Īsta faktiskā kvadrātmetra līdz līdzstrāvas pārveidotāja projektēšana, izmantojot ic ad736

True-RMS vai TRMS ir pārveidotāja veids, kas pārveido RMS vērtību līdzvērtīgai līdzstrāvas vērtībai. Šajā apmācībā mēs uzzināsim par patieso RMS līdz DC pārveidotāju, kā tas darbojas un kā mērīšanas metodes var ietekmēt parādītos rezultātus.

Kas ir RMS?

RMS ir Root Mean Square saīsinājums. Pēc definīcijas mainīgajai elektriskajai strāvai RMS vērtība ir līdzvērtīga līdzstrāvas spriegumam, kas rezistorā ievieto tādu pašu enerģijas daudzumu.

Patiesais RMS IC AD736

IC AD736 ir maz funkcionālu apakšsadaļu, piemēram, ieejas pastiprinātājs, pilna viļņu taisngriezis (FWR), RMS kodols, izejas pastiprinātājs un slīpo sadaļa. Ievades pastiprinātājs ir konstruēts ar MOSFET, tāpēc tas ir atbildīgs par šīs IC lielo pretestību.

Pēc ievades pastiprinātāja ir precīzs pilna viļņa taisngriezis, kas ir atbildīgs par RMS kodola vadīšanu. Būtiskās kvadrātveida, vidējās vērtības un kvadrātu sakņu RMS darbības tiek veiktas kodolā ar ārējā vidējā kondensatora CAV palīdzību. Lūdzu, ņemiet vērā, ka bez CAV iztaisnotais ieejas signāls iet caur kodolu neapstrādātu.

Visbeidzot, izejas pastiprinātājs buferizē RMS kodola izvadi un ļauj pēc izvēles veikt zemfrekvences filtrēšanu, izmantojot ārējo kondensatoru CF, kas ir savienots pa pastiprinātāja atgriezeniskās saites ceļu.

IC AD736 iezīmes

IC funkcijas ir uzskaitītas zemāk
Augsta ieejas pretestība: 10 ^ 12 Ω
Zema ieejas novirzes strāva: maksimums 25 pA
Augsta precizitāte: ± 0,3 mV ± 0,3% no nolasījuma
RMS pārveidošana ar signāla maksimuma koeficientiem līdz 5
Plašs barošanas avota diapazons: +2,8 V, −3,2 V līdz ± 16,5 V
Zema jauda: 200 µA maksimālā barošanas strāva
Buferēta sprieguma izeja
Norādītajai precizitātei nav nepieciešami ārējie apdari

Piezīme. Lūdzu, ņemiet vērā, ka funkcionālā bloka diagramma, funkcionālais apraksts un funkciju saraksts tiek ņemts no datu lapas un mainīts atbilstoši vajadzībām.

Patiesās RMS līdz DC mērījumu metodes

Galvenokārt ir pieejamas trīs metodes, kuras DVM izmanto AC mērīšanai, tās ir

True-RMS mērīšana
Vidējais labotais mērījums
True-RMS AC + DC mērīšana

True-RMS mērīšana

True-RMS ir diezgan izplatīta un populāra metode visu formu un izmēru dinamisko signālu mērīšanai. True-RMS multimetrā multimetrs aprēķina ieejas signāla RMS vērtību un parāda rezultātu. Tāpēc tas ir ļoti precīzi salīdzināms ar vidēji labotu mērīšanas metodi.

Vidējais labotais mērījums

Vidējā labotajā DVM tiek ņemta vidējā vai vidējā ievades signāla vērtība un reizināta ar 1,11 un parādīta RMS vērtība. Tātad, mēs varam teikt, ka tas ir vidēji labots RMS displeja multimetrs.

True-RMS AC + DC mērīšana

Lai novērstu True-RMS multimetra nepilnības, pastāv True-RMS AC + DC mērīšanas metode. Ja mērītu PWM signālu ar True-RMS multimetru, jūs nolasīsit nepareizu vērtību. Sapratīsim šo metodi ar dažām formulām un video, atrodiet videoklipu šīs apmācības beigās.

Aprēķins True RMS pārveidotājam

RMS vērtība

RMS vērtības aprēķināšanas formula ir aprakstīta šādi

Ja mēs veicam aprēķinu, ņemot vērā

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Tas vārās līdz

Vm / (2) ^1/2

Vidējā vērtība

Formula vidējās vērtības aprēķināšanai ir aprakstīta šādi

Ja mēs veicam aprēķinu, ņemot vērā

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Tas vārās līdz

2Vm / ᴫ

Aprēķina piemērs True RMS - DC pārveidotājs

1. piemērs

Ja ņemam vērā 1 V maksimālo un maksimālo spriegumu un ievietojam to formulā, lai aprēķinātu RMS spriegumu, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Apsverot maksimālo un maksimālo spriegumu 1 V un ievietojot to formulā, lai aprēķinātu vidējo spriegumu, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V

Tāpēc nepatiesā RMS DVM vērtība tiek kalibrēta ar koeficientu 1,11, kas nāk no VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11 V

2. piemērs

Tagad mums ir maksimālais līdz maksimālais 5 V maiņstrāvas sinusoidālais vilnis, un mēs tieši to padodam DVM, kam ir patiesas RMS iespējas, lai to aprēķinātu, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535 V

Tagad mums ir maksimālais līdz maksimālais 5 V maiņstrāvas sinusoidālais vilnis, un mēs tieši to padodam DVM, kas ir vidēji izlabots DVM, lai to aprēķinātu, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3,183V

Tagad šajā brīdī vidējā DVM norādītā vērtība nav vienāda ar RMS DVM, tāpēc ražotāji stingri kodē 1,11 V koeficientu, lai kompensētu kļūdu.

Tā tas kļūst, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535 V

Tātad no iepriekš minētajām formulām un piemēriem mēs varam pierādīt, ka tas, kā nepatiesa RMS multimetrs aprēķina maiņstrāvas spriegumu.

Bet šī vērtība ir precīza tikai tīra sinusa viļņu formai. Tātad mēs varam redzēt, ka mums ir nepieciešami patiesi RMS DVM, lai pareizi izmērītu ne sinusoidālu viļņu formu. Pretējā gadījumā mēs saņemsim kļūdu.

Lietas, kas jāpatur prātā

Pirms praktiskā pielietojuma aprēķinu veikšanas ir jāzina daži fakti, lai saprastu precizitāti, mērot RMS spriegumu ar AD736 IC palīdzību.

AD736 datu lapa stāsta par diviem vissvarīgākajiem faktoriem, kas būtu jāņem vērā, aprēķinot kļūdas procentuālo daudzumu, ko šis IC radīs, mērot RMS vērtību.

Reakcija uz frekvenci
Crest Factor

Reakcija uz frekvenci

Novērojot grafika līknes, mēs varam novērot, ka frekvences reakcija nav konstanta ar amplitūdu, bet jo zemāka ir amplitūda, ko mēra pārveidotāja IC ievadā, frekvences atbilde samazinās un zemākajos mērījumu diapazonos ir aptuveni 1mv tas pēkšņi pazeminās dažus kHz.

Datu lapa sniedz mums dažus skaitļus par šo tēmu, kurus jūs varat redzēt zemāk

Precīzas mērīšanas robeža ir 1%

Tātad, mēs varam skaidri redzēt, ka, ja ieejas spriegums ir 1mv un frekvence ir 1 kHz, tas jau sasniedz 1% papildu kļūdas atzīmi. Es pieņemu, ka tagad jūs varat saprast pārējās vērtības.

PIEZĪME. Frekvences reakcijas līkne un tabula ir ņemta no datu lapas.

Crest Factor

Vienkārši sakot, maksimālais koeficients ir Peak vērtības attiecība ar RMS vērtību.

Crest-Factor = VPK / VRMS

Piemēram, ja mēs ņemam vērā tīru sinusa vilni ar amplitūdu

VRMS = 10V

Peak spriegums kļūst

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

To var skaidri redzēt no zemāk redzamā attēla, kas uzņemts no wikipedia

Zemāk esošajā tabulā no datu lapas ir norādīts, ka, ja aprēķinātais maksimālais koeficients ir no 1 līdz 3, mēs varam sagaidīt papildu kļūdu 0,7% apmērā, pretējā gadījumā mums jāņem vērā 2,5% papildu kļūdu, kas attiecas uz PWM signālu.

Shēma patiesam RMS pārveidotājam, izmantojot IC AD736

Zemāk redzamā RMS pārveidotāja shēma ir ņemta no datu lapas un modificēta atbilstoši mūsu vajadzībām.

Nepieciešamās sastāvdaļas

Sl. Nē	Daļas	Tips	Daudzums
1	AD736	IC	1
2	100 000	Rezistors	2
3	10uF	Kondensators	2
4	100uF	Kondensators	2
5	33uF	Kondensators	1
6	9V	Akumulators	1
7	Viena gabarīta vads	Vispārējs	8
8	Transformators	0 - 4.5V	1
9	Arduino Nano	Vispārējs	1
10	Maizes dēlis	Vispārējs	1

Patiesais RMS līdz DC pārveidotājs - praktiski aprēķini un testēšana

Demonstrācijai tiek izmantots šāds aparāts

Meco 108B + TRMS multimetrs
Meco 450B + TRMS multimetrs
Hantek 6022BE osciloskops

Kā parādīts shēmā, tiek izmantots ievades vājinātājs, kas būtībā ir sprieguma dalītāja ķēde, lai vājinātu AD736 IC ieejas signālu, jo šī IC pilna mēroga ieejas spriegums ir 200mV MAX.

Tagad, kad mums ir skaidri daži pamata fakti par ķēdi, sāksim praktiskās ķēdes aprēķinus.

RMS aprēķini 50 Hz maiņstrāvas sinusoidālam vilnim

Transformatora spriegums: 5,481 V RMS, 50 Hz

Rezistora R1 vērtība: 50,45K

Rezistora R1 vērtība: 220R

Transformatora ieejas spriegums

Tagad, ja mēs ievietosim šīs vērtības tiešsaistes sprieguma dalītāja kalkulatorā un aprēķināsim, mēs iegūsim izejas spriegumu 0,02355V VAI 23,55 mV

Tagad ķēdes ieeja un izeja ir skaidri redzama.

Labajā pusē Meco 108B + TRMS multimetrs rāda ieejas spriegumu. Tas ir sprieguma dalītāja ķēdes izeja.

Kreisajā pusē Meco 450B + TRMS multimetrs rāda izejas spriegumu. Tas ir izejas spriegums no AD736 IC.

Tagad jūs varat redzēt, ka iepriekšminētais teorētiskais aprēķins un abi multimetra rezultāti ir tuvu, tāpēc tīram sinusoidālam tas apstiprina teoriju.

Mērījumu kļūda abos multimetra rezultātos ir saistīta ar to pielaidi, un demonstrēšanai es izmantoju tīkla 230 V maiņstrāvas ievadi, kas laika gaitā mainās ļoti ātri.

Ja jums ir kādas šaubas, varat tuvināt attēlu un redzēt, ka multimetrs Meco 108B + TRMS ir maiņstrāvas režīmā un Meco 450B + TRMS multimetrs ir līdzstrāvas režīmā.

Šajā brīdī es neuztraucos izmantot savu hantek 6022BL osciloskopu, jo osciloskops ir diezgan daudz bezjēdzīgs un parāda troksni tikai šajos zemsprieguma līmeņos.

PWM signāla aprēķini

Demonstrēšanai PWM signāls tiek ģenerēts ar Arduino palīdzību. Arduino dēļa spriegums ir 4,956 V, un frekvence ir gandrīz 1 kHz.

Maksimālais Arduino dēļa spriegums: 4,956 V, 989,3 Hz

Rezistora R1 vērtība: 50,75K

Rezistora R1 vērtība: 220R

Ievades spriegums uz Arduino dēļa

Tagad ievietojiet šīs vērtības tiešsaistes sprieguma dalītāja kalkulatorā un aprēķiniet, mēs iegūsim izejas spriegumu 0,02141V VAI 21,41mV.

Tas ir ieejas PWM signāla maksimālais spriegums, un, lai atrastu RMS spriegumu, mums tas vienkārši jāsadala ar √2, lai aprēķins kļūtu

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

Teorētiski True-RMS multimetrs varēs viegli aprēķināt šo teorētiski aprēķināto vērtību, vai ne?

Līdzstrāvas režīmā

Maiņstrāvas režīmā

Attēlā redzamais transformators tur sēž un neko nedara. Ar to jūs varat redzēt, ka esmu ļoti slinks cilvēks.

Tātad, kāda ir problēma?

Pirms kāds lec un saka, ka aprēķinus esam izdarījuši nepareizi, ļaujiet man pateikt, ka aprēķinus esam izdarījuši pareizi, un problēma ir multimetros.

Jo līdzstrāvas režīmā multimetrs ir vienkārši, ņemot vidējo ieejas signālu, ko mēs varam aprēķināt.

Tātad, ieejas spriegums ir 0,02141V, un, lai iegūtu vidējo spriegumu, tas vienkārši reizina vērtību ar 0,5.

Tātad aprēķins kļūst, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V vai 10,70mV

Un tas ir tas, ko mēs iegūstam multimetra displejā.

In AC režīmā ieejas kondensators multimetrs bloķē DC sastāvdaļas ieejas signālu, tāpēc aprēķini kļūst diezgan daudz to pašu.

Tā kā jūs to skaidri redzat, šajā situācijā abi rādījumi ir absolūti nepareizi. Tātad, jūs nevarat uzticēties multimetra displejam. Tāpēc pastāv multimetri ar True RMS AC + DC iespējām, kas var viegli precīzi izmērīt šāda veida viļņu formas. Piemēram, extech 570A ir multimetrs ar True RMS AC + DC iespējām.

AD736 ir IC sava veida, kas tiek izmantota, lai noteiktu šos ieejas signālu veidiem precīzi. Zemāk redzamais attēls ir teorijas pierādījums.

Tagad mēs esam aprēķinājuši, ka RMS spriegums ir 15,14 mV. Bet multimetrs rāda 15.313mV jo mēs neuzskatām, ka maksimuma koeficients un frekvences reakciju AD736 IC.

Tā kā mēs esam aprēķinājuši maksimālo koeficientu, tas ir 0,7% no aprēķinātās vērtības, tāpēc, ja mēs veicam matemātiku, tas samazinās līdz 0,00010598 vai 0,10598mV

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

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

Tātad Meco 450B + multimetra parādītā vērtība nepārprotami atrodas 0,7% kļūdu diapazonā

Arduino kods PWM paaudzei

Es gandrīz aizmirsu pieminēt, ka esmu izmantojis šo Arduino kodu, lai ģenerētu PWM signālu ar 50% darba ciklu.

int OUT_PIN = 2; // kvadrātveida vilnis ar 50% darba cikla tukšuma iestatīšanu () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // piespraužot tapu kā izvadi} void loop () {/ * * ja pārveidosim 500 mikrosekundes sekundēs, mēs saņemsim 0,0005S * tagad, ja mēs to ievietosim formulā F = 1 / T *, mēs iegūsim F = 1 / 0,0005 = 2000 * tapa ir ieslēgta 500 uS un izslēgta 500 mums, tāpēc * frekvence kļūst F = 2000/2 = 1000Hz vai 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); kavēšanāsMikrosekundes (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); kavēšanāsMikrosekundes (500); }

Šeit varat uzzināt vairāk par PWM ģenerēšanu ar Arduino.

Piesardzības pasākumi

AD736 True RMS - DC pārveidotāja IC ir visdārgākais 8-PIN PDIP IC, ar kuru esmu strādājis.

Pilnīgi iznīcinājis vienu ar ESD, es veicu atbilstošus piesardzības pasākumus un piesprādzējos.

Ķēdes uzlabojumi

Demonstrācijai esmu izveidojis ķēdi bez lodēšanas maizes dēlī, kas absolūti nav ieteicams. Tāpēc mērīšanas kļūda palielinās pēc noteikta frekvenču diapazona. Lai pareizi darbotos, šai shēmai ir nepieciešams pareizs PCB ar pareizu s -darvas-zemes plakni.

True RMS līdz DC pārveidotāja lietojumi

To lieto

Augstas precizitātes voltmetri un multimetri.
Augstas precizitātes ne-sinusoidāla sprieguma mērīšana.

Es ceru, ka jums patika šis raksts un uzzinājāt no tā kaut ko jaunu. Ja jums ir kādas šaubas, varat jautāt zemāk esošajos komentāros vai arī izmantot mūsu forumus detalizētai diskusijai.

Tālāk ir sniegts detalizēts video, kurā parādīts pilns aprēķina process.