icad736を使用した真のrmsからDCへのコンバーターの設計

True-RMSまたはTRMSは、RMS値を同等のDC値に変換するコンバータの一種です。このチュートリアルでは、真のRMS-DCコンバーター、その仕組み、および測定方法が表示結果にどのように影響するかについて学習します。

RMSとは何ですか？

RMSは、二乗平均平方根の略語です。定義上、交流の場合、RMS値は同じ量の電力を抵抗に投入するDC電圧に相当します。

真のRMSICAD736

IC AD736には、入力アンプ、全波整流器（FWR）、RMSコア、出力アンプ、バイアスセクションなどの機能サブセクションがいくつかあります。入力アンプはMOSFETで構成されているため、このICの高インピーダンスを担っています。

入力アンプの後には、RMSコアの駆動を担当する高精度全波整流器があります。二乗、平均化、および平方根の基本的なRMS動作は、外部平均化コンデンサCAVの助けを借りてコアで実行されます。CAVがない場合、整流された入力信号は未処理でコアを通過することに注意してください。

最後に、出力アンプはRMSコアからの出力をバッファリングし、アンプのフィードバックパスの両端に接続された外部コンデンサCFを介してオプションのローパスフィルタリングを実行できるようにします。

ICAD736の特徴

ICの特徴は以下のとおりです。
高入力インピーダンス：10 ^12Ω
低入力バイアス電流：最大25 pA
高精度：読み取り値の±0.3mV±0.3％
最大5の信号クレストファクタでのRMS変換
広い電源範囲：+2.8 V、-3.2 V〜±16.5 V
低電力：最大供給電流200 µA
バッファ電圧出力
指定された精度のために外部トリムは必要ありません

注：機能ブロック図、機能の説明、および機能リストはデータシートから取得され、必要に応じて変更されることに注意してください。

真のRMSからDCへの測定方法

DVMがACを測定するために使用できる主に3つの方法があります。

True-RMS測定
平均整流測定
True-RMS AC + DC測定

True-RMS測定

True-RMSは、あらゆる形状とサイズの動的信号を測定するための非常に一般的で一般的な方法です。True-RMSマルチメータでは、マルチメータは入力信号のRMS値を計算し、結果を表示します。これが、平均的な整流測定法と比較して非常に正確である理由です。

平均整流測定

平均整流DVMでは、入力信号の平均値または平均値を取得し、1.11を掛けて、RMS値を表示します。つまり、これは平均的な整流RMSディスプレイマルチメータであると言えます。

True-RMS AC + DC測定

True-RMSマルチメータの抜け穴を克服するために、True-RMS AC + DC測定方法があります。True-RMSマルチメータでPWM信号を測定すると、間違った値が読み取られます。いくつかの数式とビデオでこの方法を理解しましょう。このチュートリアルの最後にあるビデオを見つけてください。

TrueRMSコンバーターの計算

RMS値

RMS値を計算する式は次のように記述されます。

を考慮して微積分を行う場合

V（t）= Vm Sin（wt）0

これは要約すると

Vm /（2）^1/2

平均値

平均値を計算する式は次のように記述されます。

を考慮して微積分を行う場合

V（t）= Vm Sin（wt）0

これは要約すると

2Vm /ᴫ

計算例真のRMS-DCコンバータ

例1

1Vのピークツーピーク電圧を考慮し、それを式に入れてRMS電圧を計算すると、次のようになります。

VRMS = Vm / √2= 1 /√2=.707V

ここで、1Vのピークツーピーク電圧を考慮し、それを式に入れて平均電圧を計算します。

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

したがって、真ではないRMS DVMでは、値はVRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11Vから得られる1.11の係数で較正されます。

例2

これで、5Vの純粋なAC正弦波のピークツーピークが得られ、真のRMS機能を備えたDVMに直接供給されます。その計算は次のようになります。

VRMS = Vm / √2= 5 /√2= 3.535V

これで、5Vの純粋なAC正弦波のピークツーピークが得られ、平均整流DVMであるDVMに直接供給されます。そのため、計算は次のようになります。

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

この時点で、平均DVMに示されている値はRMS DVMと等しくないため、メーカーはエラーを補正するために1.11V係数をハードコーディングしています。

だから、

VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

したがって、上記の式と例から、真ではないRMSマルチメータがAC電圧を計算する方法を証明できます。

ただし、この値は純粋な正弦波形に対してのみ正確です。したがって、非正弦波形を適切に測定するには、真のRMSDVMが必要であることがわかります。そうしないと、エラーが発生します。

心に留めておくべきこと

実際のアプリケーションの計算を行う前に、AD736ICを使用してRMS電圧を測定する際の精度を理解するためにいくつかの事実を知る必要があります。

AD736のデータシートには、RMS値の測定中にこのICが生成するエラーの割合を計算するために考慮すべき2つの最も重要な要素が記載されています。

周波数応答
クレストファクター

周波数応答

グラフの曲線を観察することにより、周波数応答は振幅に対して一定ではありませんが、コンバータICの入力で測定する振幅が小さいほど、周波数応答が低下し、約1mvの低い測定範囲であることがわかります。突然数kHz低下します。

データシートには、このトピックに関するいくつかの図が記載されています。

正確な測定の限界は1％です

したがって、入力電圧が1mvで周波数が1 kHzの場合、すでに1％の追加エラーマークに達していることがはっきりとわかります。これで、残りの値を理解できると思います。

注：周波数応答曲線と表はデータシートから取得されています。

クレストファクター

簡単に言うと、クレストファクタはピーク値をRMS値で割った比率です。

クレストファクター= VPK / VRMS

たとえば、振幅が次の純粋な正弦波を考えた場合

VRMS = 10V

ピーク電圧はなり

VPK = VRMS * √2= 10 * 1.414 = 14.14

ウィキペディアから取った下の画像からそれをはっきりと見ることができます

以下のデータシートの表は、計算されたクレストファクタが1〜3の場合、0.7％の追加エラーが予想されることを示しています。それ以外の場合は、PWM信号に当てはまる追加エラーの2.5％を考慮する必要があります。

ICAD736を使用した真のRMSコンバータの回路図

以下のRMSコンバータの回路図は、データシートから取得され、必要に応じて変更されています。

必要なコンポーネント

Sl.No	部品	タイプ	量
1	AD736	IC	1
2	100K	抵抗器	2
3	10uF	コンデンサ	2
4	100uF	コンデンサ	2
5	33uF	コンデンサ	1
6	9V	電池	1
7	シングルゲージワイヤ	ジェネリック	8
8	変成器	0-4.5V	1
9	Arduino Nano	ジェネリック	1
10	ブレッドボード	ジェネリック	1

真のRMS-DCコンバータ-実用的な計算とテスト

デモンストレーションには、以下の装置を使用します

Meco 108B + TRMSマルチメータ
Meco 450B + TRMSマルチメータ
Hantek6022BEオシロスコープ

概略図に示すように、AD736 ICのフルスケール入力電圧が200mVMAXであるため、基本的に分圧回路である入力減衰器を使用してAD736ICの入力信号を減衰させます。

回路に関するいくつかの基本的な事実が明らかになったので、実際の回路の計算を始めましょう。

50HzAC正弦波のRMS計算

変圧器電圧：5.481V RMS、50Hz

抵抗R1の値：50.45K

抵抗R1の値：220R

変圧器の入力電圧

これらの値をオンライン分圧器計算機に入れて計算すると、0.02355Vまたは23.55mVの出力電圧が得られます。

これで、回路の入力と出力がはっきりとわかります。

右側には、Meco 108B + TRMSマルチメータが入力電圧を示しています。それが分圧回路の出力です。

左側には、Meco 450B + TRMSマルチメータが出力電圧を示しています。これがAD736ICからの出力電圧です。

これで、上記の理論計算と両方のマルチメータの結果が近いことがわかります。したがって、純粋な正弦波の場合、理論が確認されます。

両方のマルチメータの結果の測定誤差は、それらの許容誤差によるものであり、デモンストレーションのために、時間とともに非常に急速に変化する主電源の230VAC入力を使用しています。

疑問がある場合は、画像を拡大して、Meco 108B + TRMSマルチメータがACモードであり、Meco 450B + TRMSマルチメータがDCモードであることを確認できます。

この時点では、ハンテック6022BLオシロスコープはほとんど役に立たず、これらの低電圧レベルでのみノイズが表示されるため、わざわざhantek6022BLオシロスコープを使用する必要はありませんでした。

PWM信号の計算

デモンストレーションのために、Arduinoを使用してPWM信号を生成します。Arduinoボードの電圧は4.956Vで、周波数はほぼ1kHzです。

Arduinoボードの最大電圧：4.956V、989.3Hz

抵抗R1の値：50.75K

抵抗R1の値：220R

Arduinoボードの入力電圧

これらの値をオンライン分圧器計算機に入れて計算すると、0.02141Vまたは21.41mVの出力電圧が得られます。

これは入力PWM信号のピーク電圧であり、RMS電圧を見つけるには、単純に√2で除算する必要があります。

VRMS = Vm / √2= 0.02141 /√2= 0.01514Vまたは15.14mV

理論的には、True-RMSマルチメータはこの理論的に計算された値を簡単に計算できますか？

DCモードの場合

ACモードの場合

画像の変圧器はそこに座って何もしていません。それで、あなたは私がとても怠惰な人であることがわかります。

それで、問題は何ですか？

誰かがジャンプして計算が間違っていると言う前に、計算が正しく行われたことをお伝えしましょう。問題はマルチメータにあります。

でDCモードマルチメータは、単に我々が計算することができ、入力信号の平均値を取っています。

したがって、入力電圧は0.02141Vであり、平均電圧を取得するには、値に0.5を掛けるだけです。

したがって、計算は次のようになります。

VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705Vまたは10.70mV

そして、それがマルチメータディスプレイで得られるものです。

ACモード、マルチメータの入力容量は、入力信号のDC成分をブロックしているので、計算がほとんど同じになります。

はっきりとわかるように、この状況では両方の読み取り値が完全に間違っています。したがって、マルチメータディスプレイを信頼することはできません。そのため、この種の波形を簡単に正確に測定できるTrue RMS AC + DC機能を備えたマルチメータが存在します。たとえば、extech 570Aは、True RMS AC + DC機能を備えたマルチメータです。

AD736は、正確に入力信号のこれらのタイプを測定するために使用されるICの一種です。以下の画像は理論の証明です。

これで、RMS電圧が15.14mVと計算されました。しかし、AD736 ICのクレストファクタと周波数応答を考慮しなかったため、マルチメータは15.313mVを示しています。

クレストファクターを計算したので、計算値の0.7％なので、計算すると0.00010598または0.10598mVになります。

そう、

Vout = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 mV

または

Vout = 15.14-0.10598 = 15.0340mV

したがって、Meco 450B +マルチメータによって表示される値は、明らかに0.7％のエラー範囲内にあります。

PWM生成用のArduinoコード

このArduinoコードを使用して50％のデューティサイクルでPWM信号を生成したことをほとんど忘れていました。

int OUT_PIN = 2; // 50％のデューティサイクルで方形波を出力void setup（）{pinMode（OUT_PIN、OUTPUT）; //ピンを出力として定義} void loop（）{/ * * 500マイクロ秒を秒に変換すると、0.0005Sが得られます*これを式F = 1 / Tに入れると、F = 1 / 0.0005 = 2000になります*ピンは500uSでオン、500 usでオフになるため、*周波数はF = 2000/2 = 1000Hzになりますまたは1Khz * * / digitalWrite（OUT_PIN、HIGH）; delayMicroseconds（500）; digitalWrite（OUT_PIN、LOW）; delayMicroseconds（500）; }

ArduinoでPWMを生成する方法について詳しくは、こちらをご覧ください。

予防

AD736 True RMS-DCコンバータICは、私が使用した中で最も高価な8ピンPDIPICです。

ESDで完全に破壊した後、私は適切な予防策を講じ、地面に縛り付けました。

回路の強化

デモンストレーションのために、私は絶対にお勧めできないはんだのないブレッドボードで回路を作りました。そのため、特定の周波数範囲を超えると測定誤差が大きくなります。この回路は適切との適切なPCB必要のタールの接地面を正しく動作させるために。

TrueRMSからDCへのコンバータのアプリケーション

それはで使用されます

高精度の電圧計とマルチメータ。
高精度の非正弦波電圧測定。

この記事が気に入って、そこから何か新しいことを学んだことを願っています。疑問がある場合は、以下のコメントで質問するか、フォーラムを使用して詳細なディスカッションを行うことができます。

完全な計算プロセスを示す詳細なビデオを以下に示します。