Проектиране на истински rms към dc конвертор с помощта на ic ad736

True-RMS или TRMS е тип преобразувател, който преобразува RMS стойност в еквивалентна DC стойност. Тук в този урок ще научим за истинския RMS в DC преобразувател, как работи и как методите за измерване могат да повлияят на показаните резултати.

Какво е RMS?

RMS е съкращението на Корен среден квадрат. По дефиниция за променлив електрически ток RMS стойността е еквивалентна на постояннотоково напрежение, което дава същото количество мощност в резистор.

Истинска RMS IC AD736

IC AD736 има няколко функционални подраздела като входен усилвател, изправител с пълна вълна (FWR), RMS ядро, изходен усилвател и секция на пристрастия. Входният усилвател е конструиран с MOSFET, така че е отговорен за високия импеданс на този IC.

След входния усилвател има прецизен изправител на пълни вълни, който отговаря за задвижването на RMS ядрото. Основните RMS операции на квадратиране, усредняване и квадратно вкореняване се извършват в сърцевината с помощта на външен осредняващ кондензатор CAV. Моля, обърнете внимание, че без CAV, коригираният входен сигнал преминава през ядрото необработен.

И накрая, изходен усилвател буферира изхода от RMS ядрото и позволява по избор нискочестотно филтриране да се извършва чрез външен кондензатор CF, който е свързан през обратната връзка на усилвателя.

Характеристики на IC AD736

Характеристиките на IC са изброени по-долу
Висок входен импеданс: 10 ^ 12 Ω
Нисък входен ток на отклонение: максимум 25 pA
Висока точност: ± 0,3 mV ± 0,3% от отчитането
RMS преобразуване с коефициенти на гребен на сигнала до 5
Широк обхват на захранването: +2,8 V, -3,2 V до ± 16,5 V
Ниска мощност: 200 µA максимален захранващ ток
Буферирано изходно напрежение
Не са необходими външни облицовки за определена точност

Забележка: Моля, обърнете внимание, че функционалната блок-схема, функционалното описание и списъкът с функции са взети от листа с данни и модифицирани според нуждите.

Истински RMS към DC измервателни методи

Налични са основно три метода, които DVM използва за измерване на променлив ток, те са-

True-RMS измерване
Средно коригирано измерване
True-RMS AC + DC измерване

True-RMS измерване

True-RMS е доста разпространен и популярен метод за измерване на динамични сигнали от всякакви форми и размери. В True-RMS мултицет мултиметърът изчислява RMS стойността на входния сигнал и показва резултата. Ето защо това е много точно сравнение със средно коригиран метод за измерване.

Средно коригирано измерване

При средно коригиран DVM той взема средната или средната стойност на входния сигнал и го умножава по 1.11 и показва RMS стойността. Така че, можем да кажем, че това е средно коригиран RMS дисплей мултиметър.

True-RMS AC + DC измерване

За да се преодолеят вратичките в мултиметър True-RMS, съществува метод за измерване True + RMS AC + DC. Ако трябва да измервате ШИМ сигнал с мултиметър True-RMS, ще прочетете грешната стойност. Нека разберем този метод с някои формули и видео, намерете видеото в края на този урок.

Изчисление за True RMS конвертор

RMS стойността

Формулата за изчисляване на RMS стойността е описана като

Ако направим смятането, като вземем предвид

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Това се свежда до

Vm / (2) ^1/2

Средната стойност

Формулата за изчисляване на средната стойност е описана като

Ако направим смятането, като вземем предвид

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Това се свежда до

2Vm / ᴫ

Пример за изчисление True RMS в DC конвертор

Пример 1

Ако вземем предвид пиковото до пиковото напрежение от 1V и го поставим във формулата, за да изчислим средно ефективното напрежение, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Сега обмисляме пиково до пиково напрежение от 1V и го поставяме във формулата за изчисляване на средното напрежение, което е, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

Следователно при невярно RMS DVM стойността се калибрира с коефициент 1,11, който идва от VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V

Пример 2

Сега имаме пик до пик чиста AC синусоида от 5V и директно го подаваме към DVM, който има истински RMS възможности, за това изчислението ще бъде, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535V

Сега имаме пик до пик на чиста AC синусоида от 5V и директно го подаваме към DVM, който е средно коригиран DVM, за това изчислението ще бъде, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

В този момент стойността, показана в средния DVM, не е равна на RMS DVM, така че производителите твърдо кодират фактора 1.11V, за да компенсират грешката.

Така става, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535V

И така, от горните формули и примери можем да докажем, че как неистинският RMS мултицет изчислява променливото напрежение.

Но тази стойност е точна само за чиста форма на синусоида. Така че можем да видим, че се нуждаем от истински RMS DVM, за да измерваме правилно несинусоидална форма на вълната. В противен случай ще получим грешка.

Неща, които трябва да имате предвид

Преди да се направят изчисленията за практическото приложение, трябва да се знаят някои факти, за да се разбере точността при измерване на RMS напрежения с помощта на AD736 IC.

Информационният лист на AD736 разказва за двата най-важни фактора, които трябва да бъдат взети под внимание, за да се изчисли процентът на грешка, която този IC ще произведе, докато измерва RMS стойността, те са.

Честотен отговор
Фактор на гребена

Честотен отговор

Чрез наблюдение на кривите на графиката можем да забележим, че честотната характеристика не е постоянна с амплитуда, но колкото по-ниска е амплитудата, която измервате във входа на вашия преобразувател IC, честотната характеристика спада и в по-ниските обхвати на измерване при около 1mv, изведнъж пада с няколко kHz.

Информационният лист ни дава някои цифри по тази тема, които можете да видите по-долу

Границата за точно измерване е 1%

И така, можем ясно да видим, че ако входното напрежение е 1mv и честотата е 1 kHz, то вече достига 1% допълнителна грешка. Предполагам, че сега можете да разберете останалите стойности.

ЗАБЕЛЕЖКА: Кривата на честотната характеристика и таблицата са взети от листа с данни.

Фактор на гребена

По-просто казано, гребеновият коефициент е съотношението на пиковата стойност, разделена на средно-ефективната стойност.

Crest-Factor = VPK / VRMS

Например, ако разгледаме чиста синусоида с амплитуда

VRMS = 10V

На напрежението връх става

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1.414 = 14.14

Можете ясно да видите това от изображението по-долу, взето от wikipedia

Таблицата по-долу от листа с данни ни казва, че ако изчисленият фактор на гребена е между 1 и 3, можем да очакваме допълнителна грешка от 0,7%, в противен случай трябва да вземем предвид 2,5% от допълнителната грешка, което е вярно за ШИМ сигнал.

Схема за истински RMS конвертор с помощта на IC AD736

Схемата по-долу за RMS конвертора е взета от листа с данни и модифицирана според нашите нужди.

Необходими компоненти

Sl.No	Части	Тип	Количество
1	AD736	интегрална схема	1
2	100 000	Резистор	2
3	10uF	Кондензатор	2
4	100uF	Кондензатор	2
5	33uF	Кондензатор	1
6	9V	Батерия	1
7	Еднокалибрена жица	Общи	8
8	Трансформатор	0 - 4.5V	1
9	Arduino Nano	Общи	1
10	Макет	Общи	1

Истински RMS в DC конвертор - Практически изчисления и тестване

За демонстрация се използва следният апарат

Мултиметър Meco 108B + TRMS
Мултиметър Meco 450B + TRMS
Осцилоскоп Hantek 6022BE

Както е показано на схемата, се използва входящ атенюатор, който в основата си е делителна верига за напрежение за затихване на входния сигнал на интегралната схема AD736, тъй като входното напрежение в пълен мащаб на тази интегрална схема е 200mV MAX.

След като разбрахме някои основни факти за веригата, нека започнем изчисленията за практическата схема.

RMS изчисления за 50Hz AC синусоида

Напрежение на трансформатора: 5.481V RMS, 50Hz

Стойност на резистор R1: 50.45K

Стойност на резистор R1: 220R

Входно напрежение на трансформатора

Сега, ако поставим тези стойности в онлайн калкулатор на делител на напрежение и изчислим, ще получим изходното напрежение от 0,02355V ИЛИ 23,55mV

Сега входът и изходът на веригата могат да се видят ясно.

От дясната страна мултиметърът Meco 108B + TRMS показва входното напрежение. Това е изходът на веригата на делителя на напрежението.

От лявата страна мултиметърът Meco 450B + TRMS показва изходното напрежение. Това е изходното напрежение от AD736 IC.

Сега можете да видите, че горното теоретично изчисление и резултатите от мултиметъра са близки, така че за чиста синусоида, това потвърждава теорията.

Грешката при измерването както при резултатите от мултиметъра се дължи на техния толеранс и за демонстрация, използвам мрежовия вход 230V AC, който се променя много бързо с времето.

Ако имате някакви съмнения, можете да увеличите изображението и да видите, че мултиметърът Meco 108B + TRMS е в режим на променлив ток, а мултиметърът Meco 450B + TRMS е в режим DC.

В този момент не си направих труда да използвам моя осцилоскоп hantek 6022BL, тъй като осцилоскопът е почти безполезен и показва шум само при тези ниски нива на напрежение.

Изчисления за ШИМ сигнал

За демонстрация, PWM сигнал се генерира с помощта на Arduino. Напрежението на платката Arduino е 4.956V, а честотата е почти 1 kHz.

Максимално напрежение на платката Arduino: 4.956V, 989.3Hz

Стойност на резистор R1: 50.75K

Стойност на резистор R1: 220R

Входно напрежение на платката Arduino

Сега поставете тези стойности в онлайн калкулатор на делителя на напрежението и изчислете, ще получим изходното напрежение от 0,02141V ИЛИ 21,41mV.

Това е пиковото напрежение на входния ШИМ сигнал и за да намерим RMS напрежението, трябва просто да го разделим на √2, така че изчислението да стане

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

На теория мултиметър True-RMS лесно ще може да изчисли тази теоретично изчислена стойност, нали?

В DC режим

В режим AC

Трансформаторът на изображението седи там и не прави нищо. С това можете да видите, че съм много мързелив човек.

И така, какъв е проблемът?

Преди някой да скочи и да каже, че сме направили изчисленията погрешно, нека ви кажа, че сме направили изчисленията правилно и проблемът е в мултиметрите.

В DC режим мултиметърът просто взема средната стойност на входния сигнал, която можем да изчислим.

И така, входното напрежение е 0,02141V и за да се получи средното напрежение, то просто умножава стойността по 0,5.

Така че изчислението става, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V или 10,70mV

И това е, което получаваме на дисплея на мултиметъра.

В режим AC, входният кондензатор на мултиметъра блокира DC компонентите на входния сигнал, така че изчислението става почти същото.

Както можете ясно да видите, че в тази ситуация и двете показания са абсолютно погрешни. Така че, не можете да се доверите на дисплея на мултиметъра. Ето защо съществуват мултиметри с True RMS AC + DC възможности, които могат лесно да измерват точно този вид вълнови форми. Например, удължителят 570A е мултиметър с True RMS AC + DC възможности.

В AD736 е вид IC, която се използва за измерване на тези видове сигнали точно. Изображението по-долу е доказателство за теорията.

Сега сме изчислили RMS напрежението да бъде 15,14mV. Но мултицетът показва 15.313mV, тъй като не взехме предвид фактора на гребена и честотната характеристика на IC AD736.

Тъй като сме изчислили фактора на гребена, той е 0,7% от изчислената стойност, така че ако правим математиката, той се свежда до 0,00010598 или 0,10598mV

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

Или

Vout = 15.14 - 0.10598 = 15.0340mV

Така че стойността, показана от мултицет Meco 450B +, очевидно е в границите на грешка от 0.7%

Код на Arduino за генериране на ШИМ

Почти забравих да спомена, че използвах този код на Arduino за генериране на ШИМ сигнал с 50% работен цикъл.

int OUT_PIN = 2; // квадратна вълна с 50% работен цикъл void setup () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // дефиниране на щифта като изход} void loop () {/ * * ако преобразуваме 500 микросекунди в секунди, ще получим 0,0005S * сега, ако го поставим във формулата F = 1 / T *, ще получим F = 1 / 0.0005 = 2000 * щифтът е включен за 500 uS и изключен за 500 us, така че * честотата става F = 2000/2 = 1000Hz или 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }

Можете да научите повече за генерирането на ШИМ с Arduino тук.

Предпазни мерки

AD736 True RMS към DC преобразувател IC е най-скъпата 8-PIN PDIP IC, с която съм работил.

След като напълно унищожих един с ESD, взех подходящи предпазни мерки и се завързах на земята.

Подобрения на веригата

За демонстрация направих схемата в безпоен макет, което абсолютно не се препоръчва. Ето защо грешката при измерване се увеличава след определен честотен диапазон. Тази схема се нуждае от правилното PCB с правилното и катран-равнина на земята, за да работи правилно.

Приложения на True RMS към DC конвертор

Използва се в

Волтметри и мултиметри с висока точност.
Високо прецизно несинусоидално измерване на напрежението.

Надявам се тази статия да ви е харесала и да сте научили нещо ново от нея. Ако имате някакви съмнения, можете да попитате в коментарите по-долу или да използвате нашите форуми за подробна дискусия.

Подробно видео, показващо пълния процес на изчисление, е дадено по-долу.