电子常识
真有效值即为“真正有效值”之意,英文缩写为“TRMS”,有的文献也称为真均方根值。
我们先回忆一下交流电压的有效值的表达式,它的定义如下:
我们对式(1)进行变换,两边平方,并令;就得到真有效值电压的另一种表达式:
从(3)式即得,对输入电压依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算,也能得到交流电压的有效值,而且这公式更有使用价值。举例说明:假如要测量一电压变化范围是0.1V-10V,平方后u=10mV—100V,这就要求平方器具有相当大的动态范围(10000:1),这样的平方威廉希尔官方网站 误差就可能超过1mV,要平方器能输出100V的电压,技术上是难以实现的。如果使用式(3)的既便于设计威廉希尔官方网站 ,也能保证了准确度。因此,目前大多数的集成单片真有效值/直流转换器均采用式(3)的原理而设计。
真有效值仪表的的核心器件是TRMS/DC转换器。现在市场上这类单片的集成芯片很多,真有效值仪表普遍使用了这类集成威廉希尔官方网站 。单片集成威廉希尔官方网站 具有集成度高、功能完善,外围元件少,威廉希尔官方网站 连接简单、电性能指标容易保证等诸多优点,这类芯片能准确、实时测量各种电压波形的有效值,无须考虑波形参数和失真,这些性能是平均值仪表无法比拟的。
LTC1966工作原理
LTC1966是美国凌特公司(LT)于2002年最新推出的真有效值RMS/DC转换器,与其他RMS/DC产品相比较,它在完成乘法/除法运算时,未采用通常的对数-反对数的计算方法,而是采用了全新的D-S计算技术。LTC1966具有简单威廉希尔官方网站 接法(只有一个外接平均CAVE)、灵活的输入/输出结构(差分或单端)、灵活的供电方式(2.7V~5.5V单电源,最大范围为±5.5V双电源)、高准确度(50Hz~1kHz的误差只有0.25%)、良好的线性(小于0.02%)、很宽的动态电流范围、易于校准等特性。
LTC1966采用MSOP-8封装,管脚排列及内部框图如图1所示,各引脚功能如下: GND—地;
UIN1、UIN2—差分输入端1和2;
USS—负电源端,对地接-5.5V电源或直接接地;
UOUT—电压输出端。RMS平均值是通过此引脚与COM引脚之间的平均值电容CAVE来实现转换。
COM—输出电压返回端。输出电压的产生和该引脚的电压有关。一般COM端接地,在AC+DC输入情况下,UOUT与COM引脚之间不平衡,该引脚应对地接一小电阻; UDD—正电源端。电压范围为2.7V~5.5V; EN—使能控制端,低电平有效。
LTC1966内部主要包括4部分威廉希尔官方网站 :D-S调制器、极性转换开关、低通滤波器(LPF)和关断控制威廉希尔官方网站 。另外还包括基准电压源、电流源、二极管保护威廉希尔官方网站 等。其中D-S调制器由二阶积分器与求和威廉希尔官方网站 构成,用来完成除法运算(相当于除法器),它产生的一位输出信号的平均占空比与输入信号(UIN)和反馈信号(即输出信号UOUT)的比值成正比关系。
控制极性转换开关起乘法器的作用,它对输入信号UIN和D-S调制器的一位输出信号进行乘法运算,进而获得(UIN)2/UOUT,并依此作为芯片的输出电压UOUT,从而完成RMS-DC的转换。低通滤波器由内部电阻r和外界的平均值电容CAVE所构成,实现RMS的取平均值功能。电容CAVE可以根据输入信号的频率范围来选择,注意:为了保证转换的稳定性和较小的偏移误差,平均值电容应选择薄膜电容,比如聚酯电容,其典型值为1mF。使能控制为高电平时,关断控制威廉希尔官方网站 有效,LTC1966工作在低功耗的关断状态。
LTC1966的典型应用威廉希尔官方网站 如图2所示
图a采用的是差分输入方式,UIN为交流信号(其峰-峰值≤1V),+5V单电源供电,CC为隔直电容,其大小与输入信号频率有关;图b采用了能关断的单端输入方式,+2.7V单电源供电,使能端可直接接CMOS威廉希尔官方网站
输出。
4、基于LTC1966的多量程真有效值数字电压表。
图3是由LTC1966构成的5量程3 1/2 位真有效值数字电压表的威廉希尔官方网站 。
5个ACV挡依次为200mV、2V、20 V、200 V和700V。该仪表使用LTC1966、ICL7136各一片,后者属于微功耗单片3 1/2 位A/D转换器。C 1是输入端耦合隔直电容,起隔直作用。高阻抗分压器由精密电阻R1~R5构成,总阻值为10MΩ。S1为量程开关,输入电压UIN首先被衰减成200mV以下,再经限流电阻R6接至LTC1966的第2脚。VD1、VD2为双向限幅保护二极管。仪表采用9V叠层电池供电,C4为电源滤波电容。C3是平均电容。LTC1966的输出电压直接加至ICL 7136的模拟输入端。ICI7136采用外基准,由ICL8069提供的1.2V基准电压源.通过R8、RP分压后得到基准电压UREF=100.0 mV,基本量程为200mV。S2为测量/备用模式选择开关,常态下S2应闭合断开。断开S2时LTC1966呈备用状态,可降低功耗。
5、基于LTC1966的交流单相220V过欠压检测威廉希尔官方网站
AD8436是新一代精密跨导线性、低功耗、真RMS-TO-DC转换器,可以载入多种选项。它可以精确计算RMS值交流波形的直流等效值,包括由开关模式电源供电和三端双向可控硅控制的复杂模式。其精度可满足宽阔的输入电平和温度范围。凭借最新的ADI公司技术,可确保≤±0.25%的精度以及≤10 μV的输出失调。CF ≤ 10时的波峰因数误差《0.5%。AD8436可即时计算真有效值,成本低于复杂费解的峰值法、均值法或数字解决方案。
它不需要编程或处理成本,4 mm × 4 mm的封装适合空间紧凑的应用。片上缓冲放大器能够提供最宽的选择范围,适合所有的RMS-TO-DC转换器,而不受成本影响。成本最低的应用只需一个外部求平均值电容。内置的高阻抗FET缓冲提供了一个接口,可用于外部衰减器、频率补偿或驱动低阻抗负载。
它拥有一对匹配的内部电阻,可轻松实现增益为2或更高增益配置,可用输入范围还能够扩展至更低。AD8436具有低功耗精密输入缓冲,非常适合便携式万用表和其他电池供电应用。由于消除了偏置电流,精密直流输出缓冲可提供极低的失调电压。AD8436不同于数字解决方案,它在高低幅度时性能均不会受开关威廉希尔官方网站 的限制。
它能够响应《100 μV和》3 V的情况,扩展了动态范围,无需外部调整,并且可以适应最严苛的信号条件。AD8436采用单电源或双电源供电,电压范围为±2.4 V (4.8 V) 至±18 V (36 V)。它分为A级和B级,采用紧凑的20引脚4 mm × 4 mm芯片级封装。工作温度范围为-40℃至125℃。
技术特性
即时计算真有效值精度:±10 μV ± 0.25%的读数
宽动态输入范围100 μV rms至3 V rms (8.5 V p-p) 满量程输入范围 采用外部调整时输入值更大
宽带宽:−3 dB (300 mV) 带宽为1 MHz; 1%附加误差带宽为65 kHz
零转换器直流输出失调
无残留开关产物
额定300 mV rms输入
精确转换,波峰因数高达10
低功耗:±2.4 V时典型值为300 µA
任意输入电平时均能迅速建立
AD637可计算任何复杂波形的真均方根值。它提供集成威廉希尔官方网站 均方根直流转换器前所未有的性能,精度、带宽和动态范围与分立和模块式设计相当。AD637提供波峰因数补偿方案,允许以最高为10的波峰因数测量信号,额外误差小于1%。宽带宽允许测量200 mV均方根、频率最高达600 kHz的输入信号以及1 V均方根以上、频率最高达8 MHz的输入信号。
与ADI公司以前的单芯片均方根转换器一样,AD637也为用户提供辅助dB输出。均方根输出信号的对数通过一个单独引脚输出,支持直接dB测量,可用范围为60 dB。用户利用外部编程的基准电流,可以选择0 dB基准电压与0.1 V至2.0 V均方根范围内的任何电平相对应。
不使用均方根功能时,用户借助AD637的片选连接可以将电源电流从2.2 mA降至350 μA。对于低功耗至关 重要的远程或手持式应用,利用此特性可以方便地实现精密均方根测量。此外,当AD637关断时,输出进入高阻态。这一特性还允许将多个AD637连在一起,构成一个宽带真均方根多路复用器。
AD637的输入威廉希尔官方网站 受到保护,可以承受高于电源电平的过载电压。如果电源电压丧失,输入信号不会损坏输入端。
AD637在商用温度范围(0°C至70°C)内提供J和K两种精度等级,在工业温度范围(-40°C至+85°C)内提供A和B两种精度等级,在-55°C至+125°C温度范围内提供S精度等级。所有等级均提供14引脚SBDIP、14引脚CERDIP和16引脚SOIC_W密封封装。AD637可计算任何复杂交流(或交流加直流)输入波形的真均方根值、均方值或绝对值,并提供等效直流输出电压。波形的真均方根值与信号功率直接相关,因此比平均整流信号更有用。统计信号的均方根值也与信号的标准差相关。
AD637经过激光晶圆调整,无需外部调整便可实现额定性能。唯一需要的外部元件是一个电容,用来设置均值时间。此电容的值同时决定低频精度、纹波电平和建立时间。
片内缓冲放大器既可以用作输入缓冲,也可以用于有源滤波器配置。该滤波器可以用来降低交流纹波量,从而提高精度。
AD637特性
高精度
0.02%最大非线性,0 V至2 V均方根输入
波峰因数为3时,附加误差0.10%
计算
真均方根值
平方值
均方值
绝对值
dB输出(60 dB范围)
宽带宽
8 MHz(2 V均方根输入)
600 kHz (100 mV均方根输入)
片选/省电特性允许
模拟三态工作方式
静态电流从2.2 mA降至350 μA
14引脚SBDIP、14引脚低成本CERDIP和16引脚SOIC_W封装
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