תכנון ממיר rms ל- dc אמיתי באמצעות ic ad736

True-RMS או TRMS הוא סוג ממיר הממיר ערך RMS לערך DC שווה ערך. כאן במדריך זה, נלמד על ממיר RMS ל- DC אמיתי, כיצד זה עובד וכיצד שיטות מדידה יכולות להשפיע על התוצאות המוצגות.

מה זה RMS?

RMS הוא קיצור של כיכר השורש הממוצעת. בהגדרה, עבור זרם חשמלי מתחלף, ערך ה- RMS שווה למתח DC המכניס את אותה כמות הכוח לנגד.

RMS IC AD736 אמיתי

ל- IC AD736 יש מעט קטעי משנה פונקציונליים כמו מגבר הקלט, מיישר הגל המלא (FWR), ליבת RMS, מגבר הפלט וקטע ההטיה. מגבר הקלט בנוי עם MOSFET, ולכן הוא אחראי על העכבה הגבוהה של IC זה.

לאחר מגבר הקלט, יש מיישר גל מלא מדויק שאחראי על הנעת ליבת RMS. פעולות ה- RMS החיוניות של ריבוע, ממוצע והשתרשות ריבועיות מבוצעות בליבה בעזרת קבלים ממוצעים חיצוניים CAV. שים לב שללא CAV, אות הקלט המתוקן עובר דרך הליבה ללא עיבוד.

לבסוף, מגבר פלט חוצץ את הפלט מליבת RMS ומאפשר לבצע סינון מעבר נמוך אופציונלי באמצעות הקבל החיצוני CF, המחובר לאורך נתיב המשוב של המגבר.

תכונות של IC AD736

• תכונות ה- IC מפורטות להלן
• עכבת כניסה גבוהה: 10 ^ 12 Ω
• זרם הטיה קלט נמוך: מקסימום 25 pA
• דיוק גבוה: ± 0.3 mV ± 0.3% מהקריאה
• המרת RMS עם גורמי פסגת האות עד 5
• טווח אספקת חשמל רחב: +2.8 וולט, -3.2 וולט עד ± 16.5 וולט
• הספק נמוך: 200 µA זרם אספקה ​​מרבי
• פלט מתח שנאגר
• אין צורך בקישוטים חיצוניים לדיוק מוגדר

הערה: שימו לב כי דיאגרמת הבלוקים הפונקציונלית, התיאור הפונקציונלי ורשימת התכונות נלקחים מגליון הנתונים ומשתנים בהתאם לצרכים.

שיטות מדידה אמיתיות של RMS ל- DC

ישנן בעיקר שלוש שיטות זמינות בהן DVM משתמש במדידת AC, הן-

• מדידת True-RMS
• מדידה מתוקנת ממוצעת
• מדידת AC + DC אמיתית

מדידת True-RMS

True-RMS היא שיטה די נפוצה ופופולרית למדידת אותות דינמיים בכל הצורות והגדלים. במולטימטר True-RMS, המולטימטר מחשב את ערך ה- RMS של אות הקלט ומציג את התוצאה. זו הסיבה מדויקת מאוד בהשוואה לשיטת מדידה מתוקנת ממוצעת.

מדידה מתוקנת ממוצעת

ב- DVM מתוקן ממוצע, הוא לוקח את הממוצע או הערך הממוצע של אות הקלט ומכפיל אותו ב- 1.11 ומציג את ערך RMS. לכן, אנו יכולים לומר שמדובר במודד תצוגה RMS מתוקן ממוצע.

מדידת AC + DC אמיתית

כדי להתגבר על הפרצות במולטימטר True-RMS קיימת שיטת המדידה True-RMS AC + DC. אם היית מודד אות PWM עם מודד True-RMS, תקרא את הערך הלא נכון. בואו נבין שיטה זו עם כמה נוסחאות ווידאו, מצא את הסרטון בסוף הדרכה זו.

חישוב לממיר True RMS

ערך ה- RMS

הנוסחה לחישוב ערך RMS מתוארת כ-

אם נעשה חשבון באמצעות התחשבות

V (t) = Vm Sin (wt) 0

זה מסתכם ב

Vm / (2) ^1/2

הערך הממוצע

הנוסחה לחישוב הערך הממוצע מתוארת כ-

אם נעשה חשבון באמצעות התחשבות

V (t) = Vm Sin (wt) 0

זה מסתכם ב

2Vm / ᴫ

דוגמה לחישוב ממיר RMS ל- DC אמיתי

דוגמה 1

אם ניקח בחשבון את שיא המתח לשיא של 1V ונשים אותו בנוסחה לחישוב מתח RMS שהוא, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

עכשיו שוקלים מתח שיא לשיא של 1V ומכניסים אותו לנוסחה לחישוב המתח הממוצע שהוא, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

לכן, ב- DVM RMS לא נכון, הערך מכויל לפי גורם של 1.11 שמגיע מ- VRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11V

דוגמה 2

כעת יש לנו שיא לשיא גל סינוס AC טהור של 5V ואנחנו מזינים אותו ישירות ל- DVM בעל יכולות RMS אמיתיות, לשם כך החישוב יהיה, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

עכשיו יש לנו שיא לשיא גל סינוס AC טהור של 5V, ואנחנו מזינים אותו ישירות ל- DVM שהוא DVM מתוקן ממוצע, בשביל זה החישוב יהיה, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

כעת בנקודה זו, הערך המוצג ב- DVM הממוצע אינו שווה ל- RMS DVM, ולכן היצרנים מקשיחים את גורם ה- 1.11V בכדי לפצות על השגיאה.

אז זה הופך להיות

VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

לכן, מהנוסחאות והדוגמאות הנ"ל, אנו יכולים להוכיח כיצד מודד RMS לא נכון מחשב את מתח ה- AC.

אך ערך זה מדויק רק עבור צורת גל סינוס טהורה. כדי שנוכל לראות שאנחנו זקוקים ל- DVM של RMS אמיתי כדי למדוד כראוי צורת גל לא סינוסואידית. אחרת, נקבל שגיאה.

דברים שכדאי לזכור

לפני ביצוע החישובים ליישום המעשי, יש לדעת כמה עובדות בכדי להבין את הדיוק בעת מדידת מתח RMS בעזרת ה- AD736 IC.

גיליון הנתונים של ה- AD736 מספר על שני הגורמים החשובים ביותר שיש לקחת בחשבון כדי לחשב את אחוז השגיאה ש- IC זה יפיק בעת מדידת ערך RMS.

1. תגובת תדרים
2. גורם קרסט

תגובת תדרים

על ידי התבוננות בעקומות בתרשים, אנו יכולים לראות שתגובת התדר אינה קבועה עם המשרעת, אך ככל שהמשרעת שאתה מודד בכניסה של ממיר ה- IC שלך נמוכה יותר, תגובת התדר יורדת, ובטווחי המדידה הנמוכים יותר סביב 1mv, הוא יורד פתאום כמה קילוהרץ.

גליון הנתונים נותן לנו כמה נתונים על נושא זה שתוכלו לראות למטה

הגבול למדידה מדויקת הוא 1%

לכן, אנו יכולים לראות בבירור שאם מתח הכניסה הוא 1mv והתדר הוא 1 קילוהרץ, הוא כבר מגיע לסימן השגיאה הנוסף 1%. אני מניח שעכשיו אתה יכול להבין את ערכי המנוחה.

הערה: עקומת תגובת התדרים והטבלה לקוחים מגליון הנתונים.

גורם קרסט

במילים פשוטות, גורם הפסגה הוא היחס בין ערך השיא חלקי ערך ה- RMS.

Crest-Factor = VPK / VRMS

לדוגמא, אם ניקח בחשבון גל סינוס טהור עם משרעת של

VRMS = 10V

מתח שיא הופך

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1.414 = 14.14

אתה יכול לראות את זה בבירור מהתמונה למטה שנלקחה מוויקיפדיה

הטבלה למטה מגליון הנתונים מודיעה לנו שאם גורם הפסגה המחושב הוא בין 1 ל -3, אנו יכולים לצפות לשגיאה נוספת של 0.7% אחרת עלינו לשקול 2.5% משגיאה נוספת, הנכונה עבור אות PWM.

סכמטי עבור ממיר RMS אמיתי באמצעות IC AD736

התרשים שלהלן לממיר RMS נלקח מגליון הנתונים ומשונה בהתאם לצרכים שלנו.

רכיבים נדרשים

לא	חלקים	סוּג	כַּמוּת
1	736 לספירה	IC	1
2	100K	נַגָד	2
3	10uF	קַבָּל	2
4	100uF	קַבָּל	2
5	33uF	קַבָּל	1
6	9V	סוֹלְלָה	1
7	חוט מד יחיד	גנרית	8
8	שַׁנַאי	0 - 4.5 וולט	1
9	ארדואינו ננו	גנרית	1
10	קרש לחם	גנרית	1

ממיר RMS ל- DC אמיתי - חישובים ומבחנים מעשיים

לצורך ההפגנה משתמשים במנגנון הבא

1. מודד Meco 108B + TRMS
2. מודד Meco 450B + TRMS
3. Hantek 6022BE אוסצילוסקופ

כפי שמוצג בתרשים, נעשה שימוש במפחית קלט שהוא בעצם מעגל מחלק מתח כדי להחליש את אות הכניסה של ה- AD736 IC, משום שמתח הכניסה בקנה מידה מלא של IC זה הוא 200mV MAX.

כעת, לאחר שברור לנו כמה עובדות בסיסיות על המעגל, נתחיל בחישובים למעגל המעשי.

חישובי RMS עבור גל סינוס AC 50Hz

מתח שנאי: 5.481V RMS, 50Hz

ערך הנגד R1: 50.45K

ערך הנגד R1: 220R

מתח כניסה של השנאי

כעת אם נכניס את הערכים הללו למחשבון מתח מקוון ונחשב, נקבל את מתח המוצא של 0.02355V או 23.55mV

כעת ניתן לראות בבירור את הקלט והפלט של המעגל.

בצד ימין, מודד ה- Meco 108B + TRMS מציג את מתח הכניסה. זהו הפלט של מעגל מחלק המתח.

בצד שמאל, מודד ה- Meco 450B + TRMS מציג את מתח המוצא. זהו מתח המוצא מה- IC AD736.

עכשיו אתה יכול לראות שהחישוב התיאורטי לעיל וגם תוצאות המולטימטר הם קרובים, כך שעבור גל סינוס טהור, זה מאשר את התיאוריה.

שגיאת המדידה בשני תוצאות המולטימטר נובעת מהסובלנות שלהם ולהדגמה, אני משתמש בכניסת החשמל 230V AC, המשתנה במהירות רבה עם הזמן.

אם יש לך ספקות, תוכל להגדיל את התמונה ולראות שמול מודד Meco 108B + TRMS נמצא במצב AC ומולטימטר Meco 450B + TRMS נמצא במצב DC.

בשלב זה, לא טרחתי להשתמש באוסצילוסקופ ה hantek 6022BL שלי מכיוון שהאוסצילוסקופ די חסר תועלת ומציג רק רעש ברמות המתח הנמוכות הללו.

חישובים עבור אות PWM

לצורך הדגמה, נוצר אות PWM בעזרת ארדואינו. המתח של לוח הארדואינו הוא 4.956 וולט והתדר הוא כמעט 1 קילוהרץ.

מתח לוח מקסימאלי של Arduino: 4.956V, 989.3Hz

ערך הנגד R1: 50.75K

ערך הנגד R1: 220R

מתח כניסה בלוח הארדואינו

עכשיו שים את הערכים האלה במחשבון מתח מקוון וחשב, נקבל את מתח המוצא של 0.02141V או 21.41mV.

זהו מתח השיא של אות ה- PWM הקלט וכדי למצוא את מתח ה- RMS, עלינו פשוט לחלק אותו ב- √2 כך שהחישוב יהפוך

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

בתיאוריה, מודד True-RMS יוכל בקלות לחשב את הערך המחושב התיאורטי הזה נכון?

במצב DC

במצב AC

השנאי בתמונה יושב שם ולא עושה כלום. עם זה אתה יכול לראות שאני אדם עצלן מאוד.

אז מה הבעיה?

לפני שמישהו קופץ ואומר שעשינו את החישובים לא נכון, הרשו לי לומר לכם שעשינו את החישובים נכון, והבעיה היא במולטימטר.

בשינה במצב DC מדד הוא פשוט לוקח את הממוצע של אות הקלט אשר נוכל לחשב.

אז מתח הכניסה הוא 0.02141V וכדי לקבל את המתח הממוצע, זה פשוט מכפיל את הערך ב 0.5.

אז החישוב הופך להיות, VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705V או 10.70mV

וזה מה שאנחנו מקבלים בתצוגת המולטימטר.

בשינה במצב AC, קבלי הקלט של המודד חוסמים את רכיבי DC של אותות הקלט, ולכן החישוב נעשה די דומה.

עכשיו כפי שאתה יכול לראות את זה בבירור, במצב זה שתי הקריאות שגויות לחלוטין. לכן, אינך יכול לסמוך על תצוגת המולטימטר. לכן קיימים מולטימטרים עם יכולות True RMS AC + DC שיכולות למדוד בקלות צורות גל מסוג זה בצורה מדויקת. לדוגמא, ה- extech 570A הוא מודד עם יכולות True + RMS AC + DC.

AD736 הוא סוג של IC המשמש למדידת סוגים אלה של אותות קלט במדויק. התמונה למטה מהווה הוכחה לתיאוריה.

כעת חישבנו את מתח ה- RMS להיות 15.14mV. אבל המולטימטר מראה 15.313mV מכיוון שלא התחשבנו בגורם הפסגה ובתגובת התדר של ה- AD736 IC.

כפי שחישבנו את גורם הצמיחה זה 0.7% מהערך המחושב, כך שאם אנו עושים את המתמטיקה זה מסתכם ב- 0.00010598 או 0.10598mV

כך, Vout = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 mV

אוֹ

Vout = 15.14 - 0.10598 = 15.0340mV

אז הערך שמוצג על ידי מודד Meco 450B + הוא בבירור בטווח השגיאות של 0.7%

קוד ארדואינו לדור PWM

כמעט שכחתי לציין שהשתמשתי בקוד הארדואינו הזה כדי ליצור את אות ה- PWM עם מחזור חובה של 50%.

int OUT_PIN = 2; // גל מרובע החוצה עם הגדרת חלל חובה של 50% () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // הגדרת הסיכה כפלט} loop loop () {/ * * אם נמיר 500 מיקרו שניות לשניות נקבל 0.0005S * עכשיו אם נשים את זה בנוסחה F = 1 / T * נקבל F = 1 / 0.0005 = 2000 * הסיכה פועלת עבור 500 uS וכבה עבור 500 us כך שהתדר * הופך ל- F = 2000/2 = 1000Hz או 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); עיכוב מיקרו-שניות (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); עיכוב מיקרו-שניות (500); }

תוכל ללמוד עוד על יצירת PWM עם Arduino כאן.

אמצעי זהירות

AD736 IC ממיר RMS ל- DC אמיתי הוא ללא ספק היקר ביותר עם 8 פינים PDIP IC שעבדתי איתו.

לאחר שהרסתי לחלוטין אחד עם ESD, נקטתי אמצעי זהירות ראויים וקשרתי את עצמי לקרקע.

שיפורי מעגלים

לצורך ההפגנה הכנתי את המעגל לקרש לחם ללא הלחמה, וזה ממש לא מומלץ. לכן שגיאת המדידה עולה לאחר טווח תדרים מסוים. מעגל זה צריך PCB נכונה עם התקין של מטוס זפת-קרקע על מנת לעבוד כמו שצריך.

יישומים של ממיר RMS אמיתי ל- DC

משתמשים בו ב

• מד מתח ומולטימטר ברמת דיוק גבוהה.
• מדידת מתח ללא סינוס דיוק גבוהה.

אני מקווה שאהבת את המאמר הזה ולמדת ממנו משהו חדש. אם יש לך ספק, אתה יכול לשאול בתגובות למטה או להשתמש בפורומים שלנו לדיון מפורט.

סרטון מפורט המציג את תהליך החישוב המלא מובא להלן.