Merancang penukar rms ke dc sebenar menggunakan ic ad736

True-RMS atau TRMS adalah jenis penukar yang menukar nilai RMS kepada nilai DC yang setara. Di sini dalam tutorial ini, kita akan belajar mengenai penukar RMS ke DC yang sebenar, bagaimana ia berfungsi dan bagaimana kaedah pengukuran dapat mempengaruhi hasil yang dipaparkan.

Apa itu RMS?

RMS adalah singkatan dari Root Mean Square. Secara definisi, untuk arus elektrik bergantian, nilai RMS bersamaan dengan voltan DC yang meletakkan jumlah kuasa yang sama ke dalam perintang.

RMS IC AD736 yang benar

IC AD736 mempunyai beberapa bahagian berfungsi seperti penguat input, penerus gelombang penuh (FWR), teras RMS, penguat output, dan bahagian bias. Penguat Input dibina dengan MOSFET, jadi ia bertanggungjawab untuk impedans tinggi IC ini.

Selepas penguat input, terdapat penerus gelombang penuh ketepatan yang bertanggungjawab untuk menggerakkan teras RMS. Operasi RMS penting bagi kuasa dua, rata-rata, dan rooting persegi dilakukan di teras dengan bantuan kapasitor rata-rata luaran CAV. Harap maklum bahawa tanpa CAV, isyarat input yang diperbetulkan bergerak melalui teras yang tidak diproses.

Akhirnya, penguat output menyekat output dari teras RMS dan membolehkan penapisan lorong rendah pilihan dilakukan melalui kapasitor luaran CF, yang disambungkan melintasi jalur maklum balas penguat.

Ciri IC AD736

Ciri-ciri IC disenaraikan di bawah
Impedansi input tinggi: 10 ^ 12 Ω
Arus bias input rendah: maksimum 25 pA
Ketepatan tinggi: ± 0.3 mV ± 0.3% bacaan
Penukaran RMS dengan faktor puncak isyarat hingga 5
Julat bekalan kuasa yang luas: +2.8 V, −3.2 V hingga ± 16.5 V
Kuasa rendah: Arus bekalan maksimum 200 µA
Output voltan yang disangga
Tidak perlu trim luaran untuk ketepatan yang ditentukan

Catatan: Harap maklum bahawa gambarajah blok fungsional, keterangan fungsional, dan senarai ciri diambil dari lembar data dan diubah mengikut keperluan.

Kaedah Pengukuran RMS hingga DC yang Betul

Terdapat tiga kaedah terutamanya yang digunakan oleh DVM untuk mengukur AC, iaitu-

Pengukuran RMS Benar
Pengukuran yang Disahkan Purata
Pengukuran AC + DC True-RMS

Pengukuran RMS Benar

True-RMS adalah kaedah yang sangat biasa dan popular untuk mengukur isyarat dinamik dari semua bentuk dan saiz. Dalam multimeter True-RMS, multimeter mengira nilai RMS isyarat input dan menunjukkan hasilnya. Inilah sebabnya mengapa ia sangat tepat dibandingkan dengan kaedah pengukuran yang diperbaiki rata-rata.

Pengukuran yang Disahkan Purata

Dalam DVM yang diperbaiki rata-rata, ia mengambil nilai purata atau nilai min isyarat dan mengalikannya dengan 1.11 dan memaparkan nilai RMS. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa ia adalah multimeter paparan RMS yang diperbaiki rata-rata.

Pengukuran AC + DC True-RMS

Untuk mengatasi celah dalam multimeter True-RMS, terdapat kaedah pengukuran True-RMS AC + DC. Sekiranya anda mengukur isyarat PWM dengan multimeter True-RMS, anda akan membaca nilai yang salah. Mari fahami kaedah ini dengan beberapa formula dan video, cari videonya di akhir tutorial ini.

Pengiraan untuk penukar RMS Sejati

Nilai RMS

Rumus untuk mengira nilai RMS digambarkan sebagai

Sekiranya kita melakukan kalkulus dengan Mempertimbangkan

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ini mendidih hingga

Vm / (2) ^1/2

Nilai Purata

Rumus untuk mengira nilai purata digambarkan sebagai

Sekiranya kita melakukan kalkulus dengan Mempertimbangkan

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ini mendidih hingga

2Vm / ᴫ

Contoh Pengiraan Betul RMS ke DC penukar

Contoh 1

Sekiranya kita mempertimbangkan voltan puncak ke puncak 1V dan memasukkannya ke dalam formula untuk mengira voltan RMS yang, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Sekarang mempertimbangkan voltan puncak ke puncak 1V dan memasukkannya ke dalam formula untuk mengira voltan purata yang, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

Oleh itu, dalam RMS DVM yang tidak benar, nilainya dikalibrasi oleh faktor 1.11 yang berasal dari VRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11V

Contoh 2

Sekarang kita mempunyai puncak ke puncak gelombang sinus AC murni 5V dan kita secara langsung memasukkannya ke DVM yang memiliki kemampuan RMS yang sebenarnya, untuk itu pengiraannya, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

Sekarang kita mempunyai puncak ke puncak gelombang sinus AC murni 5V, dan kita secara langsung memasukkannya ke DVM yang merupakan DVM yang diperbaiki rata-rata, untuk itu pengiraannya, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

Pada ketika ini, nilai yang ditunjukkan dalam DVM rata-rata tidak sama dengan RMS DVM, oleh itu pengeluar membuat kod faktor 1.11V untuk mengimbangi kesalahan tersebut.

Jadi ia menjadi, VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

Oleh itu, dari formula dan contoh di atas, kita dapat membuktikan bahawa bagaimana multimeter RMS yang tidak benar mengira voltan AC.

Tetapi nilai ini hanya tepat untuk bentuk gelombang sinus tulen. Oleh itu, kita dapat melihat bahawa kita memerlukan RMS DVM yang sebenar untuk mengukur bentuk gelombang bukan sinusoidal dengan betul. Jika tidak, kami akan mendapat ralat.

Perkara yang Perlu Diingat

Sebelum melakukan pengiraan untuk aplikasi praktikal, beberapa fakta perlu diketahui untuk memahami ketepatan semasa mengukur voltan RMS dengan bantuan IC AD736.

Lembar data AD736 menceritakan tentang dua faktor terpenting yang harus diambil kira untuk mengira peratusan ralat yang akan dihasilkan oleh IC ini semasa mengukur nilai RMS.

Tindak Balas Kekerapan
Faktor Crest

Tindak Balas Kekerapan

Dengan memerhatikan lengkung pada grafik, kita dapat melihat bahawa tindak balas frekuensi tidak tetap dengan amplitud tetapi semakin rendah amplitud yang anda ukur dalam input IC penukar anda, tindak balas frekuensi turun, dan pada jarak pengukuran yang lebih rendah sekitar 1mv, tiba-tiba turun beberapa kHz.

Lembar data memberi kami beberapa angka mengenai topik ini yang dapat anda lihat di bawah

Had untuk pengukuran yang tepat ialah 1%

Oleh itu, kita dapat melihat dengan jelas bahawa jika voltan input 1mv dan frekuensi 1 kHz, ia sudah mencapai tanda ralat tambahan 1%. Saya anggap sekarang anda dapat memahami nilai selebihnya.

CATATAN: Keluk tindak balas frekuensi dan jadual diambil dari lembaran data.

Faktor Crest

Secara sederhana, faktor puncak adalah nisbah nilai Puncak dibahagi dengan nilai RMS.

Crest-Factor = VPK / VRMS

Sebagai contoh, jika kita menganggap gelombang sinus tulen dengan amplitud

VRMS = 10V

The voltan Peak menjadi

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1.414 = 14.14

Anda dapat melihatnya dengan jelas dari gambar di bawah yang diambil dari wikipedia

Jadual di bawah dari lembar data memberitahu kita bahawa jika faktor puncak yang dikira adalah antara 1 hingga 3, kita dapat menjangkakan ralat tambahan 0.7% yang lain kita harus mempertimbangkan 2.5% ralat tambahan yang berlaku untuk isyarat PWM.

Skema untuk penukar RMS sebenar menggunakan IC AD736

Skema di bawah untuk penukar RMS diambil dari lembar data dan diubah mengikut keperluan kami.

Komponen Diperlukan

Sl.No	Bahagian	Jenis	Kuantiti
1	AD736	KAD PENGENALAN	1
2	100K	Perintang	2
3	10uF	Kapasitor	2
4	100uF	Kapasitor	2
5	33uF	Kapasitor	1
6	9V	Bateri	1
7	Wayar Tolok Tunggal	Generik	8
8	Pengubah	0 - 4.5V	1
9	Arduino Nano	Generik	1
10	Papan roti	Generik	1

Penukar RMS ke DC yang betul- Pengiraan & Ujian Praktikal

Untuk demonstrasi, alat berikut digunakan

Meco 108B + TRMS Multimeter
Meco 450B + TRMS Multimeter
Osiloskop Hantek 6022BE

Seperti yang ditunjukkan dalam skema, suatu attenuator input digunakan yang pada dasarnya adalah rangkaian pembahagi voltan untuk melemahkan isyarat input IC AD736 itu kerana voltan masukan skala penuh IC ini adalah 200mV MAX.

Setelah kita mengetahui beberapa fakta asas mengenai litar, mari kita mulakan pengiraan untuk litar praktikal.

Pengiraan RMS untuk Gelombang Sinus AC 50Hz

Voltan pengubah: 5.481V RMS, 50Hz

Nilai Perintang R1: 50.45K

Nilai Perintang R1: 220R

Voltan Input Transformer

Sekarang jika kita memasukkan nilai-nilai ini dalam kalkulator pembahagi voltan dalam talian dan mengira, kita akan mendapat voltan output 0.02355V ATAU 23.55mV

Kini input dan output litar dapat dilihat dengan jelas.

Di sebelah kanan, multimeter Meco 108B + TRMS menunjukkan voltan input. Itulah keluaran litar pembahagi voltan.

Di sebelah kiri, multimeter Meco 450B + TRMS menunjukkan voltan keluaran. Itulah voltan keluaran dari IC AD736.

Sekarang anda dapat melihat bahawa pengiraan teori di atas dan kedua-dua hasil multimeter hampir, jadi untuk gelombang sinus murni, ini mengesahkan teorinya.

Kesalahan pengukuran pada kedua-dua hasil multimeter disebabkan oleh toleransi mereka dan untuk demonstrasi, saya menggunakan input AC 230V utama, yang berubah dengan cepat dengan masa.

Sekiranya anda mempunyai keraguan, anda boleh memperbesar gambar dan melihat bahawa multimeter Meco 108B + TRMS berada dalam mod AC dan multimeter Meco 450B + TRMS berada dalam mod DC.

Pada ketika ini, saya tidak bersusah payah menggunakan osiloskop hantek 6022BL saya kerana osiloskop hampir tidak berguna dan hanya menunjukkan kebisingan pada tahap voltan rendah ini.

Pengiraan untuk PWM Signal

Untuk demonstrasi, isyarat PWM dihasilkan dengan bantuan Arduino. Voltan papan Arduino ialah 4.956V dan frekuensi hampir 1 kHz.

Voltan Papan Max Arduino: 4.956V, 989.3Hz

Nilai Perintang R1: 50.75K

Nilai Perintang R1: 220R

Voltan Input pada papan Arduino

Sekarang masukkan nilai-nilai ini dalam kalkulator pembahagi voltan dalam talian dan kirakan, kita akan mendapat voltan output 0.02141V ATAU 21.41mV.

Ini adalah voltan puncak isyarat PWM input dan untuk mencari voltan RMS, kita perlu membahagikannya dengan √2 sehingga pengiraan menjadi

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

Secara teori, multimeter True-RMS akan dapat mengira nilai yang dikira secara teorinya ini bukan?

Dalam mod DC

Dalam mod AC

Transformer dalam gambar duduk di sana dan tidak melakukan apa-apa. Dengan itu, anda dapat melihat bahawa saya seorang yang sangat malas.

Jadi, apa masalahnya?

Sebelum ada yang melompat dan mengatakan bahawa kami telah melakukan pengiraan yang salah, izinkan saya memberitahu anda bahawa kami telah melakukan pengiraan dengan betul, dan masalahnya adalah pada multimeter.

Dalam mod DC multimeter hanya mengambil purata isyarat input yang dapat kita hitung.

Jadi, voltan masukan adalah 0.02141V dan untuk mendapatkan voltan purata, ia hanya menggandakan nilai dengan 0.5.

Jadi pengiraan menjadi, VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705V Atau 10.70mV

Dan itulah yang kami dapat di paparan multimeter.

Dalam mod AC, kapasitor input multimeter menyekat komponen DC isyarat input, jadi pengiraannya hampir sama.

Sekarang seperti yang anda dapat lihat dengan jelas, dalam keadaan ini kedua-dua bacaan sama sekali salah. Jadi, anda tidak boleh mempercayai paparan multimeter. Itulah sebabnya terdapat multimeter dengan keupayaan AC + DC True RMS yang dapat mengukur bentuk gelombang seperti ini dengan tepat. Sebagai contoh, extech 570A adalah multimeter dengan keupayaan True RMS AC + DC.

The AD736 adalah sejenis IC yang digunakan untuk mengukur jenis isyarat input tepat. Gambar di bawah adalah bukti teori.

Sekarang kita telah mengira voltan RMS menjadi 15.14mV. Tetapi multimeter menunjukkan 15.313mV kerana kami tidak mempertimbangkan faktor puncak dan tindak balas frekuensi IC AD736.

Oleh kerana kita telah mengira faktor puncaknya adalah 0.7% dari nilai yang dikira, jadi jika kita melakukan matematik, ia akan turun menjadi 0.00010598 atau 0.10598mV

Jadi, Vout = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 mV

Atau

Vout = 15.14 - 0.10598 = 15.0340mV

Jadi nilai yang ditunjukkan oleh Meco 450B + multimeter jelas berada dalam julat ralat 0.7%

Kod Arduino untuk penjanaan PWM

Saya hampir lupa menyebutkan bahawa saya telah menggunakan kod Arduino ini untuk menghasilkan isyarat PWM dengan 50% kitaran tugas.

int OUT_PIN = 2; // gelombang persegi keluar dengan 50% kitaran tugas penyediaan tidak sah () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // mendefinisikan pin sebagai output} gelung void () {/ * * jika kita menukar 500 Mikrodetik ke saat kita akan mendapat 0.0005S * sekarang jika kita memasukkannya ke dalam formula F = 1 / T * kita akan mendapatkan F = 1 / 0,0005 = 2000 * pin dihidupkan untuk 500 uS dan mati untuk 500 kita sehingga * frekuensi menjadi F = 2000/2 = 1000Hz atau 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, TINGGI); kelewatanMikrodetik (500); digitalWrite (OUT_PIN, RENDAH); kelewatanMikrodetik (500); }

Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai menjana PWM dengan Arduino di sini.

Langkah berjaga-berjaga

IC AD736 True RMS to DC converter adalah IC PDIP 8-PIN termahal yang pernah saya bekerjasama.

Setelah memusnahkannya sepenuhnya dengan ESD, saya mengambil langkah berjaga-jaga dan mengikat diri ke tanah.

Peningkatan Litar

Untuk demonstrasi, saya telah membuat litar di papan roti tanpa solder yang sama sekali tidak digalakkan. Itulah sebabnya kesalahan pengukuran meningkat setelah julat frekuensi tertentu. Litar ini memerlukan PCB yang betul dengan yang betul s pesawat tar-tanah untuk berfungsi dengan baik.

Aplikasi penukar RMS Sejati ke DC

Ia digunakan dalam

Voltmeter dan multimeter berketepatan tinggi.
Pengukuran voltan bukan sinusoidal berketepatan tinggi.

Saya harap anda menyukai artikel ini dan mengetahui sesuatu yang baru. Sekiranya anda mempunyai keraguan, anda boleh bertanya dalam komen di bawah atau boleh menggunakan forum kami untuk perbincangan terperinci.

Video terperinci yang menunjukkan proses pengiraan lengkap diberikan di bawah.