Frekansmetre Yapımı-Sıfır Geçiş Devresi (Zero-Crossing Detector)

Bu yazıda ST Microelectronics’in ARM mimarisine sahip mikrodenetleyici ile frekansmetre yapımından bahsedeceğim. Sıfır geçiş devresi olarak analog çözümden faydanalacağız. Öncelikle histeresisi göz önüne almayan dizaynı ele alacağız ve bu tasarımın çıkış sinyalini değerlendireceğiz. Bu yazıda ele alınan sıfır geçiş devresinde sistemdeki harmonikler göz alınmamıştır. Bu bakımdan günümüz frekansmetrelerinde kullanılan yöntemlere  göre  yanlış sonuçlar gösterebilmektedir.

Şekil1: Karşılaştırıcı Opamp ile Sıfır Geçiş Devresi

Şekil1’deki sıfır geçiş devresinde, karşılaştırıcı opamp ile giriş sinyalinin sıfırda olduğu zaman opamp sinyal üretir. Ama sıfır geçiş devresindeki karşılaştırıcı opampın referans olarak aldığı ground’da White noise  olduğu zaman opamp çıkışından  şekil 2’deki gibi çıkış elde edemeyiz (Sarı Sinyal).

Şekil2: Karşılaştırıcı Opamp ile Sıfır Geçiş Devresi Çıkışı

Peki LT-Spice’da White noise nasıl üreteceğiz?

LT-Spice’da White Noise oluşturmak amaçlı izlenmesi gereken yol Şekil 3’deki gibidir.

Şekil 3: LT-Spice’da White Noise ekleme
Şekil4: White Noise eklenmiş Dizayn

Şekil 4’deki gibi ground’da White Noise bulunan karşılaştırıcı opamplı sıfır geçiş devresinin çıkışı Şekil 5’deki olmaktadır. Opamp çıkışındaki sinyalin mikrodenetleyici tarafından  frekansın hesaplanması yanlış sonuçların elde edilmesine sebep olacaktır.

Şekil 5: Ground White noise olan Dizaynın opamp çıkışı

Giriş sinyalin’de White Noise mevcut olan  sıfır geçiş devresinde opamp çıkışında histeresis durumu hesaplanmadığından  dolayı çıkış sinyali istenen durumda olmayacaktır.

Şekil 6’da giriş sinyalinde White noise sebebiyle çıkıştan şekil 8’deki gibi çıkış elde edilir.

Şekil 6: Histeresiz olmayan Karşılaştırıcı Opamp
Şekil 7: Giriş sinyalinde White noise
Şekil 8: Histeresis durumu göz ardı edilmiş tasarım çıkış sinyali

Sıfır geçiş devresi (Zero-crossing detector) devresinde mevcut D1 ve D2 diyotları clamp diode görevi görmektedir ve R1 direncide bu clamp diode network’ün bir parçasıdır. D1 ve D2 diyotları  giriş voltajını  -0.6 V ve 3.9 V seviyesine getirmektedir. R2 ve R3 dirençleri gerilim bölücü görevi görmektedir. Opamp’ın giriş voltaj seviyesi -0.6’da olması opampın girişine zarar vereceğinden dolayı R2 ve R3 dirençleri minimum giriş voltaj seviyesini (0.6xR2X(R2||R3))=0.3V seviyesine getirir. R11 direnci devrede pull-up direnci görevi görmektedir. Pozitif feed-back kullanılan Opamp dizaynındaki R8 ve R9 dirençleri histeresis durumu için kullanılmaktadır. R8 ve R9 dirençlerinin doğru hesaplanmaması sonucu opamp çıkışı Şekil 10’daki olmaktadır.

Şekil 10: R8 ve R9 yanlış hesaplanması sonucu çıkış

Pozitif  Feed-back olan Opamp’da histeresis dirençleri R8 ve R9 doğru hesaplanması sonucu çıkış Şekil 11’deki gibi olmaktadır.

Şekil11: İdeal sıfır geçiş devresi çıkışı

220 V – 50 HZ giriş sinyalinde, sıfır geçiş devresine ait  çıkış sinyalimiz şekil12’deki gibi olmaktadır.

Şekil12: 220V 50Hz giriş sinyaline ait sıfır geçiş devresi çıkış sinyali

Peki bundan sonra ne olacak?

Şekil12’deki sinyalimiz mikrodenetleyicide timer ve counter işlemleriyle frekansı hesaplayacağız. Bu zamana kadar yapılan çalışma giriş sinyalimizi mikrodenetleyicide okunabilecek seviyelere getirmek amaçlıydı.

Dosyaları indirmek için aşağıdaki linke tıklayınız:

Zero_Crossing_Circuit

 

Bu yazı hakkında ne düşünüyorsun ?
  • Gereksiz 
  • Normal 
  • Faydalı 
  • Müthiş 
Sidar ATABEY

About Sidar ATABEY

Elektrik-Elektronik Mühendisi. Makine Mühendisliğinde yan dal programını tamamladı. 1 sene boyunca Erasmus Programı kapsamında Polonya Silesian University of Technology'de eğitim gördü.

View all posts by Sidar ATABEY →