Merancang konverter rms ke dc yang sebenarnya menggunakan ic ad736

True-RMS atau TRMS adalah jenis konverter yang mengubah nilai RMS menjadi nilai DC yang setara. Di sini, di tutorial ini, kita akan belajar tentang konverter RMS ke DC yang sebenarnya, cara kerjanya dan bagaimana metode pengukuran dapat memengaruhi hasil yang ditampilkan.

Apa itu RMS?

RMS adalah singkatan dari Root Mean Square. Menurut definisi, untuk arus listrik bolak-balik, nilai RMS setara dengan tegangan DC yang menempatkan jumlah daya yang sama ke dalam resistor.

Benar RMS IC AD736

IC AD736 memiliki beberapa subbagian fungsional seperti penguat masukan, penyearah gelombang penuh (FWR), inti RMS, penguat keluaran, dan bagian bias. Penguat Input dibangun dengan MOSFET, sehingga bertanggung jawab atas impedansi tinggi IC ini.

Setelah penguat input, ada penyearah gelombang penuh presisi yang bertanggung jawab untuk menggerakkan inti RMS. Operasi RMS penting dari kuadrat, rata-rata, dan rooting kuadrat dilakukan di inti dengan bantuan kapasitor CAV rata-rata eksternal. Harap dicatat bahwa tanpa CAV, sinyal input yang diperbaiki berjalan melalui inti yang tidak diproses.

Terakhir, penguat keluaran menyangga keluaran dari inti RMS dan memungkinkan penyaringan low-pass opsional dilakukan melalui kapasitor eksternal CF, yang dihubungkan melintasi jalur umpan balik penguat.

Fitur IC AD736

Fitur IC tercantum di bawah ini
Impedansi masukan tinggi: 10 ^ 12 Ω
Arus prategangan masukan rendah: maksimum 25 pA
Akurasi tinggi: ± 0,3 mV ± 0,3% pembacaan
Konversi RMS dengan faktor puncak sinyal hingga 5
Rentang catu daya yang luas: +2,8 V, −3,2 V hingga ± 16,5 V.
Daya rendah: arus suplai maksimum 200 µA
Output tegangan buffer
Tidak ada trim eksternal yang diperlukan untuk akurasi yang ditentukan

Catatan: Harap diperhatikan bahwa diagram blok fungsional, deskripsi fungsional, dan daftar fitur diambil dari lembar data dan dimodifikasi sesuai kebutuhan.

Metode Pengukuran True RMS ke DC

Terutama ada tiga metode yang tersedia yang digunakan DVM untuk mengukur AC, yaitu-

Pengukuran True-RMS
Pengukuran Perbaikan Rata-rata
Pengukuran True-RMS AC + DC

Pengukuran True-RMS

True-RMS adalah metode yang cukup umum dan populer untuk mengukur sinyal dinamis dari semua bentuk dan ukuran. Dalam multimeter True-RMS, multimeter menghitung nilai RMS dari sinyal input dan menunjukkan hasilnya. Inilah sebabnya mengapa ini sangat akurat dibandingkan dengan metode pengukuran rata-rata yang diperbaiki.

Pengukuran Perbaikan Rata-rata

Dalam DVM rata-rata yang diperbaiki, ia mengambil nilai rata-rata atau nilai rata-rata dari sinyal input dan mengalikannya dengan 1,11 dan menampilkan nilai RMS. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa ini adalah multimeter tampilan RMS yang diperbaiki rata - rata.

Pengukuran True-RMS AC + DC

Untuk mengatasi celah dalam multimeter True-RMS, terdapat metode pengukuran True-RMS AC + DC. Jika Anda mengukur sinyal PWM dengan multimeter True-RMS, Anda akan membaca nilai yang salah. Mari kita pahami metode ini dengan beberapa rumus dan video, temukan videonya di akhir tutorial ini.

Perhitungan untuk konverter True RMS

Nilai RMS

Rumus untuk menghitung nilai RMS dijelaskan sebagai

Jika kita melakukan kalkulus dengan Mempertimbangkan

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ini intinya

Vm / (2) ^1/2

Nilai Rata-Rata

Rumus untuk menghitung nilai rata-rata dijelaskan sebagai

Jika kita melakukan kalkulus dengan Mempertimbangkan

V (t) = Vm Sin (wt) 0

Ini intinya

2Vm / ᴫ

Contoh Perhitungan True RMS to DC converter

Contoh 1

Jika kita mempertimbangkan tegangan puncak ke puncak 1V dan memasukkannya ke dalam rumus untuk menghitung tegangan RMS yaitu, VRMS = Vm / √2 = 1 / √2 = 0,707V

Sekarang mempertimbangkan tegangan puncak ke puncak 1V dan memasukkannya ke dalam rumus untuk menghitung tegangan rata-rata yaitu, VAVE = 2VM / π = 2 * 1 / π = 2 / π = 0.637V

Oleh karena itu, dalam DVM RMS non-true, nilai dikalibrasi dengan faktor 1,11 yang berasal dari VRMS / VAVE = 0,707 / 637 = 1,11V

Contoh 2

Sekarang kami memiliki gelombang sinus AC murni dari puncak ke puncak 5V dan kami langsung menyalurkannya ke DVM yang memiliki kemampuan RMS yang sebenarnya, untuk itu perhitungannya adalah, VRMS = Vm / √2 = 5 / √2 = 3.535V

Sekarang kita memiliki gelombang sinus AC murni dari puncak ke puncak 5V, dan kita langsung menyalurkannya ke DVM yang merupakan DVM rata-rata yang diperbaiki, untuk itu perhitungannya adalah, VAVE = 2VM / π = 2 * 5 / π = 10 / π = 3.183V

Sekarang pada titik ini, nilai yang ditampilkan dalam DVM rata-rata tidak sama dengan RMS DVM, jadi pabrikan membuat kode keras faktor 1.11V untuk mengkompensasi kesalahan.

Jadi itu menjadi, VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

Jadi, dari rumus dan contoh di atas, kita dapat membuktikan bahwa bagaimana multimeter RMS non-true menghitung tegangan AC.

Tetapi nilai ini hanya akurat untuk bentuk gelombang sinus murni. Jadi kita dapat melihat bahwa kita membutuhkan RMS DVM yang sebenarnya untuk mengukur bentuk gelombang non-sinusoidal dengan benar. Jika tidak, kami akan mendapatkan kesalahan.

Hal-hal yang Perlu Diingat

Sebelum melakukan perhitungan untuk aplikasi praktis, beberapa fakta perlu diketahui untuk memahami akurasi saat mengukur tegangan RMS dengan bantuan IC AD736.

Datasheet AD736 menceritakan tentang dua faktor terpenting yang harus diperhitungkan untuk menghitung persentase kesalahan yang akan dihasilkan IC ini saat mengukur nilai RMS, yaitu.

Respon Frekuensi
Faktor Puncak

Respon Frekuensi

Dengan mengamati kurva pada grafik, kita dapat mengamati bahwa respon frekuensi tidak konstan dengan amplitudo tetapi semakin rendah amplitudo yang Anda ukur pada input IC konverter Anda, respons frekuensi turun, dan pada rentang pengukuran yang lebih rendah sekitar 1mv, tiba-tiba turun beberapa kHz.

Lembar data memberi kita beberapa gambaran tentang topik ini yang dapat Anda lihat di bawah

Batas pengukuran yang akurat adalah 1%

Jadi, kita dapat dengan jelas melihat bahwa jika tegangan input 1mv dan frekuensinya 1 kHz, itu sudah mencapai tanda kesalahan tambahan 1%. Saya berasumsi sekarang Anda dapat memahami nilai-nilai lainnya.

CATATAN: Kurva respons frekuensi dan tabel diambil dari lembar data.

Faktor Puncak

Secara sederhana, faktor puncak adalah rasio nilai Puncak dibagi dengan nilai RMS.

Faktor Puncak = VPK / VRMS

Misalnya, jika kita menganggap gelombang sinus murni dengan amplitudo

VRMS = 10V

The Puncak tegangan menjadi

VPK = VRMS * √2 = 10 * 1,414 = 14,14

Anda dapat dengan jelas melihatnya dari gambar di bawah yang diambil dari wikipedia

Tabel di bawah ini dari lembar data memberi tahu kita bahwa jika faktor puncak yang dihitung adalah antara 1 hingga 3, kita dapat mengharapkan kesalahan tambahan 0,7% jika tidak, kita harus mempertimbangkan 2,5% kesalahan tambahan yang benar untuk sinyal PWM.

Skema konverter RMS sejati menggunakan IC AD736

Skema di bawah ini untuk konverter RMS diambil dari lembar data dan dimodifikasi sesuai kebutuhan kita.

Komponen Diperlukan

Sl.No	Bagian	Tipe	Kuantitas
1	AD736	IC	1
2	100K	Penghambat	2
3	10uF	Kapasitor	2
4	100uF	Kapasitor	2
5	33uF	Kapasitor	1
6	9V	Baterai	1
7	Kawat Pengukur Tunggal	Umum	8
8	Transformator	0 - 4.5V	1
9	Arduino Nano	Umum	1
10	Papan tempat memotong roti	Umum	1

True RMS to DC converter- Perhitungan & Pengujian Praktis

Untuk demonstrasi, peralatan berikut digunakan

Meco 108B + TRMS Multimeter
Meco 450B + TRMS Multimeter
Osiloskop Hantek 6022BE

Seperti yang ditunjukkan pada skema, atenuasi input digunakan yang pada dasarnya adalah rangkaian pembagi tegangan untuk melemahkan sinyal input IC AD736 yang karena tegangan input skala penuh dari IC ini adalah 200mV MAX.

Sekarang kita telah mengetahui beberapa fakta dasar tentang rangkaian, mari kita mulai perhitungan untuk rangkaian praktis.

Perhitungan RMS untuk 50Hz AC Sine Wave

Tegangan transformator: 5.481V RMS, 50Hz

Nilai Resistor R1: 50.45K

Nilai Resistor R1: 220R

Tegangan Input Transformator

Sekarang jika kita memasukkan nilai-nilai ini ke dalam kalkulator pembagi tegangan online dan menghitung, kita akan mendapatkan tegangan output 0,02355V ATAU 23,55mV

Sekarang input dan output rangkaian dapat dilihat dengan jelas.

Di sisi kanan, multimeter Meco 108B + TRMS menunjukkan tegangan input. Itu adalah keluaran dari rangkaian pembagi tegangan.

Di sisi kiri, multimeter Meco 450B + TRMS menunjukkan tegangan keluaran. Itu adalah tegangan keluaran dari IC AD736.

Sekarang Anda dapat melihat bahwa perhitungan teoritis di atas dan kedua hasil multimeter dekat, jadi untuk gelombang sinus murni, ini menegaskan teori tersebut.

Kesalahan pengukuran di kedua hasil multimeter adalah karena toleransinya dan untuk demonstrasi, saya menggunakan input listrik AC 230V, yang berubah sangat cepat seiring waktu.

Jika Anda ragu, Anda dapat memperbesar gambar dan melihat bahwa multimeter Meco 108B + TRMS dalam mode AC dan multimeter Meco 450B + TRMS dalam mode DC.

Pada titik ini, saya tidak repot-repot menggunakan osiloskop hantek 6022BL saya karena osiloskop hampir tidak berguna dan hanya menunjukkan noise pada level tegangan rendah ini.

Perhitungan untuk Sinyal PWM

Untuk demonstrasi, sinyal PWM dihasilkan dengan bantuan Arduino. Tegangan papan Arduino adalah 4.956V dan frekuensinya hampir 1 kHz.

Tegangan Max Arduino Board: 4.956V, 989.3Hz

Nilai Resistor R1: 50.75K

Nilai Resistor R1: 220R

Tegangan Input pada papan Arduino

Sekarang masukkan nilai-nilai ini ke dalam kalkulator pembagi tegangan online dan hitung, kita akan mendapatkan tegangan output 0,02141V ATAU 21,41mV.

Ini adalah tegangan puncak dari sinyal input PWM dan untuk mencari tegangan RMS kita cukup membaginya dengan √2 agar perhitungannya menjadi

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

Secara teori, multimeter True-RMS akan dengan mudah dapat menghitung nilai yang dihitung secara teoritis ini bukan?

Dalam mode DC

Dalam mode AC

Trafo pada gambar sedang duduk di sana dan tidak melakukan apa-apa. Dengan itu, Anda bisa melihat saya orang yang sangat malas.

Jadi apa masalahnya?

Sebelum ada yang melompat dan mengatakan kami telah melakukan perhitungan yang salah, izinkan saya memberi tahu Anda bahwa kami telah melakukan perhitungan dengan benar, dan masalahnya ada pada multimeter.

Dalam mode DC, multimeter hanya mengambil rata-rata dari sinyal input yang dapat kita hitung.

Jadi, tegangan inputnya adalah 0,02141V dan untuk mendapatkan tegangan rata-rata, cukup mengalikan nilainya dengan 0,5.

Jadi perhitungannya menjadi, VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705V Atau 10.70mV

Dan itulah yang kami dapatkan di tampilan multimeter.

Dalam mode AC, kapasitor input multimeter memblokir komponen DC dari sinyal input, sehingga perhitungannya hampir sama.

Sekarang seperti yang Anda lihat dengan jelas, dalam situasi ini kedua bacaan tersebut benar-benar salah. Jadi, Anda tidak bisa mempercayai tampilan multimeter. Itulah mengapa ada multimeter dengan kemampuan True RMS AC + DC yang dapat dengan mudah mengukur bentuk gelombang semacam ini secara akurat. Misalnya, extech 570A adalah multimeter dengan kemampuan True RMS AC + DC.

The AD736 adalah jenis IC yang digunakan untuk mengukur jenis sinyal input akurat. Gambar di bawah ini adalah bukti teori tersebut.

Sekarang kami telah menghitung tegangan RMS menjadi 15.14mV. Tetapi multimeter menunjukkan 15,313mV karena kami tidak mempertimbangkan faktor puncak dan respons frekuensi dari IC AD736.

Karena kita telah menghitung faktor puncak itu adalah 0,7% dari nilai yang dihitung jadi jika kita melakukan matematika itu bermuara pada 0,00010598 atau 0,10598mV

Begitu, Vout = 15,14 + 0,10598 = 15,2459 mV

Atau

Vout = 15,14 - 0,10598 = 15,0340mV

Jadi nilai yang ditampilkan oleh multimeter Meco 450B + jelas berada dalam kisaran kesalahan 0,7%

Kode Arduino untuk generasi PWM

Saya hampir lupa menyebutkan bahwa saya telah menggunakan kode Arduino ini untuk menghasilkan sinyal PWM dengan siklus kerja 50%.

int OUT_PIN = 2; // gelombang persegi keluar dengan 50% duty cycle void setup () {pinMode (OUT_PIN, OUTPUT); // mendefinisikan pin sebagai keluaran} void loop () {/ * * jika kita mengonversi 500 Mikrodetik ke detik kita akan mendapatkan 0,0005S * sekarang jika kita taruh di rumus F = 1 / T * kita akan mendapatkan F = 1 / 0,0005 = 2000 * pin aktif selama 500 uS dan off untuk 500 kita sehingga * frekuensinya menjadi F = 2000/2 = 1000Hz atau 1Khz * * / digitalWrite (OUT_PIN, HIGH); delayMicroseconds (500); digitalWrite (OUT_PIN, LOW); delayMicroseconds (500); }

Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang menghasilkan PWM dengan Arduino di sini.

Tindakan pencegahan

AD736 True RMS to DC converter IC adalah IC 8-PIN PDIP termahal yang pernah saya gunakan.

Setelah benar-benar menghancurkan satu dengan ESD, saya mengambil tindakan pencegahan yang tepat dan mengikat diri saya ke tanah.

Peningkatan Sirkuit

Untuk demonstrasi, saya telah membuat sirkuit di papan tempat memotong roti tanpa solder yang sama sekali tidak disarankan. Itulah mengapa kesalahan pengukuran meningkat setelah rentang frekuensi tertentu. Sirkuit ini membutuhkan PCB yang tepat dengan tepat s pesawat tar-tanah agar berfungsi dengan benar.

Aplikasi konverter True RMS ke DC

Ini digunakan dalam

Voltmeter presisi tinggi dan multimeter.
Pengukuran tegangan non-sinusoidal presisi tinggi.

Saya harap Anda menyukai artikel ini dan mempelajari sesuatu yang baru darinya. Jika Anda ragu, Anda dapat bertanya di komentar di bawah atau dapat menggunakan forum kami untuk diskusi terperinci.

Video rinci yang menunjukkan proses perhitungan lengkap diberikan di bawah ini.