Nulldurchgängen

Nulldurchgänge bezeichnet in der Elektronik und Signalverarbeitung die Momente, zu denen ein zeitabhängiges Signal den Wert Null durchläuft. Am häufigsten bezieht sich der Begriff auf Wechselgrößen wie Spannung oder Strom, deren Verlauf periodisch ist. Bei einer idealen Sinuswelle treten pro Periode zwei Nulldurchgänge auf, sofern das Signal sauber durch Null geht. Verzerrte oder nicht sinusförmige Signale können unterschiedliche oder unregelmäßige Nulldurchgänge zeigen.

Anwendungen finden sich vor allem in der Synchronisation und Demodulation von Signalen sowie in der Leistungselektronik. Eine Null-Durchgang-Erkennung ermöglicht sicheres oder verzögerungsarmes Schalten von Leistungshalbleitern wie Triacs oder Thyristoren nahe dem Nulldurchgang, um Spannungs- und Strömeinbrüche sowie EMI zu verringern. In Netzgeräten dient sie der Phasenwinkelbestimmung und der Synchronisation mit dem Netz; in Messgeräten und Datenerfassungssystemen können Nulldurchgänge zur Signalauswertung oder zum Sampling genutzt werden.

Der Nachweis eines Nulldurchgangs erfolgt typischerweise über einen Comparator, der das zu messende Signal gegen eine nahe Null liegende Schwelle vergleicht. Oft kommen Schmitt-Trigger oder galvanisch getrennte Optokoppler mit Null-Durchgang-Funktion zum Einsatz, um Störungseinflüsse zu reduzieren. Rauschen, Offsetfehler oder Verzerrungen können die Erkennung beeinflussen, weshalb in Praxis Hysterese, Filterung oder Rauschunterdrückung eingesetzt wird.

In der digitalen Signalverarbeitung wird die Null-Durchgang-Rate (zero-crossing rate) als Kennwert verwendet, etwa zur Bestimmung der Frequenzkomponenten in Audiosignalen oder zur Unterscheidung zwischen Sprach- und Musikinformation.