使用IC AD736设计真正的均方根直流转换器

True-RMS或TRMS是一种将RMS值转换为等效DC值的转换器。在本教程的此处，我们将了解真正的RMS到DC转换器，其工作原理以及测量方法如何影响显示的结果。

什么是RMS？

RMS是的缩写均方根。根据定义，对于交流电流，RMS值等效于将相同功率的功率输入电阻器的直流电压。

真均方根IC AD736

IC AD736的功能部分很少，例如输入放大器，全波整流器（FWR），RMS内核，输出放大器和偏置部分。输入放大器由MOSFET构成，因此负责该IC的高阻抗。

在输入放大器之后，有一个精密的全波整流器，负责驱动RMS内核。平方，求平均和平方根的基本RMS操作在内核中借助外部平均电容器CAV进行。请注意，如果没有CAV，则整流后的输入信号会未经处理地通过磁芯。

最后，输出放大器缓冲RMS内核的输出，并允许通过外部电容器CF进行可选的低通滤波，该电容器跨接在放大器的反馈路径上。

IC AD736的功能

该IC的功能如下
高输入阻抗：10 ^ 12Ω
低输入偏置电流：最大25 pA
高精度：±0.3 mV±读数的0.3％
信号波峰因数高达5时的RMS转换
宽电源范围：+2.8 V，−3.2 V至±16.5 V
低功耗：最大电源电流为200 µA
缓冲电压输出
无需外部调整即可达到规定的精度

注意：请注意，功能框图，功能说明和功能列表取自数据手册，并根据需要进行了修改。

真有效值至直流测量方法

DVM用于测量交流电的方法主要有三种，它们是：

真有效值测量
平均整流测量
真有效值AC + DC测量

真有效值测量

真有效值（RMS）是测量各种形状和大小的动态信号的一种非常普遍和流行的方法。在True-RMS万用表中，万用表计算输入信号的RMS值并显示结果。这就是为什么与平均整流测量方法相比非常准确的原因。

平均整流测量

在平均整流DVM中，它将输入信号的平均值或平均值乘以1.11，然后显示RMS值。因此，可以说这是一个平均整流RMS显示万用表。

真有效值AC + DC测量

为了克服True-RMS万用表中的漏洞，存在True-RMS AC + DC测量方法。如果要使用True-RMS万用表测量PWM信号，则会读取错误的值。让我们通过一些公式和视频来了解此方法，然后在本教程的末尾找到视频。

真有效值转换器的计算

RMS值

计算RMS值的公式描述为

如果我们通过考虑进行微积分

V（t）= Vm Sin（wt）0

归结为

Vm /（2）^1/2

平均值

计算平均值的公式描述为

如果我们通过考虑进行微积分

V（t）= Vm Sin（wt）0

归结为

2Vm /ᴫ

示例计算真有效值直流转换器

例子1

如果我们考虑1V的峰峰值电压并将其放在公式中以计算RMS电压，

VRMS = Vm / √2= 1 /√2=.707V

现在考虑峰峰值电压为1V，并将其放在公式中以计算平均电压，即

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

因此，在非真均方根DVM中，该值用1.11的因数校准，该因数来自VRMS / VAVE = 0.707 / 637 = 1.11V

例子2

现在我们有了一个5V的峰到峰纯AC正弦波，我们直接将其馈送到具有真正RMS能力的DVM，为此，计算结果为

VRMS = Vm / √2= 5 /√2= 3.535V

现在我们有一个5V的峰到峰纯AC正弦波，我们将其直接馈送到DVM，该DVM是平均整流DVM，为此，计算结果为：

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

现在，此时，平均DVM中显示的值与RMS DVM不相等，因此制造商对1.11V系数进行硬编码以补偿误差。

就这样，

VAVE = 3.183 * 1.11 = 3.535V

因此，从以上公式和示例，我们可以证明非真实RMS万用表如何计算交流电压。

但是该值仅对纯正弦波形准确。因此，我们可以看到我们需要一个真正的RMS DVM来正确测量非正弦波形。否则，我们会得到一个错误。

注意事项

在进行实际应用计算之前，需要了解一些事实，以便在借助AD736 IC测量RMS电压时理解精度。

AD736的数据手册介绍了在测量RMS值时计算该IC产生的误差百分比时应考虑的两个最重要因素。

频率响应
波峰因数

频率响应

通过观察图中的曲线，我们可以观察到频率响应不是随幅度恒定的，而是您在转换器IC输入中测得的幅度越低，频率响应就会下降，并且在1mv左右的较低测量范围内，它突然下降了几千赫兹。

数据表为我们提供了有关此主题的一些数据，您可以在下面看到

精确测量的极限是1％

因此，我们可以清楚地看到，如果输入电压为1mv，频率为1kHz，则它已经达到了1％的附加误差标记。我想现在您可以理解其余的值了。

注意：频率响应曲线和表格摘自数据表。

波峰因数

简单来说，波峰因数是峰值除以RMS值的比率。

波峰因数= VPK / VRMS

例如，如果我们考虑振幅为的纯正弦波

VRMS = 10V

该峰值电压变

VPK = VRMS * √2= 10 * 1.414 = 14.14

您可以从下面的维基百科图片中清楚地看到

数据表中的下表告诉我们，如果计算出的波峰因数在1至3之间，我们可以预期会有0.7％的附加误差，否则我们必须考虑2.5％的附加误差，这对于PWM信号是正确的。

使用IC AD736的真RMS转换器原理图

RMS转换器的以下原理图摘自数据手册，并根据我们的需求进行了修改。

所需组件

编号	部分	类型	数量
1个	AD736	我知道了	1个
2	100K	电阻器	2
3	10uF	电容器类	2
4	100uF	电容器类	2
5	33uF	电容器类	1个
6	9伏	电池	1个
7	单线规	泛型	8
8	变压器	0-4.5V	1个
9	Arduino纳米	泛型	1个
10	面包板	泛型	1个

真有效值直流转换器-实用计算和测试

为了演示，使用了以下设备

Meco 108B + TRMS万用表
Meco 450B + TRMS万用表
Hantek 6022BE示波器

如图所示，使用了一个输入衰减器，它基本上是一个分压电路，用于衰减AD736 IC的输入信号，这是因为该IC的满量程输入电压为200mV MAX。

既然我们已经清楚了电路的一些基本事实，就可以开始计算实际电路了。

50Hz交流正弦波的RMS计算

变压器电压：5.481V RMS，50Hz

电阻R1的值：50.45K

电阻值R1：220R

变压器输入电压

现在，如果将这些值放在在线分压器计算器中进行计算，我们将获得0.02355V或23.55mV的输出电压

现在可以清楚地看到电路的输入和输出。

右侧，Meco 108B + TRMS万用表显示输入电压。那就是分压器电路的输出。

Meco 450B + TRMS万用表的左侧显示了输出电压。那就是AD736 IC的输出电压。

现在您可以看到上面的理论计算和万用表的结果都很接近，因此对于纯正弦波，它可以证明理论。

万用表结果中的测量误差均是由于其公差所致，为便于演示，我使用的是230V AC主电源，该输入随时间变化非常快。

如果有任何疑问，可以放大图像，以查看Meco 108B + TRMS万用表处于AC模式，而Meco 450B + TRMS万用表处于DC模式。

在这一点上，我不必费心使用hantek 6022BL示波器，因为该示波器几乎没有用，并且仅在这些低电压电平下显示噪声。

PWM信号的计算

为了演示，在Arduino的帮助下生成了PWM信号。Arduino开发板的电压为4.956V，频率接近1 kHz。

最高Arduino开发板电压：4.956V，989.3Hz

电阻值R1：50.75K

电阻值R1：220R

Arduino板上的输入电压

现在将这些值放在在线分压器计算器中并进行计算，我们将获得0.02141V或21.41mV的输出电压。

这是输入PWM信号的峰值电压，要找到RMS电压，我们只需将其除以√2，这样计算就变成了

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

从理论上讲，True-RMS万用表将能够轻松计算此理论计算值，对吗？

在直流模式下

在交流模式下

图像中的变压器坐在那里，什么也不做。这样，您可以看到我是一个非常懒惰的人。

那么，有什么问题呢？

在有人跳过去并说我们做错了计算之前，让我告诉您我们已经正确进行了计算，而问题出在万用表上。

在直流模式下，万用表仅获取我们可以计算出的输入信号的平均值。

因此，输入电压为0.02141V，并且要获得平均电压，只需将值乘以0.5。

所以计算成为

VAVE = 0.02141 * 0.5 = 0.010705V或10.70mV

这就是我们在万用表显示屏中看到的。

在AC模式下，万用表的输入电容器阻塞了输入信号的DC分量，因此计算结果几乎相同。

现在，您可以清楚地看到，在这种情况下，两个读数都是绝对错误的。因此，您不能相信万用表的显示。这就是为什么存在具有True RMS AC + DC功能的万用表，可以轻松准确地测量此类波形的原因。例如，extech 570A是具有True RMS AC + DC功能的万用表。

的AD736是一种集成电路的是，用于精确地测量这些类型的输入信号。下图是该理论的证明。

现在我们计算出RMS电压为15.14mV。但是万用表显示15.313mV，因为我们没有考虑波峰因数和AD736 IC的频率响应。

由于我们已经计算了波峰因数，因此它是计算值的0.7％，因此，如果我们进行数学计算，它将降到0.00010598或0.10598mV。

所以，

Vout = 15.14 + 0.10598 = 15.2459 mV

要么

Vout = 15.14-0.10598 = 15.0340mV

因此，Meco 450B +万用表显示的值显然在0.7％的误差范围内

用于产生PWM的Arduino代码

我几乎忘了提起我已使用此Arduino代码生成占空比为50％的PWM信号。

int OUT_PIN = 2; //方波输出，占空比为50％void setup（）{pinMode（OUT_PIN，OUTPUT）; //将引脚定义为输出} void loop（）{/ * *如果将500微秒转换为秒，将得到0.0005S *现在，如果将其放入公式F = 1 / T中，则将得到F = 1 / 0.0005 = 2000 *引脚处于开启状态持续500 uS，处于关闭状态持续500 us，因此*频率变为F = 2000/2 = 1000Hz或1Khz * * / digitalWrite（OUT_PIN，HIGH）; delayMicroseconds（500）; digitalWrite（OUT_PIN，LOW）; delayMicroseconds（500）; }

您可以在此处了解有关使用Arduino生成PWM的更多信息。

预防措施

AD736真有效值直流转换器IC是迄今为止我使用过的最昂贵的8引脚PDIP IC。

用ESD彻底销毁了其中一个后，我采取了适当的预防措施，将自己绑在了地上。

电路增强

为了演示，我将电路制成无焊面包板，绝对不建议这样做。因此，在一定的频率范围后，测量误差会增大。该电路需要与适当的合适的PCB小号焦油地平面，以正常工作。

真有效值直流转换器的应用

它用于

高精度电压表和万用表。
高精度非正弦电压测量。

希望您喜欢本文并从中学到新东西。如有任何疑问，可以在下面的评论中提问，也可以使用我们的论坛进行详细讨论。

下面是显示完整计算过程的详细视频。