梁湖輝

摘要：在交流電信號(hào)控制中經(jīng)常需對(duì)交流過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行判斷，因此，通常利用電路手段，在交流信號(hào)過(guò)零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)特殊信號(hào)，以供檢測(cè)電路判斷交流信號(hào)的過(guò)零時(shí)刻。文章介紹一種簡(jiǎn)單、實(shí)用并已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、切實(shí)有效的交流過(guò)零信號(hào)產(chǎn)生電路，可以在交流信號(hào)過(guò)零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。

關(guān)鍵詞：交流過(guò)零；橋式整流；光耦；三極管

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044（2016）11-0214-02

交流電源在我們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)的各行各業(yè)中是最常用的一種能源，因此，我們需要在不同的使用場(chǎng)合對(duì)它有不同的有效控制手段，才能正確、高效地使用它。目前，各種對(duì)交流電的有效控制手段層出不窮，控制電路也是各種各樣，如各種各樣的交流調(diào)壓電路就是交流電的有效控制電路之一。在交流電的控制電路中經(jīng)常需判斷交流電的過(guò)零時(shí)刻，下面介紹一種經(jīng)過(guò)調(diào)試后，證明能有效地在交流信號(hào)過(guò)零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)的交流過(guò)零信號(hào)產(chǎn)生電路，供大家參考使用。

1電路組成

交流過(guò)零信號(hào)產(chǎn)生電路電路原理圖如圖1所示：

電路由以下幾部分電路組成：

1）降壓電路

降壓電路由降壓變壓器T承擔(dān)，它把220V交流電壓變換為各種場(chǎng)合所需的低壓交流電，供其他低壓交流電路使用。這里轉(zhuǎn)換為9V，供后面的全波橋式整流電路使用。

2）全波橋式整流電路

全波橋式整流電路由四個(gè)IN4001整流二極管組成，其作用是把交流電的負(fù)半周也轉(zhuǎn)換為正半周，使交流信號(hào)的一個(gè)周期中，有兩個(gè)正半周期信號(hào)，即把正弦交流信號(hào)波形轉(zhuǎn)換為均為正向的脈動(dòng)直流電波形。

3）光耦隔離電路

光耦隔離電路由光耦EL817、輸入限流電阻R1、輸出集電極偏置電阻R2和+5V直流偏置電源組成。

EL817是臺(tái)灣億光公司生產(chǎn)的一體化光電耦合器，其作用是使輸入端與輸出端的信號(hào)完全隔離，避免輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的互相干擾，，增加電路安全性，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

限流電阻R1的作用是使EL817輸入端工作電流小于60mA，保證光耦輸入端的正常工作，使電光轉(zhuǎn)換正常，從而實(shí)現(xiàn)輸入輸出的光隔離作用。

偏置電阻R2和+5V直流偏置電源是光耦輸出電路光敏三極管的偏置電路，使光耦正常

進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而輸出與輸入信號(hào)成正比的集電極信號(hào)。

4）三極管開(kāi)關(guān)電路

三極管開(kāi)關(guān)電路由電阻R2、R3、三極管9013和+5V直流偏置電源組成，其作用是在交流信號(hào)過(guò)零時(shí)刻產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，以供后續(xù)電路判斷交流信號(hào)的過(guò)零時(shí)刻。

2電路工作原理

當(dāng)220V交流電和+5V直流電接通后，220V交流電經(jīng)變壓器T后轉(zhuǎn)換為9V的交流電，經(jīng)全波橋式整流后波形轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電（波形由圖2所示），然后經(jīng)限流電阻R1限流后送到光耦EL817輸入端的內(nèi)部發(fā)光器件LED上，使其發(fā)光，把脈動(dòng)直流電轉(zhuǎn)換為強(qiáng)弱變化的光信號(hào)，經(jīng)光耦EL817內(nèi)部的光敏接收三極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將電信號(hào)經(jīng)光敏三極管的集電極輸出，送到三極管9013組成的開(kāi)關(guān)電路的輸入端，使開(kāi)關(guān)電路在交流信號(hào)過(guò)零時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)從開(kāi)關(guān)電路的輸出端（三極管的集電極）輸出（波形由圖3所示），供需判斷交流過(guò)零時(shí)刻的電路使用。

光耦EL817實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱(chēng)為電隔離，從而使輸入端與輸出端信號(hào)相互隔離，避免互相干擾。

當(dāng)正弦交流信號(hào)電壓接近零時(shí)，信號(hào)電壓較小，光耦EL817內(nèi)部的發(fā)光二極管截止，光耦內(nèi)部光敏三極管也截止，其集電極輸出端輸出的集電極電流為0，使三極管9013組成的開(kāi)關(guān)電路的輸入端被反向分流最小，三極管9013處于飽和工作狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)電路的輸出端輸出低電平（+0.3V）。

當(dāng)正弦交流信號(hào)電壓增大到使較大值時(shí)，信號(hào)電壓較大，光耦EL817內(nèi)部的發(fā)光二極管開(kāi)始發(fā)光，光耦內(nèi)部光敏三極管因接收到較強(qiáng)光線而開(kāi)始工作，其集電極輸出端輸出的集電極電流較大，使三極管9013組成的開(kāi)關(guān)電路的輸入端被反向分流增大，迫使三極管9013退出飽和工作狀態(tài)而開(kāi)始進(jìn)入截止工作狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)電路的輸出端輸出高電平（+5V）。

從以上分析可知，在正弦交流電過(guò)零時(shí)，電路就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較窄的負(fù)脈沖，供需判斷交流過(guò)零時(shí)刻的電路使用。

3元器件參數(shù)選擇和電路調(diào)試

要使電路正常產(chǎn)生一過(guò)零脈沖，則元器件的參數(shù)選擇及電路的調(diào)試極其重要，具體選擇和調(diào)試過(guò)程介紹如下：

因?yàn)槲覀冞x的降壓變壓器次級(jí)輸出電壓有效值為9V，相對(duì)較低，所以，整流二極管選擇IN4001就可以了。從百庫(kù)文庫(kù)和百庫(kù)百科中查到EL817光耦的輸入LED發(fā)光二極管的最大正向電壓為1.4 V，最大輸入電流為60mA，輸出接收光敏三極管最大集電極、發(fā)射極耐壓為35 V，最大集電極電流為50mA。所以，光耦輸入端的限流電阻R1的阻值選擇220Ω，輸出端的直流偏置電壓選擇5V，集電極偏置電阻R2（同時(shí)也作為開(kāi)關(guān)電路三極管的基極偏置電阻）的阻值選擇1kΩ，開(kāi)關(guān)電路的三極管選擇9013，其集電極偏置電阻R3阻值也選擇1kΩ。

元器件參數(shù)選擇后，按照?qǐng)D1正確連接好電路，接通交流220V和+5V直流電源，然后，用雙蹤示波器測(cè)得全波整流電路u1和u2的波形如圖2所示，u2經(jīng)光耦和開(kāi)關(guān)電路后，u2和開(kāi)關(guān)電路的輸出uo的波形如圖3所示。

4結(jié)束語(yǔ)

文章介紹的交流過(guò)零信號(hào)產(chǎn)生電路是一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、實(shí)用的電路，該電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了、制作方便，工作可靠性高，使用的元器件取材容易，性價(jià)比均較高，可應(yīng)用于各種需判斷正弦交流過(guò)零的場(chǎng)合，特別是晶閘管交流調(diào)壓的場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭曉峰. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京： 中國(guó)電力出版社， 2008.

[2] 百庫(kù)文庫(kù)： 光耦EL817中文資料[EB].

[3] 百庫(kù)百科： 光耦EL817[EB].