Designa en riktig rms till dc-omvandlare med ic ad736

En True-RMS eller TRMS är en typ av omvandlare som omvandlar RMS-värde till motsvarande DC-värde. Här i den här handledningen lär vi oss om äkta RMS till DC-omvandlare, hur det fungerar och hur mätmetoder kan påverka visade resultat.

Vad är RMS?

RMS är förkortningen för Root Mean Square. Enligt definition, för växelström, är RMS-värdet ekvivalent med en likspänning som sätter samma mängd effekt i ett motstånd.

Sann RMS IC AD736

IC AD736 har få funktionella underavsnitt som ingångsförstärkaren, fullvågslikriktaren (FWR), RMS-kärnan, utgångsförstärkaren och förspänningsavsnittet. Ingångsförstärkaren är konstruerad med MOSFET, så den är ansvarig för den höga impedansen hos denna IC.

Efter ingångsförstärkaren finns en precisions fullvågslikriktare som ansvarar för att driva RMS-kärnan. De väsentliga RMS-operationerna för kvadrering, medelvärde och kvadratrotning utförs i kärnan med hjälp av en extern medelkondensator CAV. Observera att utan CAV går den korrigerade insignalen obearbetad genom kärnan.

Slutligen buffrar en utgångsförstärkare utmatningen från RMS-kärnan och tillåter valfri lågpassfiltrering att utföras via den externa kondensatorn CF, som är ansluten över förstärkarens återkopplingsväg.

Funktioner i IC AD736

Funktionerna i IC listas nedan
Hög ingångsimpedans: 10 ^ 12 Ω
Låg ingångsström: maximalt 25 pA
Hög noggrannhet: ± 0,3 mV ± 0,3% av avläsningen
RMS-konvertering med signalvapenfaktorer upp till 5
Brett strömförsörjningsområde: +2,8 V, −3,2 V till ± 16,5 V
Låg effekt: 200 µA maximal matningsström
Buffrad spänningsutgång
Inga externa trimmer behövs för specificerad noggrannhet

Obs! Observera att funktionsblockschemat, funktionsbeskrivningen och funktionslistan hämtas från databladet och modifieras efter behov.

Sanna RMS till DC-mätmetoder

Det finns främst tre metoder tillgängliga som DVM använder för att mäta växelström, de är-

True-RMS-mätning
Genomsnittlig korrigerad mätning
True-RMS AC + DC-mätning

True-RMS-mätning

True-RMS är en ganska vanlig och populär metod för att mäta dynamiska signaler i alla former och storlekar. I en True-RMS-multimeter beräknar multimetern RMS-värdet för insignalen och visar resultatet. Det är därför det är en mycket exakt jämförelse med en genomsnittlig rättad mätmetod.

Genomsnittlig korrigerad mätning

I en genomsnittlig korrigerad DVM tar det genomsnittet eller medelvärdet för insignalen och multiplicerar det med 1,11 och visar RMS-värdet. Så vi kan säga att det är en genomsnittlig rättad RMS- skärmmultimeter.

True-RMS AC + DC-mätning

För att övervinna kryphålen i en True-RMS-multimeter finns True-RMS AC + DC-mätmetod. Om du skulle mäta en PWM-signal med en True-RMS-multimeter kommer du att läsa fel värde. Låt oss förstå den här metoden med några formler och video, hitta videon i slutet av denna handledning.

Beräkning för True RMS-omvandlare

RMS-värdet

Formeln för att beräkna RMS-värde beskrivs som

Om vi gör kalkylen genom att överväga

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Detta kokar ner till

Vm / (2) ^1/2

Genomsnittsvärdet

Formeln för att beräkna medelvärdet beskrivs som

Om vi gör kalkylen genom att överväga

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Detta kokar ner till

2Vm / ᴫ

Exempel på beräkning True RMS till DC-omvandlare

Exempel 1

Om vi tar hänsyn till topp till toppspänning på 1V och lägger den i formeln för att beräkna RMS-spänning som är, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Nu överväger en topp till toppspänning på 1V och lägger den i formeln för att beräkna medelspänningen som är, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V

Därför kalibreras värdet i en icke-sann RMS DVM med en faktor 1,11 som kommer från VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V

Exempel 2

Nu har vi en topp till topp ren AC-sinusvåg på 5V och vi matar den direkt till en DVM som har äkta RMS-funktioner, för att beräkningen skulle vara, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

Nu har vi en topp till topp ren AC-sinusvåg på 5V, och vi matar den direkt till en DVM som är en genomsnittlig rättad DVM, för att beräkningen skulle vara, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

Nu vid den här tiden är värdet som visas i genomsnittlig DVM inte lika med RMS DVM, så tillverkarens hårda kod 1.11V- faktorn för att kompensera för felet.

Så det blir, VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

Så från ovanstående formler och exempel kan vi bevisa att hur en icke-sann RMS-multimeter beräknar växelspänning.

Men detta värde är bara korrekt för ren sinusvågform. Så vi kan se att vi behöver en riktig RMS DVM för att korrekt mäta en icke-sinusformad vågform. Annars får vi ett fel.

Saker att tänka på

Innan beräkningarna görs för den praktiska tillämpningen måste vissa fakta vara kända för att förstå noggrannheten vid mätning av RMS-spänningar med hjälp av AD736 IC.

Databladet för AD736 berättar om de två viktigaste faktorerna som bör beaktas för att beräkna procentandelen fel som denna IC kommer att producera när de mäter RMS-värde.

Frekvenssvar
Crest Factor

Frekvenssvar

Genom att observera kurvorna i diagrammet kan vi observera att frekvenssvaret inte är konstant med amplituden men ju lägre amplituden du mäter i ingången till din omvandlare IC, faller frekvenssvaret och i de lägre mätområdena runt 1mv, det sjunker plötsligt några kHz.

Databladet ger oss några siffror om detta ämne som du kan se nedan

Gränsen för noggrann mätning är 1%

Så vi kan tydligt se att om ingångsspänningen är 1mv och frekvensen är 1 kHz når den redan 1% ytterligare felmarkering. Jag antar att du nu kan förstå vilovärdena.

OBS: Frekvenssvarskurvan och tabellen är hämtade från databladet.

Crest Factor

Enkelt uttryckt är toppfaktorn förhållandet mellan toppvärdet dividerat med RMS-värdet.

Crest-Factor = VPK / VRMS

Till exempel om vi betraktar en ren sinusvåg med amplituden

VRMS = 10V

Den Toppspänning blir

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

Du kan tydligt se det från bilden nedan som tagits från wikipedia

Tabellen nedan från databladet berättar att om den beräknade toppfaktorn är mellan 1 och 3 kan vi förvänta oss ett ytterligare fel på 0,7% annars måste vi överväga 2,5% av ytterligare fel vilket är sant för en PWM-signal.

Schema för äkta RMS-omvandlare med hjälp av IC AD736

Nedanstående schema för RMS-omvandlaren tas från databladet och modifieras enligt våra behov.

Komponenter krävs

Sl. Nr	Delar	Typ	Kvantitet
1	AD736	IC	1
2	100K	Motstånd	2
3	10uF	Kondensator	2
4	100uF	Kondensator	2
5	33uF	Kondensator	1
6	9V	Batteri	1
7	Enstaka tråd	Generisk	8
8	Transformator	0 - 4,5V	1
9	Arduino Nano	Generisk	1
10	Bakbord	Generisk	1

Sann RMS till DC-omvandlare - Praktiska beräkningar och testning

För demonstrationen används följande apparat

Meco 108B + TRMS-multimeter
Meco 450B + TRMS-multimeter
Hantek 6022BE Oscilloskop

Som visas i schemat används en ingångsdämpare som i princip är en spänningsdelarkrets för att dämpa insignalen för AD736 IC, det beror på att fullskalig ingångsspänning för denna IC är 200 mV MAX.

Nu när vi har klart några grundläggande fakta om kretsen, låt oss börja beräkningarna för den praktiska kretsen.

RMS-beräkningar för 50Hz AC sinusvåg

Transformator spänning: 5,481V RMS, 50Hz

Värde på motstånd R1: 50,45K

Värde på motstånd R1: 220R

Transformatorns ingångsspänning

Om vi nu lägger dessa värden i en online- spänningsdelare och beräknar får vi utspänningen på 0,02355V ELLER 23,55mV

Nu kan kretsens ingång och utgång tydligt ses.

På höger sida visar Meco 108B + TRMS multimeter ingångsspänningen. Det är utgången från spänningsdelarkretsen.

På vänster sida visar Meco 450B + TRMS multimeter utspänningen. Det är utspänningen från AD736 IC.

Nu kan du se att ovanstående teoretiska beräkning och båda multimeterresultaten är nära, så för en ren sinusvåg bekräftar det teorin.

Mätfelet i båda multimeterresultaten beror på deras tolerans och för demonstration använder jag 230V AC-ingången, som ändras väldigt snabbt med tiden.

Om du är osäker kan du zooma in på bilden och se att Meco 108B + TRMS multimeter är i AC-läge och Meco 450B + TRMS multimeter är i DC-läge.

Vid denna tidpunkt brydde jag mig inte om att använda mitt hantek 6022BL-oscilloskop eftersom oscilloskopet är ganska värdelöst och visar bara buller vid dessa låga spänningsnivåer.

Beräkningar för PWM-signal

För demonstration genereras en PWM-signal med hjälp av en Arduino. Arduino- kortets spänning är 4,956V och frekvensen är nästan 1 kHz.

Max Arduino Board-spänning: 4,956V, 989,3Hz

Värde på motstånd R1: 50,75K

Värde på motstånd R1: 220R

Ingångsspänning på Arduino-kortet

Lägg nu dessa värden i en online-spänningsdelare och beräkna, vi får utspänningen på 0,02141V ELLER 21,41mV.

Detta är toppspänningen för den ingående PWM-signalen och för att hitta RMS-spänningen måste vi helt enkelt dela den med √2 så att beräkningen blir

VRMS = Vm / √2 = 0,02141 / √2 = 0,01514V eller 15,14mV

I teorin kommer en True-RMS-multimeter lätt att kunna beräkna detta teoretiskt beräknade värde, eller hur?

I DC-läge

I AC-läge

Transformatorn i bilden sitter där och gör ingenting. Med det kan du se att jag är en mycket lat person.

Så vad är problemet?

Innan någon hoppar och säger att vi har gjort beräkningarna fel, låt mig berätta att vi har gjort beräkningarna rätt, och problemet ligger i multimetrarna.

I DC-läge tar multimetern helt enkelt genomsnittet av insignalen som vi kan beräkna.

Så ingångsspänningen är 0,02141V och för att få genomsnittspänningen multiplicerar den helt enkelt värdet med 0,5.

Så beräkningen blir, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V eller 10,70mV

Och det är vad vi får i multimeterskärmen.

I AC-läge blockerar multimeterns ingångskondensator likströmskomponenterna i insignalen, så beräkningen blir ungefär densamma.

Nu som du tydligt kan se att båda läsningarna i denna situation är helt felaktiga. Så du kan inte lita på multimeterskärmen. Det finns därför multimetrar med True RMS AC + DC- funktioner som enkelt kan mäta denna typ av vågformer exakt. Exempelvis är extech 570A en multimeter med True RMS AC + DC-funktioner.

Den AD736 är en typ av IC som används för att mäta dessa typer av insignaler noggrant. Bilden nedan är ett bevis på teorin.

Nu har vi beräknat RMS-spänningen till 15,14 mV. Men multimetern visar 15,313mV eftersom vi inte ansåg toppfaktorn och frekvenssvaret för AD736 IC.

Eftersom vi har beräknat toppfaktorn är det 0,7% av det beräknade värdet, så om vi gör matematiken kokar det ner till 0,00010598 eller 0,10598mV

Så, Vout = 15,14 + 0,10598 = 15,2459 mV

Eller

Vout = 15,14 - 0,10598 = 15,0340 mV

Så värdet som visas med Meco 450B + multimeter ligger klart inom 0,7% felintervall

Arduino-kod för PWM-generation

Jag glömde nästan att nämna att jag har använt den här Arduino-koden för att generera PWM-signalen med 50% arbetscykel.

int OUT_PIN = 2; // fyrkantig våg ut med 50% arbetscykel tomrumsinställning () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // definiering av stift som utgång} tomrumsslinga () {/ * * om vi konverterar 500 mikrosekunder till sekunder får vi 0,0005S * nu om vi lägger den i formeln F = 1 / T * får vi F = 1 / 0.0005 = 2000 * stiftet är på för 500 us och av för 500 oss så * frekvensen blir F = 2000/2 = 1000Hz eller 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }

Du kan lära dig mer om att skapa PWM med Arduino här.

Försiktighetsåtgärder

AD736 True RMS till DC-omvandlare IC är den överlägset dyraste 8-PIN PDIP IC som jag har arbetat med.

Efter att ha förstört en helt med ESD tog jag ordentliga försiktighetsåtgärder och spände mig på marken.

Kretsförbättringar

För demonstrationen har jag gjort kretsen i ett lödfritt brödbräda som absolut inte rekommenderas. Det är därför mätfelet ökar efter ett visst frekvensområde. Denna krets behöver ett ordentligt kretskort med rätt s tjärajordplan för att fungera korrekt.

Tillämpningar av True RMS till DC-omvandlare

Det används i

Voltmetrar och multimetrar med hög precision.
Hög precision icke-sinusformad spänningsmätning.

Jag hoppas att du gillade den här artikeln och lärde dig något nytt av den. Om du är osäker kan du fråga i kommentarerna nedan eller använda våra forum för detaljerad diskussion.

Nedan följer en detaljerad video som visar hela beräkningen.