Detektory prechodu napätia nulou

Nedávno som vyskúšal niekoľko rôznych obvodov pre detekciu prechodu striedavého napätia nulou. Ponúkam schémy zapojenia a namerané priebehy, mohlo by sa to niekomu hodiť. Jedná sa o zapojenia využívajúce len základné diskrétne súčiastky, takže by mali byť ľahko modifikovateľné a realizovateľné.

Na začiatok ešte ozrejmím čo si predstaviť pod týmto pojmom. Je to nejaký obvod, ktorý v momente kedy má sledované striedavé napätie nulovú hodnotu (a jeho blízkom okolí) vytvorí impulz (najlepšie obdĺžnikový a čo najstabilnejší). Tento impulz sa dá použiť ak potrebujeme niečo synchronizovať so sledovaným napätím (napr. triakový regulátor) alebo zisťovať prítomnosť striedavého napätia.

Detektory s usmerňovačom

Prvá forma je detektor, ktorý ako vstupný signál používa napätie dodávané usmerňovačom, jeho zapojenie vyzerá takto (aj s vlastným napájaním):


prva forma

Obvod v odľahčenej podobe:


bez napajania

Vytvárané impulzy sú na nasledujúcich obrázkoch, na treťom je nábeh napájania získaný simuláciou. S uvedenými hodnotami súčiastok som nameral impulzy so šírkou okolo 280 µs, boli trochu roztrasené ako ukazuje druhý obrázok.


cely priebeh
detail
nabeh napajania

Odpor R5 slúži ako záťaž usmerňovača, s usmerňovačom naprázdno zapojenie pracuje nestabilne. Obvod je možné prispôsobiť na inú veľkosť striedavého napätia zmenou odporov R1 a R2, vďaka zenerke D6 je tranzistor chránený pred špičkami prichádzajúcimi zo striedavého zdroja.
Šírku impulzov je možné ovplyvniť najľahšie zmenou R3, ale nemožno ich zužovať donekonečna, lebo na otvorenie tranzistora je potrebné určité napätie.

Detektory bez usmerňovača

Druhá možnosť sú detektory, ktoré sú pripojené priamo na zdroj striedavého napätia, jedna možná schéma je na nasledujúcej schéme.
Takýto detektor je vhodný vtedy, keď potrebujeme aby obvod nasledujúci za ním bol spojený priamo s jedným pólom striedavého zdroja.


bez usmernovaca 1

Synchronizačné impulzy získané pomocou neho sú na nasledujúcich snímkach, obvod bol napájaný zo stabilizovaného zdroja 12 V.


cely priebeh
detail

Ďalej je tu variant pre napájanie záporným napätím, pri meraní bol použitý jednocestný usmerňovač a stabilizácia zenerkou na -12 V (odpor R6 má úlohu umelej záťaže pre zdroj).


bez usmernovaca 2
cely priebeh
detail
detail

Upravovať šírku je impulzov je rovnako možné zmenou odporu R2, prispôsobenie na inú veľkosť synchronizačného napätia zmenou R1.

Galvanicky oddelený detektor

Ďalšia verzia je detektor, ktorého výstup je galvanicky oddelený od budiaceho striedavého napätia. Na izoláciu je použitý optočlen, viď schéma:


galv. izolovany

Kondenzátor C2 slúži na zmenšenie trasu impulzov, zväčšovaním jeho kapacity sa zmenšuje tras, ale zväčšuje fázový posun (takže oneskorenie impulzov voči skutočnému okamihu nulového vstupného napätia). Vstupný rezistor R1 treba použiť taký, ktorý má dostatočne vysoké dovolené pracovné napätie. Získané impulzy:

detail
detail

Ako vidno, impulzy nie sú celkom symetrické, je medzi nimi rozdiel asi 60 µs. Šírka impulzu je okolo 630 µs. Obvod dával stabilný výstup do 50 ms po pripojení vstupného napätia.