《電子技術(shù)應(yīng)用》
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真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器AD736及其在RMS儀表電路中的應(yīng)用
摘要: 高效率和節(jié)能是家電應(yīng)用中首要的問(wèn)題。三相無(wú)刷直流電機(jī)因其效率高和尺寸小的優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用在家電設(shè)備中以及很多其他應(yīng)用中。此外,由于采用了電子換向器代替機(jī)械換向裝置,三相無(wú)刷直流電機(jī)被認(rèn)為可靠性更高。
Abstract:
Key words :

  1 概述

  在科學(xué)實(shí)際和生產(chǎn)實(shí)踐中,會(huì)遇到大量的非正弦波。傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x表采用的是平均值轉(zhuǎn)換法來(lái)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量,但這種方法存在著較大的理論誤差。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交流信號(hào)電壓有效值的精密測(cè)量,并使之不受被測(cè)波形的限制,可以采用真有效值轉(zhuǎn)換技術(shù),即不通過(guò)平均折算而是直接將交流信號(hào)的有效值按比例轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。為了適應(yīng)現(xiàn)代電子測(cè)量的需要,目前測(cè)量交流電壓真有效值(RMS)的萬(wàn)用表得到了迅速的發(fā)展。交流電壓的真有效值是通過(guò)電路對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行“平方→求平均值→開(kāi)平方”的運(yùn)算而得到的。真有效值儀表的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠精確測(cè)量各種電壓波形的有效值,而不必考慮被測(cè)波形的參數(shù)以及失真。隨著集成電路的迅速發(fā)展,近年來(lái)出現(xiàn)了各種真有效值 AC/DC轉(zhuǎn)換器。美國(guó)AD公司的AD736是其中非常典型的一種。

  AD736是經(jīng)過(guò)激光修正的單片精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、靈敏性好(滿量程為200mVRMS)、測(cè)量速率快、頻率特性好(工作頻率范圍可達(dá)0~460kHz)、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源范圍寬且功耗低最大的電源工作電流為200μA.用它來(lái)測(cè)量正弦波電壓的綜合誤差不超過(guò)±3%.

  2 工作原理及管腳功能

  AD736 的內(nèi)部框圖如圖1所示。它主要由輸入放大器、全波整流器、有效值單元(又稱有效值芯子RMS CORE)、偏置電路、輸出放大器等組成。芯片的2腳為被測(cè)信號(hào)VIN輸入端,工作時(shí),被測(cè)信號(hào)電壓加到輸入放大器的同相輸入端,而輸出電壓經(jīng)全波整流后送到RMS單元并將其轉(zhuǎn)換成代表真有效值的直流電壓,然后再通過(guò)輸出放大器的Vo端輸出。偏置電路的作用是為芯片內(nèi)部各單元電路提供合適的偏置電壓。

AD736 的內(nèi)部框圖

  AD736采用雙列直插式8腳封裝,其管腳排列如圖2所示。各管腳的功能如下:

 

  +Vs:正電源端,電壓范圍為2.8~16.5V;

  -Vs:負(fù)電源端,電壓范圍為-3.2~-16.5V;

  Cc:低阻抗輸入端,用于外接低阻抗的輸入電壓(≤200mV),通常被測(cè)電壓需經(jīng)耦合電容Cc與此端相連,通常Cc的取值范圍為10~20μF.當(dāng)此端作為輸入端時(shí),第2腳VIN應(yīng)接到COM;

  VIN:高阻抗輸入端,適合于接高阻抗輸入電壓,一般以分壓器作為輸入級(jí),分壓器的總輸入電阻可選10MΩ,以減少對(duì)被測(cè)電壓的分流。該端有兩種工作方式可選擇:第一種為輸出AC+DC方式。該方式將1腳(Cc)與8腳(COM)短接,其輸出電壓為效流真有效值與直流分量之和;第二種方式為AC方式。該方式是將1腳經(jīng)隔直電容Cc接至8腳,這種方式的輸出電壓為真有效值,它不包含直流分量。

  COM:公共端;

  Vo:輸出端;

  CF:輸出端濾波電容,一般取10μF;

  CAV:平均電容。它是AD736的關(guān)鍵外圍元件,用于進(jìn)行平均值運(yùn)算。其大小將直接響應(yīng)到有效值的測(cè)量精度,尤其在低頻時(shí)更為重要。多數(shù)情況下可選33μF.

管腳排列

  3 典型應(yīng)用電路

  AD736 有多種應(yīng)用電路形式。圖3為雙電源供電時(shí)的典型應(yīng)用電路,該電路中的+Vs與COM、-Vs與COM之間均應(yīng)并聯(lián)一只0.1μF的電容以便濾掉該電路中的高頻干擾。Cc起隔直作用。若按圖中虛線方向?qū)?腳與8腳短接而使Cc失效,則所選擇的就是AC+DC方式;去掉短路線,即為AC方式。R為限流電阻, D1、D2為雙向限幅二極管,超過(guò)壓保護(hù)作用,可選IN4148高速開(kāi)關(guān)二極管。

雙電源供電時(shí)的典型應(yīng)用電路

  圖4為采用9V電池的供電電路。R1、R2為均衡電阻,通過(guò)它們可使VCOM=E/2=4.5V.C1、C2為電源濾波電容。上述圖3和圖4電路均為高阻抗輸入方式,適合于接高阻抗的分壓器。

采用9V電池的供電電路

  圖5和圖6分別為低阻抗輸入方式時(shí),用雙電源供電和采用9V單電源供電時(shí)的典型應(yīng)用電路。

雙電源低阻抗應(yīng)用電路

9V電池供電低阻抗應(yīng)用電路

  4 注意事項(xiàng)

  圖7是由AD736構(gòu)成的簡(jiǎn)單RMS儀表組成框圖。圖8是由單片機(jī)8098和AD736等芯片組成的可測(cè)量交直流有效值的智能化RMA儀表組成框圖。

由AD736構(gòu)成的簡(jiǎn)單RMS儀表組成框圖

由單片機(jī)8098和AD736等芯片組成的可測(cè)量交直流有效值的智能化RMA儀表組成框圖

  應(yīng)用AD736來(lái)制作RMS儀表時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

 ?。?)當(dāng)被測(cè)交流電壓超過(guò)200mVRMS時(shí),必須在AD736前加一級(jí)分壓器,以將被測(cè)電壓衰減到200mV以內(nèi)。在采用

 

AD736典型電路制作RMS儀表時(shí),可在AD736的輸出端接1.0級(jí)、200mV直流毫伏表,或接3位半數(shù)字電壓表(DVM)。也可利用典型的500型萬(wàn)用表的直流電壓檔,加上AD736的典型應(yīng)用電路改制成RMS儀表,AD736應(yīng)用電路的電源可取自萬(wàn)用表內(nèi)的9V電池。

 

  (2)若要測(cè)量交流電流的真有效值,應(yīng)在AD736前面加一級(jí)分流器。此時(shí)應(yīng)用AD736可選圖6所示電路。

  (3)設(shè)計(jì)高精度真有效值RMS時(shí),還應(yīng)考慮被測(cè)電壓的波峰因素Kp(波峰因數(shù)Kp是被測(cè)信號(hào)的峰值與真有效值之比)的影響,應(yīng)仔細(xì)選擇合適的CAV.常見(jiàn)的正弦波、言波、三角波和鋸齒波的Kp≤2,此時(shí)CAV可取33μF.但對(duì)于窄脈沖或晶閘管的波形,由于Kp>2,因此應(yīng)適當(dāng)增大CAV的容量,以延長(zhǎng)取平均值的時(shí)間,從而減少由Kp>2所引起的附加誤差。

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