- Kaj je RMS?
- True RMS IC AD736
- Resnične RMS na enosmerne merilne metode
- Izračun za pretvornik True RMS
- Primer izračuna Pretvornik True RMS v DC
- Stvari, ki jih je treba upoštevati
- Shema za pravi RMS pretvornik z uporabo IC AD736
- Potrebne komponente
- True RMS v DC pretvornik - Praktični izračuni in testiranje
- RMS izračuni za 50Hz AC sinusni val
- Izračuni za signal PWM
- Torej, v čem je težava?
- Koda Arduino za generiranje PWM
- Previdnostni ukrepi
- Izboljšave vezja
- Aplikacije True RMS v DC pretvornik
True-RMS ali TRMS je vrsta pretvornika, ki pretvori RMS vrednost v enakovredno DC vrednost. V tej vadnici bomo spoznali resnični pretvornik RMS v enosmerni tok, kako deluje in kako lahko merilne metode vplivajo na prikazane rezultate.
Kaj je RMS?
RMS je okrajšava od Root Mean Square. Po definiciji je efektivna vrednost za izmenični električni tok enakovredna enosmerni napetosti, ki v upor daje enako količino moči.
True RMS IC AD736
IC AD736 ima nekaj funkcionalnih pododdelkov, kot so vhodni ojačevalnik, polnovalni usmernik (FWR), RMS jedro, izhodni ojačevalnik in odsek pristranskosti. Vhodni ojačevalnik je izdelan z MOSFET-ji, zato je odgovoren za visoko impedanco te IC.
Po vhodnem ojačevalniku je natančen pol-valovni usmernik, ki je odgovoren za pogon RMS jedra. Bistvene RMS operacije kvadracije, povprečenja in kvadratnega ukoreninjenja se v jedru izvajajo s pomočjo zunanjega kondenzatorja za povprečenje CAV. Upoštevajte, da brez CAV popravljeni vhodni signal potuje skozi jedro nepredelano.
Končno, izhodni ojačevalnik puferira izhod iz RMS jedra in omogoča izbirno filtriranje nizkih frekvenc prek zunanjega kondenzatorja CF, ki je povezan prek povratne poti ojačevalnika.
Značilnosti IC AD736
- Značilnosti IC so navedene spodaj
- Visoka vhodna impedanca: 10 ^ 12 Ω
- Nizki vhodni tok prednapetosti: največ 25 pA
- Visoka natančnost: ± 0,3 mV ± 0,3% odčitka
- RMS pretvorba s faktorji grebena signala do 5
- Široko območje napajanja: +2,8 V, -3,2 V do ± 16,5 V
- Nizka moč: 200 µA največji napajalni tok
- Izpuščena napetost
- Za določeno natančnost niso potrebne nobene zunanje obloge
Opomba: Upoštevajte, da so blokovni diagram, opis funkcij in seznam funkcij vzeti iz podatkovnega lista in spremenjeni glede na potrebe.
Resnične RMS na enosmerne merilne metode
Na voljo so predvsem tri metode, ki jih DVM uporablja za merjenje izmeničnega toka.
- Merjenje True-RMS
- Povprečna popravljena meritev
- True-RMS merjenje AC + DC
Merjenje True-RMS
True-RMS je precej pogosta in priljubljena metoda za merjenje dinamičnih signalov vseh oblik in velikosti. V multimeteru True-RMS multimeter izračuna RMS vrednost vhodnega signala in prikaže rezultat. Zato je zelo natančna primerjava s povprečno rektificirano merilno metodo.
Povprečna popravljena meritev
V povprečnem popravljenem DVM vzame povprečno ali srednjo vrednost vhodnega signala in ga pomnoži z 1,11 in prikaže RMS vrednost. Torej lahko rečemo, da gre za povprečni popravljeni RMS prikazovalni multimeter.
True-RMS merjenje AC + DC
Za odpravo vrzeli v merilniku True-RMS obstaja metoda merjenja True + RMS AC + DC. Če bi merili signal PWM z multimeterjem True-RMS, boste prebrali napačno vrednost. Razumimo to metodo z nekaterimi formulami in video posnetkom, video najdete na koncu te vadnice.
Izračun za pretvornik True RMS
RMS vrednost
Formula za izračun RMS vrednosti je opisana kot
Če računamo tako, da upoštevamo
V (t) = Vm Sin (wt) 0
To se izniči na
Vm / (2) 1/2
Povprečna vrednost
Formula za izračun povprečne vrednosti je opisana kot
Če računamo tako, da upoštevamo
V (t) = Vm Sin (wt) 0
To se izniči na
2Vm / ᴫ
Primer izračuna Pretvornik True RMS v DC
Primer 1
Če upoštevamo najvišjo napetost 1V in jo damo v formulo za izračun efektivne napetosti, ki je, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V
Zdaj razmišljamo o najvišji do najvišji napetosti 1V in jo damo v formulo za izračun povprečne napetosti, ki je, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V
Zato je pri neresničnem RMS DVM vrednost umerjena s faktorjem 1,11, ki izhaja iz VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V
2. primer
Zdaj imamo največji sinusni val izmeničnega toka 5V in ga neposredno napajamo na DVM, ki ima resnične RMS zmogljivosti, za to bi bil izračun, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3,535V
Zdaj imamo največji sinusni val izmeničnega toka 5V in ga neposredno napajamo na DVM, ki je povprečni popravljeni DVM, za to bi bil izračun, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3,183V
V tem trenutku vrednost, prikazana v povprečnem DVM, ni enaka RMS DVM, zato proizvajalci trdno kodirajo faktor 1.11V, da nadomestijo napako.
Tako postane, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535V
Torej, iz zgornjih formul in primerov lahko dokažemo, kako neresnični RMS multimeter izračuna izmenično napetost.
Toda ta vrednost je natančna le za čisto sinusno valovno obliko. Tako lahko vidimo, da potrebujemo prave RMS DVM-je za pravilno merjenje nesinusoidne valovne oblike. V nasprotnem primeru bomo dobili napako.
Stvari, ki jih je treba upoštevati
Pred izvedbo izračunov za praktično uporabo je treba poznati nekaj dejstev, da bomo razumeli natančnost med merjenjem efektivnih napetosti s pomočjo AD736 IC.
Podatkovni list AD736 govori o dveh najpomembnejših dejavnikih, ki ju je treba upoštevati pri izračunu odstotka napake, ki jo bo ta IC ustvaril med merjenjem RMS vrednosti.
- Frekvenčni odziv
- Faktor grebena
Frekvenčni odziv
Z opazovanjem krivulj na grafu lahko opazimo, da frekvenčni odziv ni enak amplitudi, ampak manjša je amplituda, ki jo izmerite na vhodu IC pretvornika, frekvenčni odziv pade in v spodnjih merilnih območjih pri približno 1mv, nenadoma pade za nekaj kHz.
V obrazcu je nekaj številk o tej temi, ki si jih lahko ogledate spodaj
Meja za natančno merjenje je 1%
Torej lahko jasno vidimo, da če je vhodna napetost 1 mv in frekvenca 1 kHz, že doseže 1% dodatno oznako napake. Predvidevam, da zdaj lahko razumete ostale vrednosti.
OPOMBA: Krivulja frekvenčnega odziva in tabela sta vzeta iz podatkovnega lista.
Faktor grebena
Preprosto povedano, greben faktor je razmerje med vršno vrednostjo, deljeno z RMS vrednostjo.
Faktor grebena = VPK / VRMS
Na primer, če upoštevamo čisti sinusni val z amplitudo
VRMS = 10V
Peak napetost postane
VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14
To lahko jasno vidite na spodnji sliki iz wikipedije
Spodnja tabela s podatkovnega lista nam pove, da če je izračunani faktor grebena med 1 in 3, lahko pričakujemo dodatno napako v višini 0,7%, sicer moramo upoštevati 2,5% dodatne napake, kar velja za signal PWM.
Shema za pravi RMS pretvornik z uporabo IC AD736
Spodnja shema RMS pretvornika je vzeta iz podatkovnega lista in spremenjena glede na naše potrebe.
Potrebne komponente
Sl.Št. |
Deli |
Tip |
Količina |
1. |
AD736 |
IC |
1. |
2. |
100K |
Upor |
2. |
3. |
10uF |
Kondenzator |
2. |
4. |
100uF |
Kondenzator |
2. |
5. |
33uF |
Kondenzator |
1. |
6. |
9V |
Baterija |
1. |
7. |
Enožična žica |
Splošno |
8. |
8. |
Transformator |
0 - 4,5 V |
1. |
9. |
Arduino Nano |
Splošno |
1. |
10. |
Breadboard |
Splošno |
1. |
True RMS v DC pretvornik - Praktični izračuni in testiranje
Za predstavitev se uporablja naslednja naprava
- Meco 108B + TRMS multimeter
- Meco 450B + TRMS multimeter
- Hantek 6022BE osciloskop
Kot je prikazano v shemi, se uporablja vhodni atenuator, ki je v bistvu vezje delilnika napetosti za oslabitev vhodnega signala AD736 IC, ker je vhodna napetost tega IC v polnem obsegu 200mV MAX.
Zdaj, ko imamo nekaj osnovnih dejstev o vezju, začnimo z izračuni za praktično vezje.
RMS izračuni za 50Hz AC sinusni val
Napetost transformatorja: 5.481V RMS, 50Hz
Vrednost upora R1: 50,45K
Vrednost upora R1: 220R
Vhodna napetost transformatorja
Zdaj, če te vrednosti damo v spletni kalkulator delilnika napetosti in izračunamo, bomo dobili izhodno napetost 0,02355V ALI 23,55mV
Zdaj je mogoče jasno videti vhod in izhod vezja.
Na desni strani multimeter Meco 108B + TRMS prikazuje vhodno napetost. To je izhod vezja delilnika napetosti.
Na levi strani multimeter Meco 450B + TRMS prikazuje izhodno napetost. To je izhodna napetost iz AD736 IC.
Zdaj lahko vidite, da so zgornji teoretični izračun in rezultati multimeterja blizu, zato za čisti sinusni val to potrjuje.
Napaka pri meritvah v rezultatih multimetra je posledica njihove tolerance in za demonstracijo uporabljam omrežni vhod 230V AC, ki se s časom zelo hitro spreminja.
Če dvomite, lahko sliko povečate in vidite, da je multimeter Meco 108B + TRMS v načinu AC, multimeter Meco 450B + TRMS pa v načinu DC.
V tem trenutku se nisem potrudil uporabljati osciloskopa hantek 6022BL, ker je osciloskop precej neuporaben in prikazuje šum le pri teh nizko napetostnih ravneh.
Izračuni za signal PWM
Za demonstracijo se s pomočjo Arduina ustvari signal PWM. Napetost plošče Arduino je 4,956 V, frekvenca pa skoraj 1 kHz.
Največja napetost plošče Arduino: 4.956V, 989.3Hz
Vrednost upora R1: 50,75K
Vrednost upora R1: 220R
Vhodna napetost na plošči Arduino
Zdaj vnesite te vrednosti v spletni kalkulator delilnika napetosti in izračunajte, dobili bomo izhodno napetost 0,02141V ALI 21,41mV.
To je največja napetost vhodnega signala PWM in če želimo poiskati efektivno napetost, jo moramo preprosto deliti z √2, tako da izračun
VRMS = Vm / √2 = 0,02141 / √2 = 0,01514V ali 15,14mV
V teoriji bo multimeter True-RMS zlahka lahko izračunal to teoretično izračunano vrednost, kajne?
V enosmernem načinu
V AC načinu
Transformator na sliki sedi tam in ne dela ničesar. S tem lahko vidite, da sem zelo lena oseba.
Torej, v čem je težava?
Preden kdo skoči in reče, da smo račune naredili narobe, naj vam povem, da smo račune opravili pravilno, težava pa je v multimetrih.
V enosmernem načinu multimeter preprosto vzame povprečje vhodnega signala, ki ga lahko izračunamo.
Torej, vhodna napetost je 0,02141V in da dobimo povprečno napetost, preprosto pomnožimo vrednost z 0,5.
Torej izračun postane, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V ali 10,70mV
In to je tisto, kar dobimo na multimeter zaslonu.
V AC načinu vhodni kondenzator multimetra blokira enosmerne komponente vhodnega signala, zato izračun postane skoraj enak.
Zdaj lahko jasno vidite, da sta v tej situaciji obe odčitki popolnoma napačni. Torej, multimeter zaslonu ne morete zaupati. Zato obstajajo multimetri z zmogljivostmi True RMS AC + DC, ki lahko zlahka natančno izmerijo tovrstne valovne oblike. Na primer, extech 570A je multimeter z zmogljivostmi True RMS AC + DC.
AD736 je neke vrste IC, ki se uporablja za merjenje teh vrst vhodnih signalov natančno. Spodnja slika je dokaz teorije.
Zdaj smo izračunali, da je efektivna napetost 15,14mV. Toda multimeter kaže 15.313 mV, ker nismo upoštevali faktorja grebena in frekvenčnega odziva AD736 IC.
Ker smo izračunali faktor grebena, znaša 0,7% izračunane vrednosti, tako da če računamo, se zniža na 0,00010598 ali 0,10598mV
Torej, Vout = 15,14 + 0,10598 = 15,2459 mV
Ali
Vout = 15,14 - 0,10598 = 15,0340mV
Torej je vrednost, ki jo prikazuje multimeter Meco 450B +, očitno znotraj območja napake 0,7%
Koda Arduino za generiranje PWM
Skoraj sem pozabil omeniti, da sem to kodo Arduino uporabil za generiranje PWM signala s 50% delovnim ciklom.
int OUT_PIN = 2; // kvadratni val z nastavitvijo praznine 50% delovnega cikla () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // definiranje zatiča kot izhoda} void loop () {/ * * če pretvorimo 500 mikrosekund v sekunde, bomo dobili 0,0005S * zdaj, če ga damo v formulo F = 1 / T *, bomo dobili F = 1 / 0.0005 = 2000 * zatič je vklopljen za 500 uS in izklopljen za 500 nas, tako da * frekvenca postane F = 2000/2 = 1000Hz ali 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }
Več o ustvarjanju PWM z Arduino lahko izveste tukaj.
Previdnostni ukrepi
AD736 True RMS v DC pretvornik IC je daleč najdražja 8-PIN PDIP IC, s katero sem delal.
Po popolnem uničenju enega z ESD sem sprejel ustrezne varnostne ukrepe in se privezal na tla.
Izboljšave vezja
Za predstavitev sem naredil vezje v brezpojni plošči, kar absolutno ni priporočljivo. Zato se merilna napaka po določenem frekvenčnem območju poveča. To vezje potrebuje ustrezen PCB s pravilnim s tar-ravnino tal, da bi deloval pravilno.
Aplikacije True RMS v DC pretvornik
Uporablja se v
- Voltmetri in multimetri z visoko natančnostjo.
- Visoko natančno merjenje nesinusoidne napetosti.
Upam, da vam je bil ta članek všeč in ste se iz njega naučili kaj novega. Če dvomite, lahko vprašate v spodnjih komentarjih ali pa uporabite naše forume za podrobno razpravo.
Podroben video, ki prikazuje celoten postopek izračuna, je spodaj.