It is time to see another practical circuit with operational amplifiers, you would be surprised how many things can be done with this integrated circuit but do not worry, we will see little by little those that I consider most useful and so we will be collecting them in the blog.
This time we are going to see a zero crossing detector, how it is connected, how it works and some of its utilities.
Ha llegado el momento de ver otro circuito pr谩ctico con amplificadores operacionales, te sorprender铆a la cantidad de cosas que se pueden hacer con este circuito integrado pero no te preocupes, iremos viendo poco a poco los que considero m谩s 煤tiles y as铆 vamos a irlos coleccionando en el blog.
En esta ocasi贸n vamos a ver un detector de cruce por cero, como se conecta, como funciona y algunas de sus utilidades.
The principle of operation is very simple, what we do is to generate a controlled signal whose function will depend on the behavior of an uncontrolled signal.
We configure the operational amplifier so that it produces a change in its output when the measured signal crosses the level of 0 which can occur in two directions, from a positive value to a negative value and from a negative value to a positive value.
When the change is from positive to negative the output goes from positive saturation to negative saturation and when the change is from negative to positive the output goes from negative saturation to positive saturation, the change in the output occurs just at the moment when the signal is zero, that is why we call it a zero crossing detector.
El principio de operaci贸n es muy sencillo, lo que hacemos es generar una se帽al controlada cuya funci贸n depender谩 del comportamiento de una se帽al no controlada.
Configuramos el amplificador operacional de manera que produzca un cambio en su salida cuando la se帽al medida cruce el nivel de 0 lo cual puede ocurrir en dos sentidos, de un valor positivo a un valor negativo y de un valor negativo a un valor positivo.
Cuando el cambio es de positivo a negativo la salida pasa de saturaci贸n positiva a saturaci贸n negativa y cuando el cambio es de negativo a positivo la salida pasa de saturaci贸n negativa a saturaci贸n positiva, el cambio en la salida ocurre justo en el momento en el que la se帽al es cero, por eso lo llamamos detector de cruces por cero.
The circuit design is also simple, for this we will use an open loop operational amplifier so that it acts as a comparator, if we place a fixed value at the inverting input then the value of a variable signal at the non-inverting input will produce a change in the output when there is a change for values equal to that of the inverting input.
When V(+)>V(-) then out goes from -Vsat to +Vsat and vice versa, as we want these changes to occur at zero crossings the fixed value we place on the inverting input is 0V, this is achieved by connecting this input to ground.
El dise帽o del circuito tambi茅n es simple, para ello usaremos un amplificador operacional en lazo abierto de manera que act煤a como un comparador, si colocamos un valor fijo en la entrada inversora entonces el valor de una se帽al variable en la entrada no inversora producir谩 un cambio en la salida cuando exista un cambio para valores iguales al de la entrada inversora.
Cuando V(+)>V(-) entonces out pasa de -Vsat a +Vsat y viceversa, como queremos que estos cambios se produzcan en los cruces por cero el valor fijo que colocamos en la entrada inversora es 0V, esto se logra conectando esta entrada a tierra.
Previously we used the comparator circuit to sense the small changes that may occur in a variable and thus create a discrete control, this time we are applying the same principle to a periodic signal, that is, it will be constantly changing its values even at a very fast rate.
Now the interesting question arises: Why on earth should I care when a signal crosses zero if it is doing so at a rate of 30 times per second?
Circuits are designed to meet needs and needs arise when we work on specific applications, now let's think about an ideal charge transfer system.
A load transfer system consists of a main and an auxiliary power supply. When the main supply fails, the load is instantly transferred to the auxiliary and no power outages occur.
When the main supply is restored the auxiliary source has to return the load but here an important phenomenon occurs, to transfer the load it must be guaranteed that both sine waves are in phase so that in this way the load does not suffer possible damage.
Anteriormente usamos el circuito comparador para sensar los peque帽os cambios que puedan ocurrir en una variable y de esta forma crear un control discreto, en esta ocasi贸n estamos aplicando el mismo principio a una se帽al peri贸dica, es decir, estar谩 cambiando constantemente sus valore incluso a un ritmo muy r谩pido.
Ahora se produce la pregunta interesante: 驴Por qu茅 rayos deber铆a interesarme cuando una se帽al cruza por cero si lo est谩 haciendo a un ritmo de 30 veces por segundo?
Los circuitos se dise帽an para satisfacer necesidades y las necesidades surgen cuando trabajamos en aplicaciones espec铆ficas, ahora pensemos en un sistema de transferencia de cargas ideal.
Un sistema de transferencia de cargas consiste en un suministro de energ铆a principal y uno auxiliar, cuando falla el suministro principal la carga se transfiere instant谩neamente al auxiliar y no ocurren cortes de energ铆a.
Cuando se restablece el suministro principal la fuente auxiliar tiene que devolverle la carga pero aqu铆 ocurre un fen贸meno importante, para transferir la carga se debe garantizar que ambas ondas senoidales est茅n en fase para que de esta forma la carga no sufra posibles da帽os.
In order to transfer the load the phases must be synchronized and a zero cross detector is very useful in this task, we can control the phase of the auxiliary supply but not the main supply, then we detect the zero crossings of the main supply and vary the phase of the auxiliary until the zero crossings coincide in the same direction.
So the main utility of a zero crossing detector is in synchronization applications and it is important to note that regardless of the shape of the input waveform the output will still respond to the zero crossings so it applies not only to sine waves but to anything that oscillates between values greater and less than zero.
As usual I offer an illustrative simulation of the above.
Para poder transferir la carga las fases se deben sincronizar y un detector de cruces por cero es muy 煤til en esta tarea, podemos controlar la fase del suministro auxiliar pero no el del suministro principal, entonces detectamos los cruces por cero del suministro principal y variamos la fase del auxiliar hasta que los cruces por cero coinciden en la misma direcci贸n.
As铆 que la utilidad principal de un detector de cruces por cero es en aplicaciones de sincronizaci贸n y es importante resaltar que sin importar la forma que tenga la onda de entrada la salida seguir谩 respondiendo a los cruces por cero por lo que no solo se aplica a ondas senoidales sino a cualquiera que oscile entre valores mayores y menores que cero.
Como de costumbre les ofrezco una simulaci贸n ilustrativa de lo dicho.
