Todellisen rms-DC-muuntimen suunnittelu ic ad736: lla

True-RMS tai TRMS on eräänlainen muunnin, joka muuntaa RMS-arvon vastaavaksi DC-arvoksi. Tässä tässä opetusohjelmassa opit todellisesta RMS-DC-muuntimesta, miten se toimii ja miten mittausmenetelmät voivat vaikuttaa näytettyihin tuloksiin.

Mikä on RMS?

RMS on lyhenne keskiarvosta. Määritelmän mukaan vaihtovirralla RMS-arvo vastaa tasajännitettä, joka asettaa saman määrän tehoa vastukseen.

Todellinen RMS IC AD736

IC AD736: ssa on muutama toiminnallinen alaosio, kuten tulovahvistin, täysiaaltotasasuuntaaja (FWR), RMS-ydin, lähtövahvistin ja esijännitysosa. Tulovahvistin on rakennettu MOSFETeillä, joten se on vastuussa tämän IC: n suuresta impedanssista.

Tulovahvistimen jälkeen on tarkan täyden aallon tasasuuntaaja, joka vastaa RMS-ytimen käyttämisestä. Olennaiset neliömetrin, keskiarvon muodostamisen ja neliön juurtumisen RMS-toiminnot suoritetaan ytimessä ulkoisen keskimääräisen kondensaattorin CAV avulla. Huomaa, että ilman CAV: ää tasasuuntainen tulosignaali kulkee ytimen läpi käsittelemättömänä.

Lopuksi lähtövahvistin puskuroi RMS-ytimen lähdön ja mahdollistaa valinnaisen alipäästösuodatuksen ulkoisen kondensaattorin CF kautta, joka on kytketty vahvistimen takaisinkytkentäradan poikki.

IC AD736: n ominaisuudet

• IC: n ominaisuudet on lueteltu alla
• Suuri tuloimpedanssi: 10 ^ 12 Ω
• Pieni tulovirta: enintään 25 pA
• Suuri tarkkuus: ± 0,3 mV ± 0,3% lukemasta
• RMS-muunnos signaalin huipputekijöillä enintään 5
• Laaja virtalähde: +2,8 V, −3,2 V - ± 16,5 V
• Pieni teho: 200 µA suurin syöttövirta
• Puskuroitu jännitelähtö
• Mitään tarkkuutta varten ei tarvita ulkoisia reunoja

Huomaa: Huomaa, että toiminnallinen lohkokaavio, toiminnallinen kuvaus ja ominaisuuksien luettelo otetaan lomakkeesta ja muokataan tarpeiden mukaan.

Todelliset RMS-DC-mittausmenetelmät

Käytettävissä on pääasiassa kolme menetelmää, joita DVM käyttää vaihtovirran mittaamiseen.

• True-RMS-mittaus
• Keskimääräinen oikaistu mittaus
• True-RMS AC + DC -mittaus

True-RMS-mittaus

True-RMS on melko yleinen ja suosittu menetelmä kaikentyyppisten ja -kokoisten dynaamisten signaalien mittaamiseen. True-RMS-yleismittarissa yleismittari laskee tulosignaalin RMS-arvon ja näyttää tuloksen. Siksi se on erittäin tarkka vertailu keskimääräiseen oikaistuun mittausmenetelmään.

Keskimääräinen oikaistu mittaus

Keskimääräisessä oikaistussa DVM: ssä se ottaa tulosignaalin keskiarvon tai keskiarvon ja kertoo sen 1,11: llä ja näyttää RMS-arvon. Joten voimme sanoa, että se on keskimääräinen oikaistu RMS-näytön yleismittari.

True-RMS AC + DC -mittaus

True-RMS-yleismittarin aukkojen poistamiseksi on olemassa True-RMS AC + DC -mittausmenetelmä. Jos mittaat PWM-signaalin True-RMS-yleismittarilla, luet väärän arvon. Ymmärretään tämä menetelmä joillakin kaavoilla ja videolla, etsi video tämän opetusohjelman lopusta.

True RMS -muuntimen laskeminen

RMS-arvo

Kaava RMS-arvon laskemiseksi kuvataan seuraavasti

Jos teemme laskelman harkitsemalla

V (t) = Vm Sin (paino) 0

Tämä kiehuu

Vm / (2) ^1/2

Keskimääräinen arvo

Kaavan keskiarvon laskemiseksi kuvataan seuraavasti

Jos teemme laskelman harkitsemalla

V (t) = Vm Sin (paino) 0

Tämä kiehuu

2Vm / ᴫ

Esimerkki laskennasta True RMS - DC -muunnin

Esimerkki 1

Jos tarkastellaan 1 V: n huippu-huippujännitettä ja laitetaan se kaavaan RMS-jännitteen laskemiseksi, joka on, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Harkitaan nyt 1 V: n huippu-huippujännitettä ja laitetaan se kaavaan keskimääräisen jännitteen laskemiseksi, joka on

VAVE = 2 VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637 V

Siksi epätodellisessa RMS DVM: ssä arvo kalibroidaan kertoimella 1,11, joka saadaan VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11 V

Esimerkki 2

Nyt meillä on huipusta huippuun 5 V: n puhtaan AC-siniaalto ja syötämme sitä suoraan DVM: ään, jolla on todelliset RMS-kyvyt, jotta laskelma olisi, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535 V

Nyt meillä on huipusta huippuun 5 V: n puhtaan vaihtovirta-siniaalto, ja syötämme sitä suoraan DVM: ään, joka on keskimääräinen korjattava DVM, sillä laskelma olisi, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3,183V

Tässä vaiheessa keskimääräisessä DVM: ssä esitetty arvo ei ole sama kuin RMS DVM, joten valmistajat koodaavat 1,11 V -kertoimen virheen kompensoimiseksi.

Joten siitä tulee, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535 V

Joten yllä olevista kaavoista ja esimerkeistä voimme todistaa, että kuinka epätosi RMS-yleismittari laskee vaihtojännitteen.

Mutta tämä arvo on tarkka vain puhtaalle siniaaltomuodolle. Joten voimme nähdä, että tarvitsemme todellisen RMS-DVM: n mittaamaan ei-sinimuotoisen aaltomuodon oikein. Muuten saamme virheen.

Pidettävä mielessä

Ennen käytännön sovellusten laskemista on tiedettävä joitain tosiasioita tarkkuuden ymmärtämiseksi mitattaessa RMS-jännitteitä AD736 IC: n avulla.

AD736: n tietolomake kertoo kahdesta tärkeimmästä tekijästä, jotka tulisi ottaa huomioon laskettaessa virheprosentti, jonka tämä IC tuottaa mittaamalla RMS-arvoa.

1. Taajuusvaste
2. Huipputekijä

Taajuusvaste

Tarkkailemalla käyrät kaaviossa voimme havaita, että taajuusvaste ei ole vakio amplitudin kanssa, mutta mitä pienempi amplitudi mitataan muuntimen IC: n tulossa, taajuusvaste putoaa ja alemmilla mittausalueilla noin 1 mv, se putoaa yhtäkkiä muutaman kHz.

Datalehti antaa meille joitain lukuja tästä aiheesta, jotka näet alla

Tarkan mittauksen raja on 1%

Joten voimme selvästi nähdä, että jos tulojännite on 1 mv ja taajuus on 1 kHz, se saavuttaa jo 1%: n lisävirhemerkin. Oletan, että nyt voit ymmärtää muut arvot.

HUOMAUTUS: Taajuusvaste-käyrä ja taulukko otetaan datalehdestä.

Huipputekijä

Yksinkertaisesti sanottuna harjakerroin on huippuarvon suhde RMS-arvoon.

Huipputekijä = VPK / VRMS

Esimerkiksi, jos tarkastellaan puhdasta siniaaltoa, jonka amplitudi on

VRMS = 10 V

Peak jännite muuttuu

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

Voit nähdä sen selvästi alla olevasta kuvasta, joka on otettu wikipediasta

Datalehden alla oleva taulukko kertoo meille, että jos laskettu harjakerroin on välillä 1-3, voimme odottaa 0,7%: n lisävirhettä, muuten meidän on otettava huomioon 2,5%: n lisävirhe, joka pätee PWM-signaaliin.

Kaavio todelliselle RMS-muuntimelle, joka käyttää IC AD736: ta

Alla oleva RMS-muuntimen kaavio on otettu esitteestä ja muunnettu tarpeidemme mukaan.

Tarvittavat komponentit

Sl. Ei	Osat	Tyyppi	Määrä
1	AD736	IC	1
2	100 kt	Vastus	2
3	10uF	Kondensaattori	2
4	100uF	Kondensaattori	2
5	33uF	Kondensaattori	1
6	9 V	Akku	1
7	Yhden mittarin lanka	Yleinen	8
8	Muuntaja	0 - 4,5 V	1
9	Arduino Nano	Yleinen	1
10	Leipälauta	Yleinen	1

Todellinen RMS-DC-muunnin - käytännön laskelmat ja testaus

Esittelyä varten käytetään seuraavaa laitetta

1. Meco 108B + TRMS yleismittari
2. Meco 450B + TRMS yleismittari
3. Hantek 6022BE -oskilloskooppi

Kuten kaaviossa on esitetty, käytetään sisääntulovaimenninta, joka on periaatteessa jännitteenjakajapiiri AD736 IC: n tulosignaalin vaimentamiseksi, koska tämän IC: n täysimittainen tulojännite on 200 mV MAX.

Nyt kun meillä on selvä joitain perustietoja piiristä, aloitetaan käytännön piirin laskelmat.

RMS-laskelmat 50 Hz: n AC-siniaallolle

Muuntajan jännite: 5,481 V RMS, 50 Hz

Vastuksen R1 arvo: 50,45K

Vastuksen R1 arvo: 220R

Muuntajan tulojännite

Jos laitamme nämä arvot online- jännitteenjakajan laskimeen ja laskemme, saadaan lähtöjännite 0,02355V TAI 23,55mV

Nyt piirin tulo ja lähtö voidaan nähdä selvästi.

Oikealla puolella Meco 108B + TRMS -yleismittari näyttää tulojännitteen. Se on jännitteenjakajan piirin lähtö.

Vasemmalla puolella Meco 450B + TRMS -yleismittari näyttää lähtöjännitteen. Se on AD736 IC: n lähtöjännite.

Nyt voit nähdä, että yllä oleva teoreettinen laskelma ja molemmat yleismittarin tulokset ovat lähellä, joten puhtaalle siniaallolle se vahvistaa teorian.

Mittausvirhe molemmissa yleismittarituloksissa johtuu niiden toleranssista ja havainnollistamiseksi käytän 230 V AC-verkkotuloa, joka muuttuu ajan myötä hyvin nopeasti.

Jos sinulla on epäilyksiä, voit lähentää kuvaa ja nähdä, että Meco 108B + TRMS -yleismittari on AC-tilassa ja Meco 450B + TRMS -mittari on DC-tilassa.

Tässä vaiheessa en vaivautunut käyttämään hantek 6022BL -oskilloskooppiani, koska oskilloskooppi on melko hyödytön ja näyttää melua vain näillä matalilla jännitetasoilla.

PWM-signaalin laskelmat

Esittelyä varten PWM-signaali generoidaan Arduinon avulla. Arduino-kortin jännite on 4,956 V ja taajuus on lähes 1 kHz.

Arduino-kortin enimmäisjännite: 4,956 V, 989,3 Hz

Vastuksen R1 arvo: 50,75K

Vastuksen R1 arvo: 220R

Syöttöjännite Arduino-kortilla

Laita nämä arvot nyt online-jännitteenjakajan laskimeen ja laske, saamme lähtöjännitteen 0,02141V TAI 21,41mV.

Tämä on sisääntulevan PWM-signaalin huippujännite ja RMS-jännitteen löytämiseksi meidän on yksinkertaisesti jaettava se √2: lla, jotta laskennasta tulee

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

Teoriassa True-RMS-yleismittari pystyy helposti laskemaan tämän teoreettisesti lasketun arvon?

DC-tilassa

Vaihtotilassa

Kuvan muuntaja istuu siellä eikä tee mitään. Sen avulla voit nähdä, että olen erittäin laiska henkilö.

Joten, mikä on ongelma?

Ennen kuin kukaan hyppää ja sanoo, että olemme suorittaneet laskelmat väärin, haluan kertoa teille, että olemme suorittaneet laskelmat oikein, ja ongelma on yleismittareissa.

On DC-tilassa yleismittari yksinkertaisesti ottamalla keskiarvo tulosignaalin, joka voidaan laskea.

Joten tulojännite on 0,02141V ja keskimääräisen jännitteen saamiseksi se yksinkertaisesti kerrotaan arvolla 0,5.

Joten laskennasta tulee, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V tai 10,70mV

Ja tämä on mitä saamme yleismittarin näytöllä.

On AC-tilassa, tulo kondensaattorin yleismittari estää DC-komponenttien tulosignaalin, joten laskenta tulee melko sama.

Kuten voit selvästi nähdä, molemmat lukemat ovat tässä tilanteessa täysin väärät. Joten et voi luottaa yleismittarin näyttöön. Siksi on olemassa yleismittareita, joilla on True RMS AC + DC -ominaisuudet ja jotka voivat helposti mitata tällaiset aaltomuodot tarkasti. Esimerkiksi extech 570A on yleismittari, jolla on True RMS AC + DC -ominaisuudet.

AD736 on eräänlainen IC, jota käytetään mittaamaan tällaisia tulosignaalien tarkasti. Seuraava kuva on todiste teoriasta.

Nyt olemme laskeneet RMS-jännitteen olevan 15,14 mV. Mutta yleismittari näyttää 15,313 mV, koska emme ottaneet huomioon AD736 IC: n huippukerrointa ja taajuusvastetta.

Kun olemme laskeneet harjakertoimen, se on 0,7% lasketusta arvosta, joten jos teemme matematiikan, se kiehuu arvoon 0,00010598 tai 0,10598mV

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

Tai

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

Joten Meco 450B + -mittarin näyttämä arvo on selvästi 0,7%: n virhealueella

Arduino-koodi PWM-sukupolvelle

Melkein unohdin mainita, että olen käyttänyt tätä Arduino-koodia PWM-signaalin tuottamiseen 50%: n kuormituksella.

int OUT_PIN = 2; // neliön aalto ulos 50%: n työjaksolla void setup () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // nastan määritteleminen tuotokseksi} void loop () {/ * * jos muunnetaan 500 mikrosekuntia sekunneiksi, saadaan 0,0005S * nyt jos laitamme sen kaavaan F = 1 / T *, saadaan F = 1 / 0,0005 = 2000 * tappi on päällä 500 uS: lla ja pois päältä 500 us: lla, joten * taajuudesta tulee F = 2000/2 = 1000Hz tai 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); viive mikrosekuntia (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); viive mikrosekuntia (500); }

Voit oppia lisää PWM: n luomisesta Arduinolla täältä.

Varotoimenpiteet

AD736 True RMS - DC -muunnin-IC on ylivoimaisesti kallein 8-nastainen PDIP-IC, jonka kanssa olen työskennellyt.

Tuhonnut yhden ESD: llä täysin, ryhdyin asianmukaisiin varotoimiin ja kiinnitin itseni maahan.

Piirin parannukset

Esittelyä varten olen tehnyt piirin juotettomassa leipälaudassa, jota ei ehdottomasti suositella. Siksi mittausvirhe kasvaa tietyn taajuusalueen jälkeen. Tämä piiri tarvitsee asianmukaisesti PCB asianmukaisen s terva-maatason toimiakseen kunnolla.

True RMS - DC -muuntimen sovellukset

Sitä käytetään

• Tarkat jännitemittarit ja yleismittarit.
• Tarkka ei-sinimuotoinen jännitteen mittaus.

Toivottavasti pidit tästä artikkelista ja opit siitä jotain uutta. Jos sinulla on epäilyksiä, voit kysyä alla olevista kommenteista tai käyttää foorumeitamme yksityiskohtaiseen keskusteluun.

Yksityiskohtainen video, jossa näkyy koko laskentaprosessi, on annettu alla.