İc ad736 kullanarak gerçek bir rms-dc dönüştürücü tasarlama

True-RMS veya TRMS, RMS değerini eşdeğer DC değerine dönüştüren bir dönüştürücü türüdür. Bu eğitimde, gerçek RMS'den DC'ye dönüştürücü, nasıl çalıştığını ve ölçüm yöntemlerinin görüntülenen sonuçları nasıl etkileyebileceğini öğreneceğiz.

RMS nedir?

RMS, Ortalama Kök Karenin kısaltmasıdır. Tanım gereği, alternatif elektrik akımı için, RMS değeri, aynı miktarda gücü bir dirence koyan bir DC voltajına eşdeğerdir.

Gerçek RMS IC AD736

IC AD736, giriş amplifikatörü, tam dalga doğrultucu (FWR), RMS çekirdeği, çıkış amplifikatörü ve önyargı bölümü gibi birkaç işlevsel alt bölüme sahiptir. Giriş amplifikatörü MOSFET'lerle oluşturulmuştur, bu nedenle bu IC'nin yüksek empedansından sorumludur.

Giriş amplifikatöründen sonra, RMS çekirdeğini sürmekten sorumlu olan hassas bir tam dalga doğrultucu vardır. Kareleme, ortalama alma ve karekök alma gibi temel RMS işlemleri, harici bir ortalama kapasitör CAV yardımıyla çekirdekte gerçekleştirilir. CAV olmadan, düzeltilmiş giriş sinyalinin işlenmemiş çekirdekten geçtiğini lütfen unutmayın.

Son olarak, bir çıkış amplifikatörü, çıkışı RMS çekirdeğinden tamponlar ve isteğe bağlı düşük geçişli filtrelemenin, amplifikatörün geri besleme yolu boyunca bağlanan harici kapasitör CF aracılığıyla gerçekleştirilmesine izin verir.

IC AD736'nın Özellikleri

IC'nin özellikleri aşağıda listelenmiştir
Yüksek giriş empedansı: 10 ^ 12 Ω
Düşük giriş önyargı akımı: 25 pA maksimum
Yüksek doğruluk: ± 0,3 mV ±% 0,3 okuma
5'e kadar sinyal tepe faktörleri ile RMS dönüşümü
Geniş güç kaynağı aralığı: +2,8 V, −3,2 V ila ± 16,5 V
Düşük güç: 200 µA maksimum besleme akımı
Tamponlu voltaj çıkışı
Belirtilen doğruluk için harici trim gerekmiyor

Not: Fonksiyonel blok diyagramının, fonksiyonel açıklamanın ve özellikler listesinin veri sayfasından alındığını ve ihtiyaçlara göre değiştirildiğini lütfen unutmayın.

True RMS'den DC'ye Ölçüm Yöntemleri

DVM'nin AC'yi ölçmek için kullandığı başlıca üç yöntem vardır, bunlar-

True-RMS Ölçümü
Ortalama Doğrultulmuş Ölçüm
True-RMS AC + DC Ölçümü

True-RMS Ölçümü

True-RMS, tüm şekil ve boyutlardaki dinamik sinyalleri ölçmek için oldukça yaygın ve popüler bir yöntemdir. True-RMS multimetrede multimetre, giriş sinyalinin RMS değerini hesaplar ve sonucu gösterir. Bu nedenle, ortalama bir düzeltilmiş ölçüm yöntemine kıyasla çok doğru bir karşılaştırma.

Ortalama Doğrultulmuş Ölçüm

Ortalama düzeltilmiş DVM'de, giriş sinyalinin ortalamasını veya ortalama değerini alır ve 1,11 ile çarpar ve RMS değerini görüntüler. Yani, ortalama bir düzeltilmiş RMS ekran multimetresi olduğunu söyleyebiliriz.

True-RMS AC + DC Ölçümü

True-RMS multimetresindeki boşlukların üstesinden gelmek için True-RMS AC + DC ölçüm yöntemi mevcuttur. True-RMS multimetre ile bir PWM sinyalini ölçecek olsaydınız, yanlış değeri okuyacaksınız. Bu yöntemi bazı formüller ve videolarla anlayalım, videoyu bu eğitimin sonunda bulalım.

True RMS dönüştürücü için hesaplama

RMS Değeri

RMS değerini hesaplama formülü şu şekilde tanımlanmıştır:

Hesabı dikkate alarak yaparsak

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Bu kaynıyor

Vm / (2) ^1/2

Ortalama Değer

Ortalama değeri hesaplama formülü şu şekilde tanımlanır:

Hesabı dikkate alarak yaparsak

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Bu kaynıyor

2Vm / ᴫ

Örnek Hesaplama True RMS'den DC'ye dönüştürücü

örnek 1

1V'un tepeden tepeye gerilimini düşünürsek ve RMS gerilimini hesaplamak için formüle koyarsak, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Şimdi 1V'luk bir tepeden tepeye voltajı düşünerek ve ortalama voltajı hesaplamak için formüle koyarak, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

Bu nedenle, gerçek olmayan bir RMS DVM'de değer, VRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11V'den gelen 1.11 faktörü ile kalibre edilir.

Örnek 2

Şimdi tepeden tepeye 5V'luk bir saf AC sinüs dalgamız var ve bunu doğrudan gerçek RMS yeteneklerine sahip bir DVM'ye besliyoruz, bunun için hesaplama şöyle olacaktır:

VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535V

Şimdi tepeden tepeye 5V'luk saf AC sinüs dalgamız var ve bunu doğrudan ortalama düzeltilmiş bir DVM olan bir DVM'ye besliyoruz, bunun için hesaplama şöyle olacaktır:

VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

Şimdi bu noktada, ortalama DVM'de gösterilen değer RMS DVM ile eşit değildir, bu nedenle üreticiler hatayı telafi etmek için 1.11V faktörünü sabit kodlar.

Böylece, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535V

Dolayısıyla, yukarıdaki formüllerden ve örneklerden, gerçek olmayan bir RMS multimetresinin AC voltajını nasıl hesapladığını kanıtlayabiliriz.

Ancak bu değer yalnızca saf sinüs dalga formu için doğrudur. Dolayısıyla, sinüzoidal olmayan bir dalga formunu doğru şekilde ölçmek için gerçek bir RMS DVM'lere ihtiyacımız olduğunu görebiliriz. Aksi takdirde hata alırız.

Akılda Tutulması Gerekenler

Pratik uygulama için hesaplamaları yapmadan önce, AD736 IC yardımıyla RMS voltajlarını ölçerken doğruluğunu anlamak için bazı gerçeklerin bilinmesi gerekir.

AD736'nın veri sayfası, bu IC'nin RMS değerini ölçerken üreteceği hata yüzdesini hesaplamak için dikkate alınması gereken en önemli iki faktörü anlatmaktadır.

Frekans tepkisi
Crest Faktörü

Frekans tepkisi

Grafikteki eğrileri gözlemleyerek, frekans yanıtının genlikle sabit olmadığını, ancak dönüştürücünüzün IC girişinde ölçtüğünüz genlik ne kadar düşükse, frekans yanıtı düşer ve daha düşük ölçüm aralıklarında 1mv civarında olduğunu gözlemleyebiliriz. aniden birkaç kHz düşer.

Veri sayfası bize bu konu hakkında aşağıda görebileceğiniz bazı rakamlar verir.

Doğru ölçüm için sınır% 1'dir

Böylece, giriş voltajı 1mv ve frekans 1 kHz ise, zaten% 1 ek hata işaretine ulaştığını açıkça görebiliriz. Artık kalan değerleri anlayabileceğinizi varsayıyorum.

NOT: Frekans yanıt eğrisi ve tablo veri sayfasından alınmıştır.

Crest Faktörü

Basit bir ifadeyle, tepe faktörü, Tepe değerinin RMS değerine bölünmesiyle elde edilen orandır.

Crest-Factor = VPK / VRMS

Örneğin, genliği olan saf sinüs dalgasını düşünürsek

VRMS = 10V

Tepe gerilimi olur

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

Bunu wikipedia'dan alınan aşağıdaki resimden açıkça görebilirsiniz.

Veri sayfasından alınan aşağıdaki tablo, hesaplanan tepe faktörü 1 ile 3 arasındaysa,% 0,7'lik ek bir hata bekleyebileceğimizi, aksi takdirde bir PWM sinyali için geçerli olan ek hatanın% 2,5'ini dikkate almamız gerektiğini söyler.

IC AD736 kullanan gerçek RMS dönüştürücü için şematik

RMS dönüştürücü için aşağıdaki şema veri sayfasından alınır ve ihtiyaçlarımıza göre değiştirilir.

Gerekli Bileşenler

Sl. Yok hayır	Parçalar	Tür	Miktar
1	AD736	IC	1
2	100 bin	Direnç	2
3	10 uF	Kondansatör	2
4	100 uF	Kondansatör	2
5	33 uF	Kondansatör	1
6	9V	Batarya	1
7	Tek Ölçer Tel	Genel	8
8	Transformatör	0 - 4,5V	1
9	Arduino Nano	Genel	1
10	Breadboard	Genel	1

True RMS - DC dönüştürücü - Pratik Hesaplamalar ve Test

Gösteri için aşağıdaki aparat kullanılır

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

Şematikte gösterildiği gibi, AD736 IC'nin giriş sinyalini zayıflatmak için temelde bir voltaj bölücü devre olan bir giriş zayıflatıcı kullanılır, çünkü bu IC'nin tam ölçekli giriş voltajı 200mV MAX'dir.

Şimdi devre hakkında bazı temel gerçekleri netleştirdiğimize göre, pratik devre için hesaplamalara başlayalım.

50Hz AC Sinüs Dalgası için RMS Hesaplamaları

Transformatör voltajı: 5.481V RMS, 50Hz

Direnç R1 Değeri: 50.45K

Direnç Değeri R1: 220R

Transformatör Giriş Voltajı

Şimdi bu değerleri çevrimiçi bir voltaj bölücü hesaplayıcısına koyup hesaplarsak, 0.02355V VEYA 23.55mV çıkış voltajını alacağız.

Şimdi devrenin girişi ve çıkışı açıkça görülebilir.

Sağ tarafta, Meco 108B + TRMS multimetre giriş voltajını gösteriyor. Bu, voltaj bölücü devrenin çıkışıdır.

Sol tarafta, Meco 450B + TRMS multimetre çıkış voltajını gösteriyor. Bu, AD736 IC'nin çıkış voltajıdır.

Şimdi yukarıdaki teorik hesaplamanın ve her iki multimetre sonucunun birbirine yakın olduğunu görebilirsiniz, bu nedenle saf bir sinüs dalgası için teoriyi doğrular.

Hem multimetre sonuçlarındaki ölçüm hatası, toleranslarından kaynaklanıyor hem de gösterim için, zamanla çok hızlı değişen 230V AC şebeke girişini kullanıyorum.

Herhangi bir şüpheniz varsa, görüntüyü yakınlaştırabilir ve Meco 108B + TRMS multimetresinin AC modunda ve Meco 450B + TRMS multimetresinin DC modunda olduğunu görebilirsiniz.

Bu noktada hantek 6022BL osiloskobumu kullanma zahmetine girmedim çünkü osiloskop hemen hemen işe yaramaz ve sadece bu düşük voltaj seviyelerinde gürültü gösteriyor.

PWM Sinyali için Hesaplamalar

Gösteri için, bir Arduino yardımıyla bir PWM sinyali üretilir. Arduino kartının voltajı 4.956V ve frekansı neredeyse 1 kHz'dir.

Maksimum Arduino Kartı voltajı: 4.956V, 989.3Hz

Direnç R1 Değeri: 50.75K

Direnç Değeri R1: 220R

Arduino kartındaki Giriş Voltajı

Şimdi bu değerleri çevrimiçi voltaj bölücü hesap makinesine koyun ve hesaplayın, 0,02141V VEYA 21,41 mV çıkış voltajını alacağız.

Bu, giriş PWM sinyalinin tepe voltajıdır ve RMS voltajını bulmak için, onu basitçe √2'ye bölmemiz gerekir, böylece hesaplama olur

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

Teorik olarak, bir True-RMS multimetre bu teorik olarak hesaplanan değeri kolayca hesaplayabilir, değil mi?

DC modunda

AC modunda

Görüntüdeki transformatör orada oturuyor ve hiçbir şey yapmıyor. Bununla, çok tembel bir insan olduğumu görebilirsiniz.

Peki sorun nedir?

Herhangi biri zıplamadan ve hesaplamaları yanlış yaptığımızı söylemeden önce, size hesaplamaları doğru yaptığımızı ve sorunun multimetrede olduğunu söyleyeyim.

In DC modunda multimetre basitçe biz hesaplayabilirsiniz giriş sinyalinin ortalaması alınarak edilir.

Dolayısıyla, giriş voltajı 0,02141V'dir ve ortalama voltajı elde etmek için, değeri basitçe 0,5 ile çarpar.

Böylece hesaplama, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V veya 10,70mV

Ve multimetre ekranından aldığımız şey bu.

Gelen AC modunda hesaplama hemen hemen aynı olur böylece multimetre giriş kondansatör, giriş sinyalinin DC bileşenleri engelliyor.

Şimdi bunu açıkça görebileceğiniz gibi, bu durumda her iki okuma da kesinlikle yanlış. Yani multimetre ekranına güvenemezsiniz. Bu nedenle, bu tür dalga biçimlerini doğru bir şekilde kolayca ölçebilen True RMS AC + DC özelliklerine sahip multimetreler vardır. Örneğin extech 570A, True RMS AC + DC özelliklerine sahip bir multimetredir.

AD736 doğru giriş sinyalleri bu tür ölçmek için kullanılır IC bir türüdür. Aşağıdaki resim teorinin kanıtıdır.

Şimdi RMS voltajını 15.14mV olarak hesapladık. Ancak multimetre 15.313mV gösteriyor çünkü AD736 IC'nin tepe faktörünü ve frekans yanıtını dikkate almadık.

Biz hesaplanan gibi tepe faktörünü biz matematik o aşağı kaynar yoksa yüzden hesaplanan değerin% 0.7'dir 0.00010598 veya 0.10598mV

Yani, Vout = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 mV

Veya

Vout = 15.14 - 0.10598 = 15.0340mV

Dolayısıyla Meco 450B + multimetre tarafından görüntülenen değer açıkça% 0,7 hata aralığı içinde

PWM üretimi için Arduino Kodu

% 50 görev döngüsü ile PWM sinyali üretmek için bu Arduino kodunu kullandığımı söylemeyi neredeyse unuttum.

int OUT_PIN = 2; //% 50 görev döngüsü geçersizlik ayarı ile kare dalga çıkışı () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // pini çıkış olarak tanımlama} void loop () {/ * * 500 Mikrosaniyeyi saniyeye dönüştürürsek 0.0005S elde ederiz * şimdi F = 1 / T * formülüne koyarsak, F = 1 / 0.0005 = 2000 elde edeceğiz * pin 500 uS için açık ve 500 us için kapalıdır, böylece * frekans F = 2000/2 = 1000Hz olur veya 1 Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); gecikme Mikrosaniye (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); gecikme Mikrosaniye (500); }

Arduino ile PWM oluşturma hakkında daha fazla bilgiyi buradan edinebilirsiniz.

Önlemler

AD736 True RMS'den DC'ye dönüştürücü IC, birlikte çalıştığım en pahalı 8-PIN PDIP IC'dir.

ESD ile birini tamamen yok ettikten sonra, uygun önlemleri aldım ve kendimi toprağa bağladım.

Devre Geliştirmeleri

Gösteri için, devreyi kesinlikle tavsiye edilmeyen lehimsiz bir devre tahtasında yaptım. Bu nedenle belirli bir frekans aralığından sonra ölçüm hatası artar. Bu devre, uygun bir düzgün bir PCB ihtiyacı s tar zemin düzlemine doğru çalışması için.

True RMS'den DC'ye dönüştürücü uygulamaları

Kullanılır

Yüksek hassasiyetli Voltmetreler ve multimetreler.
Yüksek hassasiyetli sinüzoidal olmayan voltaj ölçümü.

Umarım bu makaleyi beğenmiş ve ondan yeni bir şeyler öğrenmişsindir. Herhangi bir şüpheniz varsa, aşağıdaki yorumlarda sorabilir veya detaylı tartışma için forumlarımızı kullanabilirsiniz.

Tam hesaplama sürecini gösteren ayrıntılı bir video aşağıda verilmiştir.