本文详细讨论了两种不同电路的过零检测器。在本教程的最初几段，您将学习使用使用流行的741 IC设计的运放过零检测器。我们有一个整洁的过零检测器的电路图，我们已经解释了它的工作原理和背后的简单易懂的文字。在本教程的中间部分，您将学习过零检测器的两种应用——时间标记发生器和相位计。在文章的最后，我们又画了一个用IC 311和晶体管设计的过零检波器的电路图。
采用741集成电路的过零检测器
过零检测电路是该技术的一个重要应用运算放大器比较器电路．它也可以称为正弦波到方波转换器。任何反相或非反相比较器都可以用作过零检测器。唯一需要改变的是与输入电压进行比较的参考电压必须为零(Vref = 0V)。输入正弦波为Vin。这些如图所示的电路图和0V基准电压的逆变比较器的输入和输出波形。
如波形所示，对于参考电压0V，当输入正弦波通过零点并朝正方向移动时，输出电压Vout被驱动至负饱和。类似地，当输入电压通过零并沿负方向移动时，输出电压被驱动至正饱和。二极管D1和D2也称为钳位二极管。它们用于保护运算放大器不因输入电压增加而损坏。它们将差分输入电压钳制为+0.7V或-0.7V。
在某些应用中，输入电压可能是低频波形。这意味着波形变化缓慢。这导致输入电压过零电平的时间延迟。这导致输出电压在上、下饱和电平之间切换的进一步延迟。同时，运放中的输入噪声会导致输出电压在饱和电平之间切换。因此，除输入电压外，还检测噪声电压的过零。这些困难可以通过使用a具有正反馈的再生反馈电路这会使输出电压变化更快，从而消除由于运算放大器输入端的噪声电压而导致的任何错误过零的可能性。
作为时间标记发生器的过零检测器
对于输入的正弦波，过零检波器的输出是方波，进一步通过RC串联电路。如下图所示。
如果与输入正弦波的周期T相比，时间常数RC非常小，则称为Vr的RC电路网络R上的电压将是一系列正负脉冲。如果使用二极管D将电压Vr施加到削波器电路，则负载电压Vload将仅具有正脉冲，并将剪除负脉冲。因此，通过添加RC网络和限幅电路，将输入为符号波的过零检测器转换为间隔T的正脉冲序列。
作为相位计的过零检测器
过零检测器可用来测量两个电压之间的相角。其工作原理与上述电路相同。得到了正、负周期脉冲序列，测量了正弦波电压脉冲与第二正弦波电压脉冲之间的时间间隔。这个时间间隔与两个输入正弦波电压之间的相位差成正比。相位计的测量范围为0°到360°。
使用IC 311和晶体管的过零检测器
下图显示了使用8针DIP单元311 IC的过零检测器。311运算放大器IC的输出连接到开路集电极NPN晶体管。一个20千欧姆的负载电阻器连接到晶体管的输出端。
对于正输入信号，即对于高于0伏的输入正弦波，运算放大器的输出将关闭晶体管，晶体管的输出变高。电路中的低状态类似于-10伏，电路中的高状态类似于-10伏。
晶体管的输出指示输入电压是否大于或小于0伏。简而言之，如果输入信号为正电压，晶体管的输出将为低。如果输入信号为负电压，晶体管的输出将为高。
4.评论
有多少电压提供过零检测器
图中整流二极管的作用是什么?
对于差动输入保护，使差动输入保持在700mV以内。
741集成电路是相对缓慢的，这限制了零过检波器的使用与它在10千赫左右