Projektuojant tikrąjį kvadratinių efektų keitiklį naudojant „ic ad736“

„True-RMS“ arba „TRMS“ yra keitiklio tipas, kuris RMS vertę paverčia ekvivalentine nuolatine verte. Čia, šioje pamokoje, sužinosime apie tikrąjį RMS į DC keitiklį, kaip jis veikia ir kaip matavimo metodai gali paveikti rodomus rezultatus.

Kas yra RMS?

RMS yra šaknies vidurkio santrumpa. Pagal apibrėžimą, kintamosios elektros srovės RMS vertė yra lygi nuolatinei įtampai, kuri tiekia tą patį energijos kiekį į rezistorių.

Tikrasis RMS IC AD736

IC AD736 turi keletą funkcinių poskyrių, tokių kaip įvesties stiprintuvas, visos bangos lygintuvas (FWR), RMS šerdis, išvesties stiprintuvas ir šališkumas. Įvesties stiprintuvas sukonstruotas naudojant MOSFET, todėl jis yra atsakingas už didelę šio IC impedanciją.

Po įvesties stiprintuvo yra tikslus visos bangos lygintuvas, kuris yra atsakingas už RMS šerdies varymą. Esminės kvadrato, vidurkio nustatymo ir kvadratinio įsišaknijimo RMS operacijos atliekamos šerdyje išorinio vidutinio kondensatoriaus CAV pagalba. Atkreipkite dėmesį, kad be CAV ištaisytas įvesties signalas eina per šerdį neperdirbtas.

Galiausiai, išvesties stiprintuvas buferizuoja iš RMS šerdies išvestį ir leidžia atlikti neprivalomą žemų dažnių filtravimą per išorinį kondensatorių CF, kuris yra sujungtas per stiprintuvo grįžtamąjį ryšį.

IC AD736 ypatybės

Toliau pateikiamos IC savybės
Didelė įėjimo varža: 10 ^ 12 Ω
Maža įėjimo įtampos srovė: maks. 25 pA
Didelis tikslumas: ± 0,3 mV ± 0,3% rodmens
RMS perskaičiavimas su signalo viršūnės koeficientais iki 5
Platus maitinimo šaltinis: +2,8 V, −3,2 V iki ± 16,5 V
Maža galia: 200 µA didžiausia maitinimo srovė
Buferinis įtampos išėjimas
Norint tikslumo, nereikia jokių išorinių apdailų

Pastaba: Atkreipkite dėmesį, kad funkcinių blokų schema, funkcijų aprašymas ir funkcijų sąrašas yra paimtas iš duomenų lapo ir modifikuojamas pagal poreikius.

Tikrieji RMS ir nuolatinės srovės matavimų metodai

Iš esmės yra trys būdai, kuriuos DVM naudoja kintamosios srovės matavimui, jie yra:

Tikrasis RMS matavimas
Vidutinis ištaisytas matavimas
Tikrasis RMS kintamosios ir nuolatinės srovės matavimas

Tikrasis RMS matavimas

„True-RMS“ yra gana paplitęs ir populiarus būdas matuoti visų formų ir dydžių dinaminius signalus. „True-RMS“ multimetre multimetras apskaičiuoja įvesties signalo RMS vertę ir parodo rezultatą. Štai kodėl tai labai tikslus palyginimas su vidutiniu ištaisytu matavimo metodu.

Vidutinis ištaisytas matavimas

Vidutiniame ištaisytame DVM jis ima vidutinę arba vidutinę įvesties signalo vertę ir padaugina iš 1,11 ir parodo RMS vertę. Taigi galime sakyti, kad tai vidutinis ištaisytas RMS ekranų multimetras.

Tikrasis RMS kintamosios ir nuolatinės srovės matavimas

Norėdami pašalinti „True-RMS“ multimetro spragas, egzistuoja „ True-RMS AC + DC“ matavimo metodas. Jei matuotumėte PWM signalą su „True-RMS“ multimetru, perskaitysite neteisingą vertę. Supraskime šį metodą su keliomis formulėmis ir vaizdo įrašu, raskite vaizdo įrašą šios pamokos pabaigoje.

Tikros RMS keitiklio skaičiavimas

RMS vertė

RMS vertės apskaičiavimo formulė aprašyta taip

Jei skaičiavimą atliksime atsižvelgdami

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Tai virsta

Vm / (2) ^1/2

Vidutinė vertė

Vidutinės vertės apskaičiavimo formulė aprašyta taip

Jei skaičiavimą atliksime atsižvelgdami

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Tai virsta

2Vm / ᴫ

Skaičiavimo pavyzdys Tikrasis RMS į DC keitiklį

1 pavyzdys

Jei atsižvelgsime į 1 V įtampą nuo didžiausios iki didžiausios, ir įtraukime ją į formulę, kad apskaičiuotume RMS įtampą, kuri yra, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Atsižvelgiant į 1 V įtampą nuo didžiausios iki didžiausios ir įtraukiant ją į formulę, kad būtų apskaičiuota vidutinė įtampa, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V

Todėl netiesoje RMS DVM vertė kalibruojama koeficientu 1,11, kuris gaunamas iš VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11 V

2 pavyzdys

Dabar mes turime 5 V grynosios kintamosios srovės sinchroninę bangą nuo piko iki didžiausio ir mes ją tiesiogiai tiekiame į DVM, kuris turi tikras RMS galimybes, kad būtų apskaičiuota, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535 V

Dabar mes turime 5 V grynosios kintamosios srovės sinusinės bangos smailę iki didžiausios, ir mes ją tiesiogiai tiekiame į DVM, kuris yra vidutinis ištaisytas DVM, kad būtų apskaičiuota, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3,183V

Dabar šioje vietoje vidutinio DVM rodoma vertė nėra lygi RMS DVM, todėl gamintojai pakodavo 1,11 V koeficientą, kad kompensuotų klaidą.

Taigi tai tampa, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535 V

Taigi iš aukščiau pateiktų formulių ir pavyzdžių galime įrodyti, kad kaip netiesa RMS multimetras apskaičiuoja kintamą įtampą.

Bet ši vertė tiksli tik grynai sinusinei bangai. Taigi galime pamatyti, kad mums reikia tikro RMS DVM, kad galėtume tinkamai išmatuoti ne sinusoidinę bangos formą. Priešingu atveju gausime klaidą.

Reikėtų nepamiršti dalykų

Prieš atliekant praktinio taikymo skaičiavimus, reikia žinoti kai kuriuos faktus, kad būtų galima suprasti tikslumą matuojant RMS įtampą naudojant AD736 IC.

AD736 duomenų lape pasakojama apie du svarbiausius veiksnius, į kuriuos reikėtų atsižvelgti apskaičiuojant klaidos procentą, kurį šis IC padarys matuodamas RMS vertę.

Atsakymas į dažnį
„Crest Factor“

Atsakymas į dažnį

Stebėdami grafiko kreives, galime pastebėti, kad dažnio atsakas nėra pastovus, atsižvelgiant į amplitudę, tačiau kuo mažesnė amplitudė, kurią matuojate savo keitiklio IC įvestyje, dažnio atsakas nukrenta, o mažesniuose matavimo diapazonuose yra maždaug 1mv, jis staiga sumažėja keliais kHz.

Duomenų lape pateikiami keli skaičiai šia tema, kuriuos galite pamatyti žemiau

Tikslaus matavimo riba yra 1%

Taigi, mes aiškiai matome, kad jei įėjimo įtampa yra 1mv, o dažnis yra 1 kHz, ji jau pasiekia 1% papildomą klaidos ženklą. Manau, kad dabar jūs galite suprasti kitas vertes.

PASTABA: Dažnio atsako kreivė ir lentelė paimtos iš duomenų lapo.

„Crest Factor“

Paprasčiau tariant, didžiausias koeficientas yra didžiausios vertės santykis, padalytas iš RMS vertės.

„Crest-Factor“ = VPK / VRMS

Pavyzdžiui, jei atsižvelgsime į gryną sinusinę bangą, kurios amplitudė yra

VRMS = 10 V

Didžiausia įtampa tampa

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

Tai aiškiai matote iš žemiau esančio paveikslėlio, paimto iš vikipedijos

Žemiau esančioje lentelėje iš duomenų lapo sakoma, kad jei apskaičiuotas viršūnės koeficientas yra nuo 1 iki 3, galime tikėtis papildomos 0,7% klaidos, nes mes turime atsižvelgti į 2,5% papildomos klaidos, kuri galioja PWM signalui.

Tikros RMS keitiklio, naudojant IC AD736, schema

Žemiau pateikiama RMS keitiklio schema paimta iš duomenų lapo ir modifikuojama pagal mūsų poreikius.

Būtini komponentai

Sl. Nr	Dalys	Tipas	Kiekis
1	AD736	IC	1
2	100 tūkst	Rezistorius	2
3	10uF	Kondensatorius	2
4	100 uF	Kondensatorius	2
5	33uF	Kondensatorius	1
6	9V	Baterija	1
7	Vieno matuoklio viela	Bendrasis	8
8	Transformatorius	0 - 4,5 V	1
9	„Arduino Nano“	Bendrasis	1
10	Bandomoji Lenta	Bendrasis	1

Tikrasis RMS į nuolatinės srovės keitiklį - praktiniai skaičiavimai ir bandymai

Demonstravimui naudojamas šis aparatas

„Meco 108B + TRMS“ multimetras
„Meco 450B + TRMS“ multimetras
Hantek 6022BE osciloskopas

Kaip parodyta schemoje, naudojamas įvesties slopintuvas, kuris iš esmės yra įtampos skirstytuvo grandinė, skirta AD736 IC įvesties signalui susilpninti, nes visos šios skalės įėjimo įtampa yra 200 mV MAX.

Dabar, kai turime aiškius kai kuriuos pagrindinius faktus apie grandinę, pradėkime praktinės grandinės skaičiavimus.

RMS skaičiavimai 50 Hz kintamajai sinuso bangai

Transformatoriaus įtampa: 5,481 V RMS, 50 Hz

Rezistoriaus R1 vertė: 50,45K

Rezistoriaus R1 vertė: 220R

Transformatoriaus įėjimo įtampa

Dabar, jei šias vertes įdėsime į internetinį įtampos daliklio skaičiuoklę ir apskaičiuosime, gausime išėjimo įtampą 0,02355V ARBA 23,55mV

Dabar grandinės įvestis ir išėjimas gali būti aiškiai matomi.

Dešinėje pusėje „Meco 108B + TRMS“ multimetras rodo įėjimo įtampą. Tai yra įtampos daliklio grandinės išėjimas.

Kairėje pusėje „Meco 450B + TRMS“ multimetras rodo išėjimo įtampą. Tai yra išėjimo įtampa iš AD736 IC.

Dabar galite pamatyti, kad aukščiau pateiktas teorinis skaičiavimas ir abu multimetro rezultatai yra artimi, todėl grynai sinusinei bangai tai patvirtina teoriją.

Matavimo paklaida abiejuose multimetro rezultatuose yra dėl jų tolerancijos, o demonstravimui naudoju 230 V kintamosios srovės įvestį, kuri laikui bėgant keičiasi labai greitai.

Jei kyla abejonių, galite priartinti vaizdą ir pamatyti, kad „Meco 108B + TRMS“ multimetras veikia kintamosios srovės, o „Meco 450B + TRMS“ multimetras - nuolatinės srovės režimu.

Šiuo metu aš nesivarginau naudoti savo hantek 6022BL osciloskopo, nes osciloskopas yra beveik nenaudingas ir rodo triukšmą tik esant tokiems žemos įtampos lygiams.

PWM signalo skaičiavimai

Norėdami parodyti, „Arduino“ pagalba generuojamas PWM signalas. „Arduino“ plokštės įtampa yra 4,956 V, o dažnis - beveik 1 kHz.

„Max Arduino“ plokštės įtampa: 4,956 V, 989,3 Hz

Rezistoriaus R1 vertė: 50,75K

Rezistoriaus R1 vertė: 220R

Įvesties įtampa „Arduino“ plokštėje

Dabar įdėkite šias vertes į internetinį įtampos daliklio skaičiuoklę ir apskaičiuokite, mes gausime išėjimo įtampą 0,02141V ARBA 21,41mV.

Tai yra didžiausia įvesties PWM signalo įtampa ir norėdami rasti RMS įtampą, turime ją tiesiog padalyti iš √2, kad apskaičiavimas

VRMS = Vm / √2 = 0.02141 / √2 = 0.01514V arba 15.14mV

Teoriškai „ True-RMS“ multimetras lengvai galės apskaičiuoti šią teoriškai apskaičiuotą vertę?

Nuolatinės srovės režimu

Kintamosios srovės režimu

Vaizdo transformatorius sėdi ten ir nieko neveikia. Tai matydami, aš esu labai tingus žmogus.

Taigi, kokia yra problema?

Prieš kas nors šokinėja ir sako, kad skaičiavimus atlikome neteisingai, leiskite man pasakyti, kad skaičiavimus atlikome teisingai, ir problema yra multimetruose.

Be DC režimu Multimetras tiesiog atsižvelgiant į įvesties signalas, kuris mes galime apskaičiuoti vidurkį.

Taigi, įėjimo įtampa yra 0,02141V, o norint gauti vidutinę įtampą, ji paprasčiausiai padaugina vertę iš 0,5.

Taigi skaičiavimas tampa

VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V arba 10,70mV

Tai ir gauname multimetro ekrane.

Be AC režimu, įvesties kondensatorius iš multimetro blokuoja DC komponentus įvesties signalo, todėl skaičiavimas tampa beveik tas pats.

Dabar, kai tai aiškiai matote, šioje situacijoje abu rodmenys yra visiškai neteisingi. Taigi, jūs negalite pasitikėti multimetro ekranu. Štai kodėl egzistuoja multimetrai su „ True RMS AC + DC“ galimybėmis, kurie gali lengvai tiksliai išmatuoti tokio tipo bangas. Pavyzdžiui, „extech 570A“ yra multimetras, turintis „True RMS AC + DC“ galimybes.

AD736 yra IC natūra, kad yra naudojamas tiksliai išmatuoti šiuos įvesties signalų tipai. Žemiau pateiktas vaizdas yra teorijos įrodymas.

Dabar apskaičiavome, kad RMS įtampa yra 15,14 mV. Bet multimetras rodo 15,313mV, nes mes neatsižvelgėme į AD736 IC kūgio faktorių ir dažnio atsaką.

Kadangi mes apskaičiavome didžiausią koeficientą, jis yra 0,7% apskaičiuotos vertės, taigi, jei atliksime matematiką, jis sumažės iki 0,00010598 arba 0,10598mV

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

Arba

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

Taigi „Meco 450B + multimeter“ rodoma vertė yra aiškiai 0,7% paklaidos diapazone

„Arduino“ kodas PWM kartai

Aš beveik pamiršau paminėti, kad naudojau šį „Arduino“ kodą PWM signalui generuoti su 50% darbo ciklu.

int OUT_PIN = 2; // kvadratinė banga su 50% darbo ciklo negaliojančiu nustatymu () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // kaiščio apibrėžimas kaip išvestis} void loop () {/ * * jei konvertuosime 500 mikrosekundžių į sekundes, gausime 0,0005S * dabar, jei mes jį įtrauksime į formulę F = 1 / T *, gausime F = 1 / 0,0005 = 2000 * kaištis yra įjungtas 500 uS ir išjungtas 500 us, taigi * dažnis tampa F = 2000/2 = 1000Hz arba 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); vėlavimasMikrosekundės (500); „digitalWrite“ (OUT_PIN, LOW); vėlavimasMikrosekundės (500); }

Čia galite sužinoti daugiau apie PWM generavimą naudojant „Arduino“.

Atsargumo priemonės

„AD736 True RMS to DC converter IC“ yra pats brangiausias 8 PIN PDIP IC, su kuriuo dirbau.

Visiškai sunaikinęs vieną su ESD, ėmiausi tinkamų atsargumo priemonių ir prisirišau prie žemės.

Grandinės patobulinimai

Demonstracijai aš padariau grandinę be litavimo duonos lentoje, kuri visiškai nerekomenduojama. Štai kodėl matavimo paklaida padidėja po tam tikro dažnių diapazono. Ši grandinė turi tinkamą PCB su tinkamu -ai deguto-įžeminimo plokštės, kad tinkamai veiktų.

„True RMS to DC converter“ programos

Jis naudojamas

Didelio tikslumo voltmetrai ir multimetrai.
Didelio tikslumo ne sinusoidinis įtampos matavimas.

Tikiuosi, kad šis straipsnis jums patiko ir iš jo sužinojote kažką naujo. Jei turite kokių nors abejonių, galite paklausti žemiau pateiktų komentarų arba pasinaudoti mūsų forumais išsamiai diskusijai.

Išsamus vaizdo įrašas, rodantis visą skaičiavimo procesą, pateiktas žemiau.