik
Afse amplifikasyonu, giriş sinyalinin sıfırdaki geçişlerini takip etmek için yeterince hızlı yanıt vermelidir.(Dörtücük) ve frekans 0,5 $ 'lık bir hız oranına sahip olmak için en az 6 s.
Band genişlik de önemlidir. Afrika ürünün (GBW) afrikaların yüksek oranda sinyal frekansında yüksek kazanç sağlamak için yeterince yüksek olması gerekir.For the op amp is used open-loop, its gain at the pass frequency is simply its open-loop gain, which is high at low frequency but rolls out. frequency above a few yüz kHz, a adanmış amfator or a very fast op (e.g., LM71 may be needed. SeeFLT:0).Bu analog cihazlar makale[DDDDD D D D D D D D D D D D P P P S S S P P P P P S S S S S S S S S S S S S S S S FONT=S S S S S S S S S FONT=S FONT=S S S S S S S S S S S S S S S S S FO
Giriş Offset Ger
Frekans ölçümünde, frekans hatalarına yol açan, a amplifiğin altında bir gerilim farklı olması için artırılmış bir hataya sahip olmak, sıfırdaki olaylarda sistematik bir hata sunmak.[Dönemli geçiş süresine göre, değişken geçiş süresine yol açabilir, bu da frekans hatalarına yol açabilir, özellikle de düşük sinyal amplifleri dengelemek için 100 μm’den daha yüksek bir şekilde denge sağlar.)
Güç Supply ve Çıktı Düzeyi
Op amp çıktıları tedarik raylarına yakın bir şekilde oturdu, ancak tam olarak onlara değil. Standart bir af amp için, çıkış hızı 0.8 V'nin altından 1-2 V olabilir. Bu mantık seviyesi etkiler.If the print should arabirim with a 5 V CMOS or TTL input, the op-crossing dedektörlerinin alt üst düzeye kadar hıza kadar gerektirdiğini fark eder.
Kazanılan Derece
Artırılmış (eğer gerekliyse) çok düşük frekanslı sinyalleri (örneğin, Pumpors for histeris için hassas% 1 metal film tipi kullanılabilir.Sürücükler darbe için kullanılan Capacitors (eğer gerekliyse) düşük sızıntı ve uygun gerilim derecelendirmesi gerekir.Çok düşük frekanslı sinyalleri (örneğin, Pump Hz gücü), elektroliz kapasitörler DC sızıntılarından uzaklaşabilir.
Frekans Ölçüm Sistemine Bütünleme
Sıfır-crossing dekürücü temiz bir dijital çıktı üretirken, bu sinyal, frekansı çıkarmak için bir mikrokontrol veya dijital karşı işlenmelidir. ölçüm yöntemi istenen karar ve güncelleştirme oranına bağlıdır.
Mikrokontroller Interface
Çoğu mikrokontrolü, her sıfırdaki olayda zamanlayıcı periferik işletime yanıt verebilecek dışsal kesme pinleri vardır. Başarıyla yükselen kenarlar arasındaki zaman aralığına eşitlenir (veya yarı döngüsü, her iki kenarda da kullanılan bir zamanlayıcı periferik işletime bağlı olarak). Frekans f = 1/T.
Dönem Ölçme vs. Frekans Saying
Düşük frekanslı sinyalleri (yaklaşık 10 kHz) için, dönemleri doğrudan daha yüksek çözünürlükte ölçtü. 1 MHz saat ile 16 bit zamanlayıcı, 1 μs'nin bir kararı ile 60 Hz dönemi (6.67 m) daha iyi bir frekans için hızlanır, yüksek frekanslı sinyalleri azaltır, sabit bir kapı zamanında (örneğin, 1 saniye) daha iyi sonuçlar verir.
Frekans ölçüm teknikleri üzerinde mükemmel bir kaynak, [[0)NXP uygulama notu AN1222), frekans ölçüm için sıfır-ortalama algılama üzerinde.
Birden fazla Zero Crossings ile doğruluk geliştirmek
Jitter ve niceleştirme hatasının etkilerini azaltmak için, ortalama birkaç döngü üzerinde ölçülme aralığı. Örneğin, saat 10'u ardışık döngüler ve ortalama süreyi 10'a çıkarmak için bölün. Bu teknik özellikle giriş sinyalinin rastgele zaman aralığının biraz değiştiğinde faydalıdır.
Pratik İpuçları
- [FONT=0)Input protection:[Dönetici:[Dönetici:0) Giriş sinyali, af amplifürücü gerilimleri aşabilirse, 1N4148) her girişten hasara karşı çıkar. Series dirençlerini sınırlayabilir.
- [FONT:0) filtreleme:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yere girişten küçük bir kapasitör (1-10 nF) yüksek frekanslı gürültüyü azaltan düşük frekanslı bir filtre oluşturur, yanlış tetikleyicilerin şansını azaltır.
- [FONT:0]Schmitt tetikleyicisi:[Döneticileri geri bildirim döngüsü, bir Schmitt tetikleyicisine dönüşen bir geri dönüşe neden olur.Rektör değerlerinin geçişte temiz bir başlangıç sağlamasını sağlayın.
- [FONT:0)Supply decoupling: Place 0.1 μF seramik kapasitors, tedarik hatlarından yüksek frekanslı gürültüyü atlatmak için artırılmış olan apara pimlerine yakın.
- [FONT:0)Testing:[Dönetici:[Dönetici:0)Testing:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir sine dalga enjekte etmek ve bir oscilloskopdaki çıktıyı gözlemlemek için bir işlev jeneratörü kullanın.
Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları Uygulamaları
Artırılmış amförlerle inşa edilen Zero-crossing dedektörleri çok sayıda gerçek dünya sisteminde bulunur:
- [FONT=0)Power line frekansı izleme:[Döneticileri, Radyatör Hz çıktısını koruyor ve ağ senkronizasyonu için faz geçişlerini tespit ediyor.
- [FONT=0)Demo frekansı ölçümü:[Dönetici:[Dönetici:0)Determining the basic frequency of a müzikal not or voice signal for melodirs and detel pitchs.
- [FONT=0)AC motor kontrolü: [Dönetici: 0,3][-crossing puanları kullanarak triac veya yourristor ateşlerini faz kontrol devrelerinde tetikle.
- [FONT:0)Data İletişim: Manchester-coded veya bifak sinyallerinden sıfır geçişleri tespit ederek saat zamanlamasını yeniden keşfedin.
- [FONT=0)Vibration analizi:[Dönetici:0) Mekanik salınımların frekansını şartsız bir şekilde ölçümler.
Pratik bir tasarım örneği için, [[GÖRÜT:0)Maxim uygulama notu, güç ölçüm için sıfır-crossing dedektörler üzerinde [DÜT:1).
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Operasyonel yükselteçler, sıfır ölçüm sistemleri için uygun olmayan ve erişilebilir bir platform sağlar.Deteratörler, hız, denge ve gürültü bağışıklığı, tasarımcılar, çeşitli AC giriş sinyallerinden uygulamalar için hassas frekans ölçümlerini sağlayabilir. Add histeriler, sağlam işlem için idealdir ve dikkatli bir bileşen seçimi istenen frekans aralığında performans sağlar.Bir mikro kontrol veya dijital zamanlayıcı ile entegre edildiğinde, sonuçlanan sistem, sinyal analizine yönelik uygulamalar için hassas frekans ölçümlerini sağlayabilir.