基于光耦的交流过零信号产生电路

梁湖辉

摘要：在交流电信号控制中经常需对交流过零时刻进行判断，因此，通常利用电路手段，在交流信号过零时产生一个特殊信号，以供检测电路判断交流信号的过零时刻。文章介绍一种简单、实用并已经过验证的、切实有效的交流过零信号产生电路，可以在交流信号过零时产生一个脉冲信号。

关键词：交流过零；桥式整流；光耦；三极管

中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）11-0214-02

交流电源在我们日常生活和工业生产的各行各业中是最常用的一种能源，因此，我们需要在不同的使用场合对它有不同的有效控制手段，才能正确、高效地使用它。目前，各种对交流电的有效控制手段层出不穷，控制电路也是各种各样，如各种各样的交流调压电路就是交流电的有效控制电路之一。在交流电的控制电路中经常需判断交流电的过零时刻，下面介绍一种经过调试后，证明能有效地在交流信号过零时产生一个脉冲信号的交流过零信号产生电路，供大家参考使用。

1电路组成

交流过零信号产生电路电路原理图如图1所示：

电路由以下几部分电路组成：

1）降压电路

降压电路由降压变压器T承担，它把220V交流电压变换为各种场合所需的低压交流电，供其他低压交流电路使用。这里转换为9V，供后面的全波桥式整流电路使用。

2）全波桥式整流电路

全波桥式整流电路由四个IN4001整流二极管组成，其作用是把交流电的负半周也转换为正半周，使交流信号的一个周期中，有两个正半周期信号，即把正弦交流信号波形转换为均为正向的脉动直流电波形。

3）光耦隔离电路

光耦隔离电路由光耦EL817、输入限流电阻R1、输出集电极偏置电阻R2和+5V直流偏置电源组成。

EL817是台湾亿光公司生产的一体化光电耦合器，其作用是使输入端与输出端的信号完全隔离，避免输入信号与输出信号之间的互相干扰，，增加电路安全性，简化电路设计。

限流电阻R1的作用是使EL817输入端工作电流小于60mA，保证光耦输入端的正常工作，使电光转换正常，从而实现输入输出的光隔离作用。

偏置电阻R2和+5V直流偏置电源是光耦输出电路光敏三极管的偏置电路，使光耦正常

进行光电转换，从而输出与输入信号成正比的集电极信号。

4）三极管开关电路

三极管开关电路由电阻R2、R3、三极管9013和+5V直流偏置电源组成，其作用是在交流信号过零时刻产生一脉冲信号，以供后续电路判断交流信号的过零时刻。

2电路工作原理

当220V交流电和+5V直流电接通后，220V交流电经变压器T后转换为9V的交流电，经全波桥式整流后波形转换为脉动直流电（波形由图2所示），然后经限流电阻R1限流后送到光耦EL817输入端的内部发光器件LED上，使其发光，把脉动直流电转换为强弱变化的光信号，经光耦EL817内部的光敏接收三极管将光信号转换成电信号，然后将电信号经光敏三极管的集电极输出，送到三极管9013组成的开关电路的输入端，使开关电路在交流信号过零时刻产生一个负脉冲信号从开关电路的输出端（三极管的集电极）输出（波形由图3所示），供需判断交流过零时刻的电路使用。

光耦EL817实现了“电-光-电”的转换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离，从而使输入端与输出端信号相互隔离，避免互相干扰。

当正弦交流信号电压接近零时，信号电压较小，光耦EL817内部的发光二极管截止，光耦内部光敏三极管也截止，其集电极输出端输出的集电极电流为0，使三极管9013组成的开关电路的输入端被反向分流最小，三极管9013处于饱和工作状态，使开关电路的输出端输出低电平（+0.3V）。

当正弦交流信号电压增大到使较大值时，信号电压较大，光耦EL817内部的发光二极管开始发光，光耦内部光敏三极管因接收到较强光线而开始工作，其集电极输出端输出的集电极电流较大，使三极管9013组成的开关电路的输入端被反向分流增大，迫使三极管9013退出饱和工作状态而开始进入截止工作状态，使开关电路的输出端输出高电平（+5V）。

从以上分析可知，在正弦交流电过零时，电路就会产生一个较窄的负脉冲，供需判断交流过零时刻的电路使用。

3元器件参数选择和电路调试

要使电路正常产生一过零脉冲，则元器件的参数选择及电路的调试极其重要，具体选择和调试过程介绍如下：

因为我们选的降压变压器次级输出电压有效值为9V，相对较低，所以，整流二极管选择IN4001就可以了。从百库文库和百库百科中查到EL817光耦的输入LED发光二极管的最大正向电压为1.4 V，最大输入电流为60mA，输出接收光敏三极管最大集电极、发射极耐压为35 V，最大集电极电流为50mA。所以，光耦输入端的限流电阻R1的阻值选择220Ω，输出端的直流偏置电压选择5V，集电极偏置电阻R2（同时也作为开关电路三极管的基极偏置电阻）的阻值选择1kΩ，开关电路的三极管选择9013，其集电极偏置电阻R3阻值也选择1kΩ。

元器件参数选择后，按照图1正确连接好电路，接通交流220V和+5V直流电源，然后，用双踪示波器测得全波整流电路u1和u2的波形如图2所示，u2经光耦和开关电路后，u2和开关电路的输出uo的波形如图3所示。

4结束语

文章介绍的交流过零信号产生电路是一个经过验证的、实用的电路，该电路设计简单明了、制作方便，工作可靠性高，使用的元器件取材容易，性价比均较高，可应用于各种需判断正弦交流过零的场合，特别是晶闸管交流调压的场合。

参考文献：

[1] 郑晓峰. 模拟电子技术基础[M].北京： 中国电力出版社， 2008.

[2] 百库文库： 光耦EL817中文资料[EB].

[3] 百库百科： 光耦EL817[EB].