تصميم محول rms حقيقي إلى تيار مستمر باستخدام ic ad736

True-RMS أو TRMS هو نوع من المحولات التي تحول قيمة RMS إلى قيمة DC مكافئة. هنا في هذا البرنامج التعليمي ، سنتعرف على محول RMS الحقيقي إلى DC ، وكيف يعمل وكيف يمكن أن تؤثر طرق القياس على النتائج المعروضة.

ما هو RMS؟

RMS هو اختصار لـ Root Mean Square. بحكم التعريف ، بالنسبة للتيار الكهربائي المتناوب ، فإن قيمة RMS تعادل جهد التيار المستمر الذي يضع نفس المقدار من الطاقة في المقاوم.

صحيح RMS IC AD736

يحتوي IC AD736 على عدد قليل من الأقسام الفرعية الوظيفية مثل مضخم الإدخال ، ومعدل الموجة الكاملة (FWR) ، و RMS core ، ومكبر الإخراج ، وقسم التحيز. تم تصميم مضخم الإدخال باستخدام MOSFETs ، لذلك فهو مسؤول عن مقاومة عالية لـ IC.

بعد مضخم الإدخال ، يوجد مقوم دقيق للموجة الكاملة مسؤول عن قيادة قلب RMS. يتم تنفيذ عمليات RMS الأساسية للتربيع ، والتوسيط ، والتأصيل التربيعي في القلب بمساعدة مكثف متوسط خارجي CAV. يرجى ملاحظة أنه بدون CAV ، تنتقل إشارة الإدخال المصححة عبر النواة دون معالجة.

أخيرًا ، يقوم مضخم الإخراج بتخزين المخرجات من قلب RMS ويسمح بإجراء تصفية اختيارية منخفضة التمرير عبر مكثف خارجي CF ، والذي يتم توصيله عبر مسار التغذية المرتدة للمكبر.

ميزات IC AD736

يتم سرد ميزات IC أدناه
مقاومة عالية للمدخلات: 10 ^ 12 Ω
تيار تحيز الإدخال المنخفض: 25 باسكال كحد أقصى
دقة عالية: ± 0.3 mV ± 0.3٪ من القراءة
تحويل RMS مع عوامل قمة الإشارة تصل إلى 5
نطاق إمداد الطاقة الواسع: +2.8 فولت ، −3.2 فولت إلى ± 16.5 فولت
طاقة منخفضة: 200 µA أقصى تيار إمداد
خرج الجهد المخزن
لا حاجة إلى زخرفة خارجية للدقة المحددة

ملاحظة: يرجى ملاحظة أن مخطط الكتلة الوظيفية والوصف الوظيفي وقائمة الميزات مأخوذة من ورقة البيانات وتعديلها وفقًا للاحتياجات.

طرق القياس الحقيقية لـ RMS إلى DC

هناك ثلاث طرق متاحة بشكل أساسي لاستخدام DVM لقياس التيار المتردد ، وهي-

قياس صحيح- RMS
متوسط القياس المصحح
قياس True-RMS AC + DC

قياس صحيح- RMS

True-RMS هي طريقة شائعة وشائعة جدًا لقياس الإشارات الديناميكية لجميع الأشكال والأحجام. في جهاز True-RMS المتعدد ، يحسب جهاز القياس المتعدد قيمة RMS لإشارة الإدخال ويعرض النتيجة. هذا هو السبب في أنها مقارنة دقيقة جدًا بمتوسط طريقة القياس المصححة.

متوسط القياس المصحح

في DVM المتوسط المعدل ، يأخذ متوسط أو القيمة المتوسطة لإشارة الإدخال ويضربها في 1.11 ويعرض قيمة RMS. لذلك ، يمكننا القول أنه متوسط عرض RMS متعدد المقاييس.

قياس True-RMS AC + DC

للتغلب على الثغرات في جهاز True-RMS المتعدد ، توجد طريقة قياس True-RMS AC + DC. إذا كنت ستقيس إشارة PWM باستخدام مقياس True-RMS المتعدد ، فستقرأ القيمة الخاطئة. دعونا نفهم هذه الطريقة مع بعض الصيغ والفيديو ، ابحث عن الفيديو في نهاية هذا البرنامج التعليمي.

حساب محول صحيح RMS

قيمة RMS

يتم وصف صيغة حساب قيمة RMS على أنها

إذا قمنا بحساب التفاضل والتكامل من خلال النظر

V (t) = Vm Sin (wt) 0

هذا يتلخص في

فم / (2) ^1/2

متوسط القيمة

يتم وصف الصيغة لحساب متوسط القيمة على أنها

إذا قمنا بحساب التفاضل والتكامل من خلال النظر

V (t) = Vm Sin (wt) 0

هذا يتلخص في

2Vm / ᴫ

مثال حساب صحيح RMS لتحويل DC

مثال 1

إذا أخذنا في الاعتبار ذروة الجهد إلى ذروة 1V ووضعناها في الصيغة لحساب جهد RMS وهو ،

VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V

الآن النظر في ذروة الجهد إلى الذروة 1V ووضعها في الصيغة لحساب متوسط الجهد وهو ،

VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

لذلك ، في RMS DVM غير الحقيقي ، تتم معايرة القيمة بمعامل 1.11 الذي يأتي من VRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11 فولت

مثال 2

الآن لدينا ذروة إلى ذروة موجة جيبية نقية من التيار المتردد تبلغ 5 فولت ونقوم بتزويدها مباشرة إلى DVM الذي يتمتع بقدرات RMS حقيقية ، لذلك سيكون الحساب ،

VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

الآن لدينا ذروة إلى ذروة موجة جيبية نقية من التيار المتردد تبلغ 5 فولت ، ونقوم بتغذيتها مباشرة إلى DVM وهو متوسط DVM المعدل ، لذلك سيكون الحساب ،

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

الآن في هذه المرحلة ، لا تتساوى القيمة الموضحة في متوسط DVM مع RMS DVM ، لذلك يقوم المصنعون بترميز العامل 1.11 فولت لتعويض الخطأ.

هكذا يصبح ،

VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535 فولت

لذلك ، من الصيغ والأمثلة المذكورة أعلاه ، يمكننا إثبات أن مقياس RMS المتعدد غير الحقيقي يحسب جهد التيار المتردد.

لكن هذه القيمة دقيقة فقط لشكل موجة جيبية نقية. لذلك يمكننا أن نرى أننا بحاجة إلى RMS DVM حقيقي لقياس شكل موجة غير جيبية بشكل صحيح. خلاف ذلك ، سوف تحصل على خطأ.

أشياء لتأخذها بالحسبان

قبل إجراء الحسابات الخاصة بالتطبيق العملي ، يجب معرفة بعض الحقائق لفهم الدقة أثناء قياس جهد RMS بمساعدة AD736 IC.

تخبر ورقة البيانات الخاصة بـ AD736 عن أهم عاملين يجب أخذهما في الاعتبار لحساب النسبة المئوية للخطأ الذي سينتج عن IC أثناء قياس قيمة RMS.

استجابة التردد
عامل قمة

استجابة التردد

من خلال مراقبة المنحنيات على الرسم البياني ، يمكننا ملاحظة أن استجابة التردد ليست ثابتة مع السعة ولكن كلما قلت السعة التي تقيسها في مدخلات المحول IC ، تنخفض استجابة التردد ، وفي نطاقات القياس المنخفضة عند حوالي 1mv ينخفض فجأة بضعة كيلو هرتز.

توفر لنا ورقة البيانات بعض الأرقام حول هذا الموضوع والتي يمكنك رؤيتها أدناه

حد القياس الدقيق هو 1٪

لذلك ، يمكننا أن نرى بوضوح أنه إذا كان جهد الدخل 1 مللي فولت وكان التردد 1 كيلو هرتز ، فإنه يصل بالفعل إلى علامة خطأ إضافية بنسبة 1 ٪. أفترض الآن أنه يمكنك فهم القيم الباقية.

ملاحظة: يتم أخذ منحنى استجابة التردد والجدول من ورقة البيانات.

عامل قمة

بعبارات بسيطة ، فإن عامل القمة هو نسبة قيمة الذروة مقسومة على قيمة RMS.

Crest-Factor = VPK / VRMS

على سبيل المثال ، إذا اعتبرنا موجة جيبية نقية بسعة

VRMS = 10 فولت

و يصبح الجهد الذروة

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1.414 = 14.14

يمكنك أن ترى ذلك بوضوح من الصورة أدناه مأخوذة من ويكيبيديا

يخبرنا الجدول أدناه من ورقة البيانات أنه إذا كان عامل القمة المحسوب بين 1 إلى 3 ، فيمكننا توقع خطأ إضافي بنسبة 0.7٪ وإلا علينا النظر في 2.5٪ من الخطأ الإضافي الذي ينطبق على إشارة PWM.

تخطيطي لمحول RMS الحقيقي باستخدام IC AD736

المخطط أدناه لمحول RMS مأخوذ من ورقة البيانات وتعديله وفقًا لاحتياجاتنا.

المكونات مطلوبة

SL. لا	القطع	نوع	كمية
1	م 736	IC	1
2	100 ألف	المقاوم	2
3	10 فائق التوهج	مكثف	2
4	100 فائق التوهج	مكثف	2
5	33 فائق التوهج	مكثف	1
6	9 فولت	البطارية	1
7	سلك قياس واحد	عام	8
8	محول	0 - 4.5 فولت	1
9	اردوينو نانو	عام	1
10	اللوح	عام	1

محول صحيح من RMS إلى DC- حسابات عملية واختبار

للعرض ، يتم استخدام الجهاز التالي

Meco 108B + TRMS Multimeter
ميكو 450B + TRMS المتعدد
راسم الذبذبات Hantek 6022BE

كما هو موضح في التخطيطي ، يتم استخدام مخفف المدخلات وهو في الأساس دائرة مقسم للجهد لتخفيف إشارة الدخل لـ AD736 IC وذلك لأن جهد الدخل الكامل لهذا IC هو 200mV MAX.

الآن بعد أن أوضحنا بعض الحقائق الأساسية عن الدائرة ، فلنبدأ حسابات الدائرة العملية.

حسابات RMS لموجة جيبية تيار متردد 50 هرتز

جهد المحول: 5.481 فولت RMS ، 50 هرتز

قيمة المقاوم R1: 50.45 كيلو

قيمة المقاوم R1: 220R

جهد الإدخال للمحول

الآن إذا وضعنا هذه القيم في حاسبة مقسم الجهد عبر الإنترنت وقمنا بالحساب ، فسنحصل على جهد الخرج 0.02355V أو 23.55mV

الآن يمكن رؤية مدخلات ومخرجات الدائرة بوضوح.

على الجانب الأيمن ، يعرض مقياس Meco 108B + TRMS جهد الدخل. هذا هو خرج دائرة مقسم الجهد.

على الجانب الأيسر ، يعرض مقياس Meco 450B + TRMS جهد الخرج. هذا هو جهد الخرج من AD736 IC.

الآن يمكنك أن ترى أن الحساب النظري أعلاه ونتائج المقياس المتعدد متقاربان ، لذلك بالنسبة لموجة جيبية نقية ، فإنها تؤكد النظرية.

يرجع خطأ القياس في كل من نتائج جهاز القياس المتعدد إلى تحملها وللتوضيح ، أستخدم إدخال التيار المتردد 230 فولت ، والذي يتغير بسرعة كبيرة مع مرور الوقت.

إذا كانت لديك أي شكوك ، فيمكنك تكبير الصورة ورؤية أن المقياس المتعدد Meco 108B + TRMS في وضع التيار المتردد وأن المقياس المتعدد Meco 450B + TRMS في وضع DC.

في هذه المرحلة ، لم أزعج نفسي باستخدام راسم الذبذبات من طراز hantek 6022BL لأن راسم الذبذبات عديم الفائدة إلى حد كبير ولا يظهر سوى ضوضاء عند مستويات الجهد المنخفض هذه.

حسابات إشارة PWM

للتوضيح ، يتم إنشاء إشارة PWM بمساعدة Arduino. يبلغ جهد لوحة Arduino 4.956 فولت والتردد حوالي 1 كيلو هرتز.

أقصى جهد للوحة اردوينو: 4.956 فولت ، 989.3 هرتز

قيمة المقاوم R1: 50.75 كيلو

قيمة المقاوم R1: 220R

إدخال الجهد على لوحة Arduino

الآن ضع هذه القيم في حاسبة مقسم الجهد عبر الإنترنت وحسابها ، سنحصل على جهد الخرج 0.02141V أو 21.41mV.

هذا هو ذروة الجهد لإشارة الإدخال PWM ولإيجاد جهد RMS ، نحتاج ببساطة إلى تقسيمه على √2 حتى يصبح الحساب

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

من الناحية النظرية ، سيتمكن مقياس True-RMS المتعدد بسهولة من حساب هذه القيمة المحسوبة نظريًا ، أليس كذلك؟

في وضع DC

في وضع التيار المتردد

المحول الموجود في الصورة يجلس هناك ولا يفعل شيئًا. مع ذلك ، يمكنك أن ترى أنني شخص كسول جدًا.

فما هي المشكلة؟

قبل أن يقفز أي شخص ويقول إننا قمنا بالحسابات بشكل خاطئ ، دعني أخبرك أننا أجرينا الحسابات بشكل صحيح ، والمشكلة في المالتيمترات.

في وضع DC ، يأخذ جهاز القياس المتعدد ببساطة متوسط إشارة الإدخال التي يمكننا حسابها.

لذلك ، جهد الدخل هو 0.02141 فولت وللحصول على متوسط الجهد ، فإنه ببساطة يضاعف القيمة في 0.5.

لذلك يصبح الحساب ،

VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705 فولت أو 10.70 مللي فولت

وهذا ما نحصل عليه في شاشة العرض المتعدد.

في وضع التيار المتردد ، يقوم مكثف الإدخال الخاص بالمقياس المتعدد بحظر مكونات التيار المستمر لإشارة الإدخال ، وبالتالي يصبح الحساب متماثلًا إلى حد كبير.

الآن كما ترى بوضوح ، في هذه الحالة كلتا القراءات خاطئة تمامًا. لذلك ، لا يمكنك الوثوق في شاشة العرض المتعدد. هذا هو السبب في وجود أجهزة متعددة مع إمكانيات True RMS AC + DC والتي يمكنها بسهولة قياس هذا النوع من أشكال الموجة بدقة. على سبيل المثال ، فإن extech 570A عبارة عن مقياس متعدد مزود بإمكانيات True RMS AC + DC.

في AD736 هو نوع من IC الذي يستخدم لقياس هذه الأنواع من إشارات الإدخال بدقة. الصورة أدناه هي دليل على النظرية.

الآن قمنا بحساب جهد RMS ليكون 15.14mV. لكن المتر المتعدد يظهر 15.313mV لأننا لم نأخذ في الاعتبار عامل القمة واستجابة التردد لـ AD736 IC.

نظرًا لأننا قمنا بحساب عامل القمة فهو 0.7٪ من القيمة المحسوبة ، لذا إذا قمنا بالحساب ، فإنه يتلخص في 0.00010598 أو 0.10598mV

وبالتالي،

الصوت = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 مللي فولت

أو

صوت = 15.14 - 0.10598 = 15.0340 ميللي فولت

لذا فإن القيمة التي يعرضها Meco 450B + multimeter بوضوح ضمن نطاق خطأ 0.7٪

كود اردوينو لتوليد PWM

لقد نسيت تقريبًا أن أذكر أنني استخدمت كود Arduino هذا لإنشاء إشارة PWM مع دورة عمل بنسبة 50 ٪.

int OUT_PIN = 2 ؛ // موجة مربعة مع إعداد باطل لدورة العمل بنسبة 50٪ () {pinMode (OUT_PIN ، OUTPUT) ؛ // تعريف الدبوس كإخراج} حلقة باطلة () {/ * * إذا قمنا بتحويل 500 ميكرو ثانية إلى ثوان ، فسنحصل على 0.0005S * الآن إذا وضعناها في الصيغة F = 1 / T * ، فسنحصل على F = 1 / 0.0005 = 2000 * يتم تشغيل الدبوس لمدة 500 دولارًا أمريكيًا وإيقاف تشغيله مقابل 500 دولار أمريكي ، لذا يصبح التردد * F = 2000/2 = 1000 هرتز أو 1 كيلو هرتز * * / كتابة رقمية (OUT_PIN، HIGH) ؛ تأخير ميكروثانية (500) ؛ الكتابة الرقمية (OUT_PIN ، منخفضة) ؛ تأخير ميكروثانية (500) ؛ }

يمكنك معرفة المزيد حول توليد PWM باستخدام Arduino هنا.

الاحتياطات

AD736 True RMS to DC Converter IC هو إلى حد بعيد أغلى 8 PIN PDIP IC التي عملت معها.

بعد تدمير واحد مع ESD ، اتخذت الاحتياطات المناسبة وربطت نفسي بالأرض.

تحسينات الدارة

من أجل العرض التوضيحي ، لقد صنعت الدائرة في لوح تجارب غير ملحوم وهو غير موصى به على الإطلاق. هذا هو السبب في زيادة خطأ القياس بعد نطاق تردد معين. هذه الدائرة تحتاج الى PCB المناسبة مع مناسبة الصورة طائرة القطران الأرض من أجل العمل بشكل صحيح.

تطبيقات True RMS لتحويل DC

يتم استخدامه في

الفولتميترات عالية الدقة والمتعددة.
قياس جهد عالي الدقة غير جيبي.

أتمنى أن تكون قد أحببت هذه المقالة وتعلمت شيئًا جديدًا منها. إذا كان لديك أي شك ، يمكنك أن تسأل في التعليقات أدناه أو يمكنك استخدام منتدياتنا لمناقشة مفصلة.

ويرد أدناه مقطع فيديو مفصل يوضح عملية الحساب الكاملة.