Designe en ekte rms til dc-omformer ved hjelp av ic ad736

En True-RMS eller TRMS er en type omformer som konverterer RMS-verdi til ekvivalent DC-verdi. Her i denne veiledningen vil vi lære om ekte RMS til DC-omformer, hvordan den fungerer og hvordan målemetoder kan påvirke viste resultater.

Hva er RMS?

RMS er forkortelsen til Root Mean Square. Per definisjon, for vekselstrøm, tilsvarer RMS-verdien en DC-spenning som setter samme mengde strøm i en motstand.

Ekte RMS IC AD736

IC AD736 har få funksjonelle underseksjoner som inngangsforsterker, fullbølge-likeretter (FWR), RMS-kjerne, utgangsforsterker og forspenningsseksjon. Inngangsforsterkeren er konstruert med MOSFET, så den er ansvarlig for den høye impedansen til denne IC.

Etter inngangsforsterkeren er det en presisjons fullbølge-likeretter som er ansvarlig for å drive RMS-kjernen. De essensielle RMS-operasjonene med kvadrering, gjennomsnitt og kvadratroting utføres i kjernen ved hjelp av en ekstern gjennomsnittskondensator CAV. Vær oppmerksom på at uten CAV beveger det utbedrede inngangssignalet ubehandlet gjennom kjernen.

Til slutt buffrer en utgangsforsterker utgangen fra RMS-kjernen og tillater valgfri lavpasfiltrering via den eksterne kondensatoren CF, som er koblet over forsterkerens tilbakemeldingsbane.

Funksjoner av IC AD736

Funksjonene til IC er listet opp nedenfor
Høy inngangsimpedans: 10 ^ 12 Ω
Lav inngangsstrøm: maksimum 25 pA
Høy nøyaktighet: ± 0,3 mV ± 0,3% av avlesningen
RMS-konvertering med signalstoppfaktorer opp til 5
Bredt strømforsyningsområde: +2,8 V, −3,2 V til ± 16,5 V
Lav effekt: 200 µA maksimal strøm
Buffer spenningsutgang
Ingen eksterne trimmer er nødvendige for spesifisert nøyaktighet

Merk: Vær oppmerksom på at funksjonsblokkdiagrammet, funksjonsbeskrivelsen og funksjonslisten er hentet fra databladet og endret etter behov.

Ekte RMS til DC-målemetoder

Det er hovedsakelig tre metoder tilgjengelig som DVM bruker for å måle AC, de er-

True-RMS-måling
Gjennomsnittlig korrigert måling
True-RMS AC + DC måling

True-RMS-måling

True-RMS er en ganske vanlig og populær metode for å måle dynamiske signaler i alle former og størrelser. I et True-RMS multimeter beregner multimeteret RMS-verdien til inngangssignalet og viser resultatet. Dette er hvorfor det er en veldig nøyaktig sammenligning med en gjennomsnittlig utbedret målemetode.

Gjennomsnittlig korrigert måling

I en gjennomsnittlig rettet DVM tar den gjennomsnittet eller gjennomsnittsverdien for inngangssignalet og multipliserer det med 1,11 og viser RMS-verdien. Så vi kan si at det er et gjennomsnittlig rettet RMS- skjermmultimeter.

True-RMS AC + DC måling

For å overvinne smutthullene i et True-RMS multimeter, eksisterer det True-RMS AC + DC målemetoden. Hvis du skulle måle et PWM-signal med et True-RMS multimeter, vil du lese feil verdi. La oss forstå denne metoden med noen formler og video, finn videoen på slutten av denne veiledningen.

Beregning for True RMS-omformer

RMS-verdien

Formelen for å beregne RMS-verdien er beskrevet som

Hvis vi gjør beregningen ved å vurdere

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Dette koker ned til

Vm / (2) ^1/2

Den gjennomsnittlige verdien

Formelen for å beregne gjennomsnittsverdien er beskrevet som

Hvis vi gjør beregningen ved å vurdere

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Dette koker ned til

2Vm / ᴫ

Eksempelberegning True RMS til DC-omformer

Eksempel 1

Hvis vi vurderer topp til toppspenning på 1V og legger den i formelen for å beregne RMS-spenning som er, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Nå vurderer vi en topp til toppspenning på 1V og legger den i formelen for å beregne gjennomsnittlig spenning som er, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V

Derfor, i en ikke-ekte RMS DVM, blir verdien kalibrert med en faktor på 1,11 som kommer fra VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V

Eksempel 2

Nå har vi en topp å topp ren AC sinusbølge på 5V, og vi mater den direkte til en DVM som har ekte RMS-muligheter, for at beregningen ville være, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

Nå har vi en topp til topp ren AC sinusbølge på 5V, og vi mater den direkte til en DVM som er en gjennomsnittlig rettet DVM, for at beregningen ville være, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

Nå på dette punktet er verdien som vises i gjennomsnittlig DVM ikke lik RMS DVM, så produsentene hardkoder 1,11V- faktoren for å kompensere for feilen.

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

Så fra ovenstående formler og eksempler kan vi bevise at hvordan et ikke-ekte RMS-multimeter beregner vekselstrøm.

Men denne verdien er bare nøyaktig for ren sinusbølgeform. Så vi kan se at vi trenger en ekte RMS DVM for å måle en ikke-sinusformet bølgeform riktig. Ellers får vi en feil.

Ting å huske på

Før du gjør beregningene for den praktiske bruken, må noen fakta være kjent for å forstå nøyaktigheten mens du måler RMS-spenninger ved hjelp av AD736 IC.

Dataarket til AD736 forteller om de to viktigste faktorene som bør tas i betraktning for å beregne prosentandelen feil som denne ICen vil produsere mens de måler RMS-verdien.

Frekvensrespons
Crest Factor

Frekvensrespons

Ved å observere kurvene på grafen kan vi observere at frekvensresponsen ikke er konstant med amplitude, men jo lavere amplitude du måler i inngangen til omformeren IC, faller frekvensresponsen, og i de nedre måleområdene på rundt 1mv, det faller plutselig noen kHz.

Dataarket gir oss noen figurer om dette emnet, som du kan se nedenfor

Grensen for nøyaktig måling er 1%

Så vi kan tydelig se at hvis inngangsspenningen er 1mv og frekvensen er 1 kHz, når den allerede 1% ekstra feilmerke. Jeg antar at nå kan du forstå hvileverdiene.

MERK: Frekvensresponskurven og tabellen er hentet fra databladet.

Crest Factor

Enkelt sagt er toppfaktoren forholdet mellom toppverdien delt på RMS-verdien.

Crest-Factor = VPK / VRMS

For eksempel hvis vi betrakter en ren sinusbølge med en amplitude på

VRMS = 10V

Den Peak spenning blir

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

Du kan tydelig se det fra bildet nedenfor hentet fra wikipedia

Tabellen nedenfor fra databladet forteller oss at hvis den beregnede toppfaktoren er mellom 1 og 3, kan vi forvente en tilleggsfeil på 0,7%, ellers må vi vurdere 2,5% ekstra feil som er sant for et PWM-signal.

Skjematisk skjema for ekte RMS-omformer ved bruk av IC AD736

Skjemaet nedenfor for RMS-omformeren er hentet fra databladet og modifisert i henhold til våre behov.

Komponenter kreves

Sl.nr	Deler	Type	Mengde
1	AD736	IC	1
2	100K	Motstand	2
3	10uF	Kondensator	2
4	100uF	Kondensator	2
5	33uF	Kondensator	1
6	9V	Batteri	1
7	Single Gauge Wire	Generisk	8
8	Transformator	0 - 4,5V	1
9	Arduino Nano	Generisk	1
10	Brettbrett	Generisk	1

Ekte RMS til DC-omformer - Praktiske beregninger og testing

For demonstrasjonen brukes følgende apparater

Meco 108B + TRMS multimeter
Meco 450B + TRMS multimeter
Hantek 6022BE oscilloskop

Som vist i skjemaet, brukes en inngangsdempere som i utgangspunktet er en spenningsdelerkrets for å dempe inngangssignalet til AD736 IC, det er fordi fullskala inngangsspenningen til denne IC er 200mV MAX.

Nå som vi har klart noen grunnleggende fakta om kretsen, la oss begynne å beregne den praktiske kretsen.

RMS-beregninger for 50Hz AC sinusbølge

Transformatorspenning: 5,481V RMS, 50Hz

Verdien av motstand R1: 50,45K

Verdien av motstand R1: 220R

Inngangsspenning på transformatoren

Nå hvis vi legger disse verdiene i en online spenningsdeler kalkulator og beregner, vil vi få utgangsspenningen på 0,02355V ELLER 23,55mV

Nå kan inngangen og utgangen fra kretsen sees tydelig.

På høyre side viser Meco 108B + TRMS multimeter inngangsspenningen. Det er utgangen fra spenningsdelerkretsen.

På venstre side viser Meco 450B + TRMS multimeter utgangsspenningen. Det er utgangsspenningen fra AD736 IC.

Nå kan du se at ovennevnte teoretiske beregning og begge multimeterresultatene er nærme, så for en ren sinusbølge bekrefter det teorien.

Målefeilen i begge multimeterresultatene skyldes deres toleranse, og for demonstrasjon bruker jeg 230V AC-inngangen, som endres veldig raskt med tiden.

Hvis du er i tvil, kan du zoome inn på bildet og se at Meco 108B + TRMS multimeter er i AC-modus og Meco 450B + TRMS multimeter er i DC-modus.

På dette tidspunktet gadd jeg ikke å bruke hantek 6022BL-oscilloskopet mitt, fordi oscilloskopet er ganske ubrukelig og viser bare støy ved disse lave spenningsnivåene.

Beregninger for PWM Signal

For demonstrasjon genereres et PWM-signal ved hjelp av en Arduino. Spenningen til Arduino-kortet er 4,956V og frekvensen er nesten 1 kHz.

Maks Arduino Board spenning: 4.956V, 989.3Hz

Verdien av motstand R1: 50,75K

Verdien av motstand R1: 220R

Inngangsspenning på Arduino-kortet

Sett nå disse verdiene i en online kalkulator for spenningsdeler og beregne, vi får utgangsspenningen på 0,02141V ELLER 21,41mV.

Dette er toppspenningen til inngangen PWM-signalet og for å finne RMS-spenningen, må vi bare dele den med √2 så beregningen blir

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

I teorien vil et True-RMS multimeter lett kunne beregne denne teoretisk beregnede verdien, ikke sant?

I DC-modus

I vekselstrømmodus

Transformatoren i bildet sitter der og gjør ingenting. Med det kan du se at jeg er en veldig lat person.

Så, hva er problemet?

Før noen hopper og sier at vi har gjort beregningene feil, la meg fortelle deg at vi har gjort beregningene riktig, og problemet ligger i multimeter.

I DC-modus tar multimeteret ganske enkelt gjennomsnittet av inngangssignalet som vi kan beregne.

Så inngangsspenningen er 0,02141V, og for å få gjennomsnittsspenningen multipliserer den ganske enkelt verdien med 0,5.

Så beregningen blir, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V Eller 10,70mV

Og det er det vi får i multimeterskjermen.

I vekselstrømmodus blokkerer inngangskondensatoren på multimeteret likestrømskomponentene i inngangssignalet, så beregningen blir stort sett den samme.

Nå som du tydelig kan se at begge målingene i denne situasjonen er helt feil. Så du kan ikke stole på multimeterskjermen. Det er derfor det finnes multimetre med True RMS AC + DC- funksjoner som enkelt kan måle denne typen bølgeformer nøyaktig. For eksempel er extech 570A et multimeter med True RMS AC + DC-funksjoner.

Den AD736 er en form for IC som brukes til å måle disse typer inngangssignaler nøyaktig. Bildet nedenfor er bevis på teorien.

Nå har vi beregnet RMS-spenningen til 15,14mV. Men multimeteret viser 15.313mV fordi vi ikke vurderte toppfaktoren og frekvensresponsen til AD736 IC.

Ettersom vi har beregnet toppfaktoren er det 0,7% av den beregnede verdien, så hvis vi gjør matematikken koker det ned til 0,00010598 eller 0,10598mV

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

Eller

Vout = 15.14 - 0.10598 = 15.0340mV

Så verdien som vises av Meco 450B + multimeter er klart innenfor 0,7% feilområde

Arduino-kode for PWM-generasjon

Jeg glemte nesten å nevne at jeg har brukt denne Arduino-koden til å generere PWM-signalet med 50% driftssyklus.

int OUT_PIN = 2; // firkantbølge ut med 50% driftssyklus ugyldig oppsett () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // definerer pinnen som utgang} ugyldig sløyfe () {/ * * hvis vi konverterer 500 mikrosekunder til sekunder, får vi 0.0005S * nå hvis vi legger den i formelen F = 1 / T *, får vi F = 1 / 0,0005 = 2000 * pinnen er på for 500 us og av for 500 oss, så * frekvensen blir F = 2000/2 = 1000Hz eller 1 KHz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }

Du kan lære mer om å generere PWM med Arduino her.

Forholdsregler

AD736 True RMS til DC-omformer IC er den klart dyreste 8-PIN PDIP IC som jeg har jobbet med.

Etter å ha ødelagt en med ESD, tok jeg riktige forholdsregler og festet meg til bakken.

Kretsforbedringer

Til demonstrasjonen har jeg laget kretsløpet i et loddfritt brødbrett som absolutt ikke anbefales. Derfor øker målefeilen etter et bestemt frekvensområde. Denne kretsen trenger et skikkelig PCB med riktig s tjærejordplan for å fungere skikkelig.

Anvendelser av True RMS til DC-omformer

Den brukes i

Voltmetre og multimeter med høy presisjon.
Ikke-sinusformet måling med høy presisjon.

Jeg håper du likte denne artikkelen og lærte noe nytt ut av den. Hvis du er i tvil, kan du spørre i kommentarene nedenfor eller bruke forumene våre for detaljert diskusjon.

En detaljert video som viser fullstendig beregningsprosess er gitt nedenfor.