(电路设计)过零检测电路+过压保护撬棍电路【优秀范文】

2022-10-23 12:00:10 | 浏览次数：

下面是小编为大家整理的(电路设计)过零检测电路+过压保护撬棍电路【优秀范文】,供大家参考。

　过零检测电路是一个常见的应用，其中运算放大器用作比较器。它常被用来追踪正弦波形的变化，比如从正到负或从负到正的过零点电压的情况。它同样被可被用作方波生成器。过零检测电路还有许多应用，比如标志信号发生器，相位计和频率计等。过零检测电路可以用很多方法来设计，比如使用晶体管，使用运算放大器或是光耦 IC 等。该文中我们将使用运算放大器来打造一个过零检测电路，正如上面所说，此处的运算放大器用作比较器。

　过零检测电路的理想波形如下

　从上图中可以看出当正弦波形过零时，运算放大器会从正转负或是从负转正。这就是过零检测器如何检测波形过零的。如你所见，输出波形为一个方波，所以过零检测器也被成为方波生成电路。

　所需元器件

　运算放大器（LM741）

　变压器（230V 到 12V）

　9V 电源

　电阻（10kΩ x 3）

　面包板导线示波器电路图

　 230V 电源给到一个 12-0-12V 的变压器，它的相位输出连接到运算放大器的二号引脚，零线与电池的接地端短接。电池的征集引脚与运算放大器的第 7 号引脚相连（Vcc）。

　过零检测电路的原理

　在过零检测电路中，运算放大器的非反向引脚与地相连，从而作为参考电压，而一个正弦波输入（Vin）则输入运算放大器的

　反向引脚，如电路图说是。随后输入电压与参考电压作比较。此处可以使用大部分运算放大器的 IC，这里我们用的是 LM741. 现在，我们来考虑正弦波的正半轴。我们知道当非反向引脚端的电压要低于反向引脚时，运算放大器的输出为低或处于反向饱和状态。因此，我们会看到一个负电压的波形。

　再来看正弦波的负半轴，非反向引脚（参考电压）的电压大于反向引脚（输入电压），所以运算放大器的输出为高或正向饱和状态。因此，我们会看到一个正电压的波形，如下图所示。

　使用光耦的过零检测电路

　我们上面提到设计过零检测电路有许多方式。以下电路中我们使用了光耦来实现同样的过零检测电路。通过观察输出电压你可以发现每当输入交流波过零时，输出波形为高。

　以下是使用光耦的过零检测电路输出波形

　任何电子设备的可靠性都取决于硬件保护电路的设计。终端用户很可能会犯各式各样的错误，所以优秀的硬件设计师需要负责硬件失误的发生。许多保护电路都有着各自的公用。最常见的保护电路有过压保护电路，反接保护电路，电流浪涌保护电路和噪声保护电路等。在本文中，我们来讨论的是撬棍电路，这是一种电子设备中常用的过压保护电路。

　所需元器件

　保险丝齐纳二极管晶闸管电容电阻肖特基二极管撬棍电路原理图

　完整的撬棍电路如下图所示。

　蓝色探针部分为输入电压，电路的目的是在供电电压超过 9.1V 时切断电源。其中每一部分的作用我们在下方的原理中讲。

　撬棍电路的工作原理

　撬棍电路会监控输入电压，当其超过限定值时，会产生短路电流使保险丝熔断。一旦保险丝熔断则电源与负载断开，从而预防高电压的伤害。

　电路会在电源线上产生短路，就像是撬棍掉在了电源线之间一样，所以叫做撬棍电路。

　而何种电压下产生短路则取决于齐纳电压。电路由一个晶闸管构成，晶闸管会直接连在输入电压和地之间，但晶闸管因为门极接地所以默认为关断状态。当输入电压超过齐纳电压后，齐纳二极管导通，因此电压加到晶闸管门极，使得输入电压与地之间产生短路。短路会从电源中产生庞大的电流，从而熔断保险丝，使得负载与电源断开。

　以上图片展示了过压保护的过程。电压增加到 9.75V 后，保险丝熔断。其中每一个元器件的功能如下：

　保险丝：保险丝的额定熔断电流应低于晶闸管的最大额定电流，但要大于负载所消耗的电流。我们要确保故障发生时有足够的电流来熔断保险丝。

　 0.uF 电容：这是一个滤波电容；它会滤除尖峰或其它噪音，防止它们影响电路误触发。

　9.1V 齐纳二极管：该二极管决定了过压的电压值，我们此处使用的是9.1V。设计者可以根据自己的需求选取该二极管的参数。