- RMS là gì?
- True RMS IC AD736
- Phương pháp đo RMS thực đến DC
- Tính toán cho công cụ chuyển đổi True RMS
- Ví dụ tính toán bộ chuyển đổi True RMS sang DC
- Những điều cần lưu ý
- Sơ đồ cho bộ chuyển đổi RMS thực sử dụng IC AD736
- Thành phần bắt buộc
- Bộ chuyển đổi True RMS sang DC- Tính toán và kiểm tra thực tế
- Tính toán RMS cho 50Hz AC Sine Wave
- Tính toán cho tín hiệu PWM
- Vì vậy, vấn đề là gì?
- Mã Arduino cho thế hệ PWM
- Các biện pháp phòng ngừa
- Cải tiến mạch
- Các ứng dụng của bộ chuyển đổi True RMS sang DC
True-RMS hoặc TRMS là một loại bộ chuyển đổi chuyển đổi giá trị RMS thành giá trị DC tương đương. Ở đây trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về bộ chuyển đổi RMS sang DC thực sự, cách nó hoạt động và phương pháp đo lường có thể ảnh hưởng đến kết quả hiển thị như thế nào.
RMS là gì?
RMS là tên viết tắt của Root Mean Square. Theo định nghĩa, đối với dòng điện xoay chiều, giá trị RMS tương đương với điện áp một chiều đặt cùng một lượng điện vào điện trở.
True RMS IC AD736
IC AD736 có ít phần phụ chức năng như bộ khuếch đại đầu vào, bộ chỉnh lưu toàn sóng (FWR), lõi RMS, bộ khuếch đại đầu ra và phần thiên vị. Bộ khuếch đại đầu vào được cấu tạo với MOSFETs, do đó nó chịu trách nhiệm về trở kháng cao của vi mạch này.
Sau bộ khuếch đại đầu vào, có một bộ chỉnh lưu toàn sóng chính xác chịu trách nhiệm điều khiển lõi RMS. Các hoạt động RMS thiết yếu của phân chia bình phương, trung bình và tạo rễ bình phương được thực hiện trong lõi với sự trợ giúp của tụ điện trung bình bên ngoài CAV. Xin lưu ý rằng nếu không có CAV, tín hiệu đầu vào đã được chỉnh lưu sẽ truyền qua lõi chưa được xử lý.
Cuối cùng, một bộ khuếch đại đầu ra đệm đầu ra từ lõi RMS và cho phép thực hiện lọc thông thấp tùy chọn qua tụ điện CF bên ngoài, được kết nối qua đường phản hồi của bộ khuếch đại.
Đặc điểm của IC AD736
- Các tính năng của vi mạch được liệt kê dưới đây
- Trở kháng đầu vào cao: 10 ^ 12 Ω
- Dòng thiên vị đầu vào thấp: tối đa 25 pA
- Độ chính xác cao: ± 0,3 mV ± 0,3% giá trị đọc
- Chuyển đổi RMS với hệ số đỉnh tín hiệu lên đến 5
- Phạm vi cung cấp điện rộng: +2,8 V, −3,2 V đến ± 16,5 V
- Công suất thấp: dòng điện cung cấp tối đa 200 µA
- Đầu ra điện áp đệm
- Không cần trang trí bên ngoài để có độ chính xác được chỉ định
Lưu ý: Xin lưu ý rằng sơ đồ khối chức năng, mô tả chức năng và danh sách tính năng được lấy từ biểu dữ liệu và được sửa đổi theo nhu cầu.
Phương pháp đo RMS thực đến DC
Chủ yếu có ba phương pháp sẵn có mà DVM sử dụng để đo AC, chúng là-
- Đo lường True-RMS
- Đo lường chỉnh lưu trung bình
- Đo AC + DC True-RMS
Đo lường True-RMS
True-RMS là một phương pháp khá phổ biến và thông dụng để đo các tín hiệu động ở mọi hình dạng và kích thước. Trong đồng hồ vạn năng True-RMS, đồng hồ vạn năng tính toán giá trị RMS của tín hiệu đầu vào và hiển thị kết quả. Đây là lý do tại sao nó là một so sánh rất chính xác với một phương pháp đo hiệu chỉnh trung bình.
Đo lường chỉnh lưu trung bình
Trong DVM được chỉnh lưu trung bình, nó lấy giá trị trung bình hoặc giá trị trung bình của tín hiệu đầu vào và nhân nó với 1,11 và hiển thị giá trị RMS. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng đó là một đồng hồ vạn năng hiển thị RMS được chỉnh lưu trung bình.
Đo AC + DC True-RMS
Để khắc phục những sơ hở trong đồng hồ vạn năng True-RMS, có tồn tại phương pháp đo True-RMS AC + DC. Nếu bạn đo tín hiệu PWM bằng đồng hồ vạn năng True-RMS, bạn sẽ đọc sai giá trị. Hãy cùng tìm hiểu phương pháp này với một số công thức và video, tìm video ở cuối hướng dẫn này.
Tính toán cho công cụ chuyển đổi True RMS
Giá trị RMS
Công thức tính giá trị RMS được mô tả như
Nếu chúng ta làm phép tính bằng cách Xem xét
V (t) = Vm Sin (wt) 0
Điều này tổng hợp thành
Vm / (2) 1/2
Giá trị trung bình
Công thức tính giá trị trung bình được mô tả như
Nếu chúng ta làm phép tính bằng cách Xem xét
V (t) = Vm Sin (wt) 0
Điều này tổng hợp thành
2Vm / ᴫ
Ví dụ tính toán bộ chuyển đổi True RMS sang DC
ví dụ 1
Nếu chúng ta coi điện áp từ đỉnh đến đỉnh là 1V và đưa nó vào công thức tính điện áp RMS là, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 =.707V
Bây giờ xem xét điện áp từ đỉnh đến đỉnh là 1V và đưa nó vào công thức để tính điện áp trung bình là, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0,637V
Do đó, trong DVM RMS không đúng, giá trị được hiệu chuẩn bởi hệ số 1,11 đến từ VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V
Ví dụ 2
Bây giờ chúng ta có đỉnh đến đỉnh sóng sin AC thuần túy là 5V và chúng ta đang cấp trực tiếp nó cho một DVM có khả năng RMS thực sự, vì vậy phép tính sẽ là, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V
Bây giờ chúng ta có đỉnh đến đỉnh của sóng sin AC thuần túy là 5V và chúng ta đang cấp trực tiếp nó vào một DVM là DVM được chỉnh lưu trung bình, vì vậy phép tính sẽ là
VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3,183V
Tại thời điểm này, giá trị hiển thị trong DVM trung bình không bằng với DVM RMS, vì vậy các nhà sản xuất cố gắng mã hóa hệ số 1,11V để bù lỗi.
Vì vậy, nó trở thành, VAVE = 3,183 * 1,11 = 3,535V
Vì vậy, từ các công thức và ví dụ trên, chúng ta có thể chứng minh rằng cách một đồng hồ vạn năng RMS không đúng tính toán điện áp xoay chiều.
Nhưng giá trị này chỉ chính xác đối với dạng sóng sin thuần túy. Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng chúng ta cần một RMS DVM thực sự để đo đúng dạng sóng không hình sin. Nếu không, chúng tôi sẽ gặp lỗi.
Những điều cần lưu ý
Trước khi thực hiện các tính toán cho ứng dụng thực tế, cần biết một số sự kiện để hiểu được độ chính xác khi đo điện áp RMS với sự trợ giúp của IC AD736.
Bảng dữ liệu của AD736 cho biết về hai yếu tố quan trọng nhất cần được tính đến để tính toán tỷ lệ phần trăm lỗi mà vi mạch này sẽ tạo ra trong khi đo giá trị RMS.
- Phản hồi thường xuyên
- Yếu tố Crest
Phản hồi thường xuyên
Bằng cách quan sát các đường cong trên biểu đồ, chúng ta có thể quan sát thấy đáp ứng tần số không phải là không đổi theo biên độ nhưng biên độ bạn đo ở đầu vào của IC chuyển đổi càng thấp thì đáp ứng tần số càng giảm và trong phạm vi đo thấp hơn ở khoảng 1mv, nó đột ngột giảm xuống một vài kHz.
Biểu dữ liệu cung cấp cho chúng tôi một số số liệu về chủ đề này mà bạn có thể xem bên dưới
Giới hạn cho phép đo chính xác là 1%
Vì vậy, chúng ta có thể thấy rõ rằng nếu điện áp đầu vào là 1mv và tần số là 1 kHz, nó đã đạt đến mốc lỗi bổ sung 1%. Tôi giả sử bây giờ bạn có thể hiểu các giá trị còn lại.
LƯU Ý: Đường cong đáp ứng tần số và bảng được lấy từ biểu dữ liệu.
Yếu tố Crest
Nói một cách dễ hiểu, hệ số đỉnh là tỷ lệ của giá trị Đỉnh chia cho giá trị RMS.
Crest-Factor = VPK / VRMS
Ví dụ, nếu chúng ta coi một sóng hình sin thuần túy với biên độ
VRMS = 10V
Các điện áp Peak trở thành
VPK = VRMS * √2 = 10 * 1.414 = 14.14
Bạn có thể thấy rõ điều đó từ hình ảnh dưới đây lấy từ wikipedia
Bảng bên dưới từ biểu dữ liệu cho chúng ta biết rằng nếu hệ số đỉnh được tính toán nằm trong khoảng từ 1 đến 3, chúng ta có thể mong đợi lỗi bổ sung là 0,7%, nếu không chúng ta phải xem xét 2,5% lỗi bổ sung đúng với tín hiệu PWM.
Sơ đồ cho bộ chuyển đổi RMS thực sử dụng IC AD736
Sơ đồ dưới đây cho bộ chuyển đổi RMS được lấy từ biểu dữ liệu và được sửa đổi theo nhu cầu của chúng tôi.
Thành phần bắt buộc
|
SI. Không |
Các bộ phận |
Kiểu |
Định lượng |
|
1 |
AD736 |
Vi mạch |
1 |
|
2 |
100 nghìn |
Điện trở |
2 |
|
3 |
10uF |
Tụ điện |
2 |
|
4 |
100uF |
Tụ điện |
2 |
|
5 |
33uF |
Tụ điện |
1 |
|
6 |
9V |
Ắc quy |
1 |
|
7 |
Dây đo đơn |
Chung |
số 8 |
|
số 8 |
Máy biến áp |
0 - 4,5V |
1 |
|
9 |
Arduino Nano |
Chung |
1 |
|
10 |
Breadboard |
Chung |
1 |
Bộ chuyển đổi True RMS sang DC- Tính toán và kiểm tra thực tế
Để chứng minh, thiết bị sau được sử dụng
- Đồng hồ vạn năng Meco 108B + TRMS
- Đồng hồ vạn năng Meco 450B + TRMS
- Máy hiện sóng Hantek 6022BE
Như được hiển thị trong sơ đồ, một bộ suy giảm đầu vào được sử dụng về cơ bản là một mạch phân áp để làm suy giảm tín hiệu đầu vào của IC AD736 vì điện áp đầu vào toàn quy mô của IC này là 200mV MAX.
Bây giờ chúng ta đã rõ một số thông tin cơ bản về mạch điện, chúng ta hãy bắt đầu tính toán cho mạch điện thực tế.
Tính toán RMS cho 50Hz AC Sine Wave
Điện áp biến áp: 5.481V RMS, 50Hz
Giá trị của điện trở R1: 50,45K
Giá trị của điện trở R1: 220R
Điện áp đầu vào của máy biến áp
Bây giờ nếu chúng ta đặt các giá trị này vào một máy tính chia điện áp trực tuyến và tính toán, chúng ta sẽ nhận được điện áp đầu ra là 0,02355V HOẶC 23,55mV
Bây giờ có thể thấy rõ đầu vào và đầu ra của mạch.
Ở phía bên phải, đồng hồ vạn năng Meco 108B + TRMS đang hiển thị điện áp đầu vào. Đó là đầu ra của mạch phân áp.
Ở phía bên trái, đồng hồ vạn năng Meco 450B + TRMS đang hiển thị điện áp đầu ra. Đó là điện áp đầu ra từ IC AD736.
Bây giờ bạn có thể thấy rằng tính toán lý thuyết ở trên và cả hai kết quả đồng hồ vạn năng đều gần nhau, vì vậy đối với một sóng sin thuần túy, nó xác nhận lý thuyết.
Sai số đo trong cả kết quả đồng hồ vạn năng là do dung sai của chúng và để minh chứng, tôi đang sử dụng đầu vào nguồn điện xoay chiều 230V, thay đổi rất nhanh theo thời gian.
Nếu bạn có bất kỳ nghi ngờ nào, bạn có thể phóng to hình ảnh và thấy rằng đồng hồ vạn năng Meco 108B + TRMS ở chế độ AC và đồng hồ vạn năng Meco 450B + TRMS ở chế độ DC.
Tại thời điểm này, tôi không bận tâm sử dụng máy hiện sóng hantek 6022BL của mình vì máy hiện sóng khá vô dụng và chỉ hiển thị nhiễu ở các mức điện áp thấp này.
Tính toán cho tín hiệu PWM
Để trình diễn, tín hiệu PWM được tạo ra với sự trợ giúp của Arduino. Điện áp của bảng Arduino là 4,956V và tần số gần như là 1 kHz.
Điện áp bảng Arduino tối đa: 4.956V, 989.3Hz
Giá trị của điện trở R1: 50,75K
Giá trị của điện trở R1: 220R
Điện áp đầu vào trên bảng Arduino
Bây giờ đặt các giá trị này vào một máy tính chia điện áp trực tuyến và tính toán, chúng ta sẽ nhận được điện áp đầu ra là 0,02141V HOẶC 21,41mV.
Đây là điện áp đỉnh của tín hiệu PWM đầu vào và để tìm điện áp RMS, chúng ta chỉ cần chia nó cho √2 để phép tính trở thành
VRMS = Vm / √2 = 0,02141 / √2 = 0,01514V hoặc 15,14mV
Về lý thuyết, một chiếc đồng hồ vạn năng True-RMS sẽ dễ dàng tính được giá trị tính theo lý thuyết này đúng không?
Ở chế độ DC
Ở chế độ AC
Máy biến áp trong hình ảnh đang ngồi ở đó và không làm gì cả. Với điều đó, bạn có thể thấy tôi là một người rất lười biếng.
Vì vậy, vấn đề là gì?
Trước khi bất kỳ ai đó nhảy vào và nói rằng chúng tôi đã thực hiện các phép tính sai, hãy để tôi nói với bạn rằng chúng tôi đã thực hiện các phép tính đúng, và vấn đề nằm ở phần vạn năng.
Ở chế độ DC, đồng hồ vạn năng chỉ đơn giản là lấy giá trị trung bình của tín hiệu đầu vào mà chúng ta có thể tính toán.
Vì vậy, điện áp đầu vào là 0,02141V và để có được điện áp trung bình, nó chỉ cần nhân giá trị với 0,5.
Vì vậy, phép tính trở thành, VAVE = 0,02141 * 0,5 = 0,010705V hoặc 10,70mV
Và đó là những gì chúng ta đang nhận được trong màn hình vạn năng.
Ở chế độ AC, tụ điện đầu vào của đồng hồ vạn năng chặn các thành phần DC của tín hiệu đầu vào, vì vậy việc tính toán trở nên giống nhau khá nhiều.
Bây giờ như bạn có thể thấy rõ ràng rằng, trong tình huống này, cả hai kết quả đọc đều hoàn toàn sai. Vì vậy, bạn không thể tin tưởng vào màn hình vạn năng. Đó là lý do tại sao tồn tại các đồng hồ vạn năng với khả năng True RMS AC + DC có thể dễ dàng đo chính xác loại dạng sóng này. Ví dụ, bộ mở rộng 570A là một đồng hồ vạn năng có khả năng True RMS AC + DC.
Các AD736 là một loại IC được sử dụng để đo lường các loại tín hiệu đầu vào chính xác. Hình ảnh dưới đây là bằng chứng cho lý thuyết.
Bây giờ chúng tôi đã tính toán điện áp RMS là 15,14mV. Nhưng đồng hồ vạn năng hiển thị 15.313mV bởi vì chúng tôi đã không xem xét yếu tố đỉnh và đáp ứng tần số của IC AD736.
Như chúng ta đã tính toán hệ số đỉnh, nó là 0,7% giá trị được tính toán, vì vậy nếu chúng ta làm phép toán, nó sẽ giảm xuống 0,00010598 hoặc 0,10598mV
Vì thế, Vout = 15,14 + 0,10598 = 15,2459 mV
Hoặc là
Vout = 15,14 - 0,10598 = 15,0340mV
Vì vậy, giá trị hiển thị của đồng hồ vạn năng Meco 450B + rõ ràng nằm trong phạm vi sai số 0,7%
Mã Arduino cho thế hệ PWM
Tôi gần như quên đề cập rằng tôi đã sử dụng mã Arduino này để tạo tín hiệu PWM với chu kỳ nhiệm vụ 50%.
int OUT_PIN = 2; // sóng vuông ra với 50% chu kỳ nhiệm vụ void setup () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // xác định chân là đầu ra} void loop () {/ * * nếu chúng ta chuyển đổi 500 Microseconds thành giây, chúng ta sẽ nhận được 0,0005S * bây giờ nếu chúng ta đặt nó trong công thức F = 1 / T * chúng ta sẽ nhận được F = 1 / 0,0005 = 2000 * chân được bật trong 500 uS và tắt trong 500 chúng ta nên tần số * trở thành F = 2000/2 = 1000Hz hoặc 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }
Bạn có thể tìm hiểu thêm về cách tạo PWM với Arduino tại đây.
Các biện pháp phòng ngừa
Cho đến nay, IC chuyển đổi True RMS sang DC là IC PDIP 8 PIN đắt nhất mà tôi từng làm việc.
Sau khi tiêu diệt hoàn toàn một con bằng ESD, tôi đã thực hiện các biện pháp phòng ngừa thích hợp và buộc mình xuống đất.
Cải tiến mạch
Đối với cuộc biểu tình, tôi đã tạo mạch trong một breadboard không hàn, điều này hoàn toàn không được khuyến khích. Đó là lý do tại sao sai số đo tăng lên sau một dải tần số nhất định. Mạch này cần một PCB thích hợp với thích hợp của máy bay tar-đất để hoạt động đúng.
Các ứng dụng của bộ chuyển đổi True RMS sang DC
Nó được sử dụng trong
- Vôn kế và vạn năng có độ chính xác cao.
- Đo điện áp không hình sin độ chính xác cao.
Tôi hy vọng bạn thích bài viết này và học được điều gì đó mới từ nó. Nếu bạn có bất kỳ nghi ngờ nào, bạn có thể hỏi trong phần bình luận bên dưới hoặc có thể sử dụng diễn đàn của chúng tôi để thảo luận chi tiết.
Dưới đây là một đoạn video chi tiết cho thấy toàn bộ quá trình tính toán.