Pagdidisenyo ng isang totoong rms sa dc converter gamit ang ic ad736

Ang isang True-RMS o TRMS ay isang uri ng converter na nagko-convert ng halaga ng RMS sa katumbas na halaga ng DC. Dito sa tutorial na ito, malalaman natin ang tungkol sa totoong RMS sa DC converter, kung paano ito gumagana at kung paano makakaapekto ang mga pamamaraan sa pagsukat sa ipinakitang mga resulta.

Ano ang RMS?

Ang RMS ay ang pagpapaikli ng Root Mean Square. Sa pamamagitan ng kahulugan, para sa alternating kasalukuyang elektrisidad, ang halaga ng RMS ay katumbas ng isang boltahe ng DC na naglalagay ng parehong dami ng lakas sa isang risistor.

Totoo RMS IC AD736

Ang IC AD736 ay may ilang mga subsection na gumagana tulad ng input amplifier, full-wave rectifier (FWR), RMS core, output amplifier, at bias section. Ang Input amplifier ay itinayo sa MOSFETs, kaya't responsable ito para sa mataas na impedance ng IC na ito.

Matapos ang input amplifier, mayroong isang katumpakan na full-wave rectifier na responsable para sa pagmamaneho ng RMS core. Ang mahahalagang pagpapatakbo ng RMS ng pag-squaring, pag-average, at square rooting ay ginaganap sa core sa tulong ng isang panlabas na averaging capacitor CAV. Mangyaring tandaan na walang CAV, ang pinatuwid na signal ng input ay naglalakbay sa pangunahing hindi naproseso.

Sa wakas, ang isang output amplifier ay nagtataguyod ng output mula sa core ng RMS at pinapayagan ang opsyonal na low-pass na pag-filter upang maisagawa sa pamamagitan ng panlabas na capacitor CF, na konektado sa buong path ng feedback ng amplifier.

Mga tampok ng IC AD736

Ang mga tampok ng IC ay nakalista sa ibaba
Mataas na impedance ng pag-input: 10 ^ 12 Ω
Mababang kasalukuyang bias ng pag-input: maximum na 25 pA
Mataas na kawastuhan: ± 0.3 mV ± 0.3% ng pagbabasa
Ang RMS conversion na may signal crest factor hanggang 5
Malawak na saklaw ng suplay ng kuryente: +2.8 V, −3.2 V hanggang ± 16.5 V
Mababang lakas: 200 µ Isang maximum na kasalukuyang supply
Output ng buffered boltahe
Walang mga panlabas na trims na kinakailangan para sa tinukoy na kawastuhan

Tandaan: Mangyaring tandaan na ang functional block diagram, ang paglalarawan ng pagganap, at ang listahan ng mga tampok ay kinuha mula sa datasheet at binago ayon sa mga pangangailangan.

Totoong RMS sa DC Mga Paraan ng Pagsukat

Higit sa lahat mayroong tatlong pamamaraan na magagamit kung aling paggamit ng DVM upang masukat ang AC, ang mga ito ay-

Pagsukat ng Totoong RMS
Average na Naayos na Sukat
Pagsukat ng True-RMS AC + DC

Pagsukat ng Totoong RMS

Ang True-RMS ay isang pangkaraniwan at tanyag na pamamaraan upang masukat ang mga pabagu-bagong signal ng lahat ng mga hugis at sukat. Sa isang True-RMS multimeter, kinakalkula ng multimeter ang halaga ng RMS ng input signal at ipinapakita ang resulta. Ito ang dahilan kung bakit ito ay isang tumpak na ihinahambing sa isang average na naituwid na paraan ng pagsukat.

Average na Naayos na Sukat

Sa isang average na naituwid na DVM, tumatagal ito ng average o ng average na halaga ng input signal at pinaparami ito ng 1.11 at ipinapakita ang halagang RMS. Kaya, maaari nating sabihin na ito ay isang average na naituwid na multiling display ng RMS.

Pagsukat ng True-RMS AC + DC

Upang mapagtagumpayan ang mga butas sa isang True-RMS multimeter, mayroong umiiral na pamamaraan ng pagsukat ng True-RMS AC + DC. Kung susukatin mo ang isang PWM signal na may True-RMS multimeter, mababasa mo ang maling halaga. Unawain natin ang pamamaraang ito sa ilang mga formula at video, hanapin ang video sa pagtatapos ng tutorial na ito.

Pagkalkula para sa True RMS converter

Ang Halaga ng RMS

Ang pormula upang makalkula ang halagang RMS ay inilarawan bilang

Kung gagawin namin ang calculus sa pamamagitan ng Isinasaalang-alang

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ito ay kumukulo sa

Vm / (2) ^1/2

Ang Karaniwang Halaga

Ang pormula upang makalkula ang average na halaga ay inilarawan bilang

Kung gagawin namin ang calculus sa pamamagitan ng Isinasaalang-alang

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ito ay kumukulo sa

2Vm / ᴫ

Halimbawa ng Pagkalkula True RMS to DC converter

Halimbawa 1

Kung isasaalang-alang natin ang rurok sa rurok na boltahe ng 1V at ilagay ito sa pormula upang makalkula ang RMS boltahe na, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

Ngayon isinasaalang-alang ang isang rurok sa rurok na boltahe ng 1V at inilalagay ito sa pormula upang makalkula ang average na boltahe na, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

Samakatuwid, sa isang hindi totoong RMS DVM, ang halaga ay na-calibrate ng isang salik na 1.11 na nagmula sa VRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11V

Halimbawa 2

Ngayon mayroon kaming isang rurok sa rurok ng dalisay na alon ng sine ng 5V at direkta naming pinapakain ito sa isang DVM na may tunay na mga kakayahan sa RMS, para doon ang pagkalkula, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

Ngayon mayroon kaming isang rurok sa rurok ng dalisay na alon ng sine ng 5V, at direkta naming pinapakain ito sa isang DVM na isang average na naituwid na DVM, para sa pagkalkula ay

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

Ngayon sa puntong ito, ang halagang ipinakita sa average na DVM ay hindi katumbas ng RMS DVM, kaya't ang mga tagagawa ay hard code ang 1.11V factor upang mabayaran ang error.

Naging, VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

Kaya, mula sa mga pormula at halimbawa sa itaas, mapatunayan namin na kung paano kinakalkula ng isang hindi totoong multimeter ng RMS ang boltahe ng AC.

Ngunit ang halagang ito ay tumpak lamang para sa purong sine waveform. Kaya maaari nating makita na kailangan natin ng isang tunay na RMS DVM's upang maayos na masukat ang isang di-sinusoidal na form ng alon. Kung hindi man, makakakuha kami ng isang error.

Mga Bagay na Dapat Tandaan

Bago gawin ang mga kalkulasyon para sa praktikal na aplikasyon, ang ilang mga katotohanan ay kailangang malaman upang maunawaan ang kawastuhan habang sinusukat ang RMS voltages sa tulong ng AD736 IC.

Ang datasheet ng AD736 ay nagsasabi tungkol sa dalawang pinakamahalagang mga kadahilanan na dapat isaalang-alang upang makalkula ang porsyento ng error na gagawin ng IC na ito habang sinusukat ang halaga ng RMS, ang mga ito.

Tugon ng Dalas
Kadahilanan ng Crest

Tugon ng Dalas

Sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga curve sa grap, maaari nating obserbahan na ang tugon sa dalas ay hindi pare-pareho sa amplitude ngunit mas mababa ang amplitude na sinusukat mo sa pag-input ng iyong converter IC, bumababa ang tugon ng dalas, at sa mas mababang saklaw ng pagsukat sa paligid ng 1mv, bigla itong bumagsak ng ilang kHz.

Binibigyan kami ng datasheet ng ilang mga numero tungkol sa paksang ito na maaari mong makita sa ibaba

Ang limitasyon para sa tumpak na pagsukat ay 1%

Kaya, malinaw na nakikita natin na kung ang input boltahe ay 1mv at ang dalas ay 1 kHz, naabot na nito ang 1% karagdagang marka ng error. Ipinapalagay ko ngayon maaari mong maunawaan ang mga halaga ng pahinga.

TANDAAN: Ang curve ng frequency response at ang talahanayan ay kinuha mula sa datasheet.

Kadahilanan ng Crest

Sa simpleng mga termino, ang crest factor ay ang ratio ng halagang Pinalakas na hinati sa halagang RMS.

Crest-Factor = VPK / VRMS

Halimbawa, kung isasaalang-alang namin ang isang dalisay na alon ng sine na may isang malawak na

VRMS = 10V

Ang boltahe ng Peak ay nagiging

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1.414 = 14.14

Malinaw mong nakikita iyon mula sa larawan sa ibaba na kinuha mula sa wikipedia

Sinasabi sa amin ng talahanayan sa ibaba mula sa datasheet na kung ang kinakalkula na crest factor ay nasa pagitan ng 1 hanggang 3, maaari nating asahan ang isang karagdagang error na 0.7% iba pa dapat nating isaalang-alang ang 2.5% ng karagdagang error na totoo para sa isang PWM signal.

Schematic para sa totoong RMS converter gamit ang IC AD736

Ang iskemang nasa ibaba para sa converter ng RMS ay kinuha mula sa datasheet at binago ayon sa aming mga pangangailangan.

Kinakailangan ang Mga Bahagi

Sl. Hindi	Mga Bahagi	Uri	Dami
1	AD736	IC	1
2	100K	Resistor	2
3	10uF	Kapasitor	2
4	100uF	Kapasitor	2
5	33uF	Kapasitor	1
6	9V	Baterya	1
7	Single Gauge Wire	Generic	8
8	Transpormer	0 - 4.5V	1
9	Arduino Nano	Generic	1
10	Breadboard	Generic	1

Totoong RMS sa DC converter- Praktikal na Mga Pagkalkula at Pagsubok

Para sa demonstrasyon, ginagamit ang sumusunod na aparato

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

Tulad ng ipinakita sa eskematiko, ginagamit ang isang input attenuator na karaniwang isang voltage divider circuit upang mapahina ang input signal ng AD736 IC na dahil ang full-scale input voltage ng IC na ito ay 200mV MAX.

Ngayon na malinaw na namin ang ilang pangunahing kaalaman tungkol sa circuit ipaalam sa amin ang mga kalkulasyon para sa praktikal na circuit.

Mga Kalkulasyon ng RMS para sa 50Hz AC Sine Wave

Boltahe ng transpormer: 5.481V RMS, 50Hz

Halaga ng Resistor R1: 50.45K

Halaga ng Resistor R1: 220R

Input Boltahe ng Transformer

Ngayon kung ilalagay natin ang mga halagang ito sa isang calculator ng online boltahe ng divider at kalkulahin, makakakuha kami ng boltahe ng output na 0.02355V O 23.55mV

Ngayon ang input at ang output ng circuit ay maaaring malinaw na nakikita.

Sa kanang bahagi, ipinapakita ng Meco 108B + TRMS multimeter ang input boltahe. Iyon ang output ng boltahe divider circuit.

Sa kaliwang bahagi, ipinapakita ng Meco 450B + TRMS multimeter ang output boltahe. Iyon ang output boltahe mula sa AD736 IC.

Ngayon ay makikita mo na ang pagkalkula ng teoretikal sa itaas at ang parehong mga resulta ng multimeter ay malapit, kaya para sa isang dalisay na alon ng sine, kinukumpirma nito ang teorya.

Ang error sa pagsukat sa parehong mga resulta ng multimeter ay dahil sa kanilang pagpapaubaya at para sa pagpapakita, gumagamit ako ng mains 230V AC input, na mabilis na nagbabago sa oras.

Kung mayroon kang anumang mga pagdududa, maaari kang mag-zoom in sa imahe at makita na ang Meco 108B + TRMS multimeter ay nasa AC mode at ang Meco 450B + TRMS multimeter ay nasa DC mode.

Sa puntong ito, hindi ako nag-abala na gamitin ang aking hantek 6022BL oscilloscope dahil ang oscilloscope ay medyo walang silbi at nagpapakita lamang ng ingay sa mga mababang antas ng boltahe na ito.

Mga pagkalkula para sa PWM Signal

Para sa pagpapakita, isang signal ng PWM ang nabuo sa tulong ng isang Arduino. Ang boltahe ng Arduino board ay 4.956V at ang dalas ay halos 1 kHz.

Boltahe ng Max Arduino Board: 4.956V, 989.3Hz

Halaga ng Resistor R1: 50.75K

Halaga ng Resistor R1: 220R

Input Boltahe sa Arduino board

Ilagay ngayon ang mga halagang ito sa isang calculator ng online voltage divider at kalkulahin, makukuha namin ang output boltahe na 0.02141V O 21.41mV.

Ito ang rurok na boltahe ng input na signal ng PWM at upang hanapin ang boltahe ng RMS, kailangan lamang nating hatiin ito sa pamamagitan ng √2 kaya't ang pagkalkula ay nagiging

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

Sa teorya, ang isang True-RMS multimeter ay madaling makalkula ang teoretikal na kinakalkula na halaga di ba?

Sa DC mode

Sa AC mode

Ang transpormer sa imahe ay nakaupo doon at walang ginagawa. Sa pamamagitan nito, makikita mo na ako ay isang napaka tamad na tao.

Ano ang problema?

Bago ang sinumang tumalon at sabihin na nagawa namin ang mga kalkulasyon na mali, hayaan mong sabihin ko sa iyo na nagawa namin nang tama ang mga kalkulasyon, at ang problema ay nasa mga multimeter.

Sa DC mode ang multimeter ay simpleng kumukuha ng average ng input signal na maaari naming kalkulahin.

Kaya, ang input boltahe ay 0.02141V at upang makuha ang average na boltahe, pinaparami nito ang halaga ng 0.5.

Kaya't ang pagkalkula ay nagiging, VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705V O 10.70mV

At iyon ang nakukuha natin sa multimeter display.

Sa AC mode, ang input capacitor ng multimeter ay humahadlang sa mga bahagi ng DC ng input signal, kaya't ang pagkalkula ay magiging halos pareho.

Ngayon na malinaw mong nakikita iyon, sa sitwasyong ito kapwa ang mga pagbasa ay ganap na mali. Kaya, hindi mo mapagkakatiwalaan ang pagpapakita ng multimeter. Iyon ang dahilan kung bakit mayroong umiiral na mga multimeter na may mga kakayahan ng True RMS AC + DC na madaling masukat ang ganitong uri ng mga waveform na tumpak. Halimbawa, ang extech 570A ay isang multimeter na may mga kakayahan ng True RMS AC + DC.

Ang AD736 ay isang uri ng IC na ginagamit upang sukatin ang mga uri ng mga input signal na tumpak. Ang imahe sa ibaba ay patunay ng teorya.

Ngayon nakalkula namin ang boltahe ng RMS na maging 15.14mV. Ngunit ang multimeter ay nagpapakita ng 15.313mV sapagkat hindi namin isinasaalang-alang ang crest factor at ang dalas na tugon ng AD736 IC.

Tulad ng nakalkula namin ang crest factor ito ay 0.7% ng kinakalkula na halaga kaya kung gagawin namin ang matematika bumababa ito hanggang sa 0,00010598 o 0.10598mV

Kaya, Vout = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 mV

O kaya naman

Vout = 15.14 - 0.10598 = 15.0340mV

Kaya't ang halagang ipinakita ng Meco 450B + multimeter ay malinaw sa loob ng 0.7% na saklaw ng error

Arduino Code para sa pagbuo ng PWM

Halos nakalimutan kong banggitin na ginamit ko ang Arduino code na ito upang makabuo ng signal ng PWM na may 50% duty cycle.

int OUT_PIN = 2; // square wave out na may 50% duty cycle void setup () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // pagtukoy sa pin bilang output} void loop () {/ * * kung iko-convert namin ang 500 Microseconds sa segundo makakakuha kami ng 0,0005S * ngayon kung inilalagay namin ito sa pormula F = 1 / T * makakakuha kami ng F = 1 / 0,0005 = 2000 * ang pin ay nasa 500 uS at naka-off para sa 500 sa amin kaya ang * dalas ay nagiging F = 2000/2 = 1000Hz o 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, TAAS); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }

Maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa pagbuo ng PWM kasama ng Arduino dito.

Pag-iingat

Ang AD736 True RMS to DC converter IC ay sa ngayon ang pinakamahal na 8-PIN PDIP IC na nagtrabaho ako.

Matapos ganap na sirain ang isa sa ESD, gumawa ako ng wastong pag-iingat at itinali ang aking sarili sa lupa.

Mga Pagpapahusay sa Circuit

Para sa demonstrasyon, gumawa ako ng circuit sa isang solderless breadboard na talagang hindi inirerekumenda. Iyon ang dahilan kung bakit tumataas ang error sa pagsukat pagkatapos ng isang tiyak na saklaw ng dalas. Ang circuit na ito ay nangangailangan ng tamang PCB na may tamang s tar-ground na eroplano upang gumana nang maayos.

Ang mga aplikasyon ng True RMS sa DC converter

Ginagamit ito sa

Mataas na katumpakan Voltmeters at multimeter.
Mataas na katumpakan na pagsukat ng boltahe na hindi sinusoidal.

Inaasahan kong nagustuhan mo ang artikulong ito at may natutunan na bago dito. Kung mayroon kang anumang pag-aalinlangan, maaari kang magtanong sa mga komento sa ibaba o maaaring magamit ang aming mga forum para sa detalyadong talakayan.

Ang isang detalyadong video na nagpapakita ng kumpletong proseso ng pagkalkula ay ibinibigay sa ibaba.