过零检测电路包括两个主要电子元件。一是运算放大器，二是电阻、电容等无源电子元件。它检测交流信号的零电压参考点或作为交流信号的零交叉点的正弦波。运算放大器（Op-amp）是该电路的关键有源元件。我们将运算放大器用作比较器，以将零电压参考信号与交流信号进行比较。
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运算放大器用作过零电路的比较器
现在我们将从运算放大器的介绍开始。我们如何使用它作为比较器？因为它是过零检测电路的主要组成部分。如果没有对运算放大器的完全控制，我们就无法理解它的工作原理。
运放介绍
运算放大器或简称运算放大器是所有模拟电子电路的主力。它是放大器的一种。因为任何放大器都是将输入信号放大到更高或更低值的电子电路。同样，运放也能起到放大作用。但我们也可以将其用于其他目的，即作为比较器、电压求和、微分器、积分器、滤波器和仪器仪表。
效果如何？
它有两个输入引脚，即反相输入和一个非反相输入以及一个输出引脚。电源引脚定义工作电压范围，例如 Vss+ 和 Vss-。我们可以通过反馈电阻网络电路来获得高增益。但在本 ZCD 教程中，我们将研究它作为比较器的工作原理。
运算放大器作为比较器
比较器电路与传统放大器类似。但它比较反相和同相输入信号并产生数字输出。当我们使用运算放大器作为比较器时，它提供数字形式的输出。输出将为数字高电平或数字低电平。输出信号取决于哪个输入信号为高电平。
现在让我们看一个例子。如图所示，如果同相输入引脚的电压大于反相输入，则比较器的输出将为数字高电平。
同样，如果非反相输入引脚上的电压幅度小于反相引脚上的电压幅度，则输出将为数字低电平，如此电路图所示。
使用运算放大器的过零检测器示例
在上一节中，我们了解了运算放大器作为比较器的工作原理。我们将应用这些概念来设计使用运算放大器的过零检测器电路。我们也将它们称为正弦波到方波转换器电路。
过零检测器电路类似于比较器，但其中一个输入引脚与接地端子连接。我们为输入引脚之一提供零电压参考。因为我们想要找到正弦波的零交叉点。每当正弦波从零参考电压转变时，我们都会得到数字高输出。因此，ZCD 检测交流信号的零电压点。根据与零电压基准连接的输入引脚，我们将其分为两种类型。
反相 ZCD 示例
在反相型 ZCD 过零检测电路中，我们将零电压参考与同相输入引脚连接起来，如下图所示。该电路代表使用 LM741 运算放大器的过零检测器电路。在此配置中，我们将信号电压施加到反相端子，并将零电压参考信号施加到同相输入。2N2222 NPN 晶体管将电压电平转换为数字信号。
仿真结果图表示晶体管引脚的输出信号。
在正弦波的正半周期期间，Vin – > Vin +（即接地），因此输出将等于-15伏，但晶体管将保持关闭状态，我们将在晶体管集电极端子处获得数字高信号。
同样，从正周期过渡到负周期后，零参考电压Vin+将变得大于负电压信号，比较器输出将变为+15伏。但它会打开晶体管。我们将在输出处得到数字低信号。
同相型 ZCD 示例
除了与 Vin+ 和 Vin- 输入信号的输入引脚连接外，该类型的工作原理完全相同。在非反相过零检测器中，输入电压施加到非反相端，反相端接地以使参考电压为零。这是同相 ZCD 的电路图：
我们再次发现 Vin 参考等于零伏的条件
当 Vin+ 小于零参考电压 Vin- 时，我们的输出电压等于 +15 伏。由于晶体管，我们在集电极输出端子上得到数字低电压或零电压信号。晶体管导通并使集电极端子与地短路。
在 Vin+ 的正半周期内，输出将为数字高电平。因为Vin+变得大于零参考电压Vin-。我们在输出引脚处获得 -15 伏电压，并且晶体管保持关闭状态。
带脉冲输出的过零检测器
从上面的仿真结果可以清楚地看出，每当正弦波通过零参考电压时，两个输出信号都会从数字高电平转换为低电平或从低电平转换为高电平。但在此之后，数字要么保持数字高，要么保持数字低。现在，如果您只想在正弦波从正周期变为负周期或负周期变为正周期时获得较短持续时间的脉冲，该怎么办？该电路仅在周期转换时提供输出脉冲。
全桥电路将负半周转换为正半周。
晶体管和电阻网络用作上升沿检测器。它将运算放大器的输出变为脉动输出。
输出图
前面的示例与本示例之间的唯一区别是边缘检测电路。我们使用LM358运算放大器作为比较器。当我们想要将过零检测器与任何微控制器一起使用时，方形输出对我们没有好处。该脉冲输出显示正弦波从正周期到负周期的变化，反之亦然。
使用光耦合器进行过零检测
该电路在正弦波的每个零电压基准上提供脉冲输出。4N25 光耦合器在两个正周期期间保持开启状态。因为全桥电路将负周期转换为正周期。
当光耦合器打开时，输出将为零，因为输出将是接地参考。
在正弦波过零时，光耦合器关闭，输出端出现 Vcc 幅度的脉冲。
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