宽带电压表的RMS检测器 - 设计和操作
出处:维库电子市场网 发布于:2025-03-06 16:21:34 | 211 次阅读
RMS的数学
在进入电路之前,让我们快速地对数学进行一些刷新。为了生成信号的根平方值,我们需要在术语中从右到左时应用单词,这有点令人困惑。
首先,将信号平衡(将其自身乘以,而不是切断峰!)。然后计算平均值(平均值)。通常在至少一个周期内测量平均值,但偶尔使用半个周期平均值。最后,将电压的平方根穿过。 从数学上讲,RMS计算表示为: vrms= sqrtmean(v2)
设计RMS检测器
虽然可以从离散组件制作RMS检测器,但需要精心匹配的设备,并且性能通常令人失望。(IC可以提供更好的性能,尤其是在制造过程中应用激光修剪的情况下。这不是一个低成本的过程,因此,此类设备的成本比通用的OP放大器和比较器更为昂贵。模拟设备AD736是一个真正的RMS-to-DC转换器IC,可在负担得起的版本(AD736J)中获得,可提供良好的性能(并且具有三个具有精度性能的代价更高的版本)。对于所有版本,有用的带宽限于200 kHz,但对于不受专用仪器进行的RMS测量,通常可以接受。 RMS检测器电路示意图如图2所示,并取代了原始宽带电压表项目的图5。
RMS检测器通常用于测量幅度迅速变化的波形,因此数字显示不可用。选择是在移动线圈和一个LED条形图之间,分辨率为1 dB或更小。
RMS检测器的频率响应
AD736和类似设备中使用的技术导致高频响应随信号水平而变化。在本应用中,这不是一个严重的问题,因为应用于设备的信号电平可以将其保留在316 mV至1 V范围内,除非将电压表设置为1 mV范围的最大灵敏度。 图3显示了三个输入信号水平下的频率响应。响应在频段限制下陡峭地跌落。
图3。RMS检测器的频率响应
移动仪表误差 阅读移动仪表的错误是一个重要的特征。当然,它随着仪表的大小而有所不同,因为很难在小规模上读取小的偏转。我使用的仪器的结果(具有110毫米尺度的长度)如图4所示。
图4。移动仪表的误差随信号幅度的函数
当然,即使有很大的仪表,-30 dB和-34 dB的挠度也很小,而且人们不会期望准确阅读这些水平。
RMS到DC转换器的操作
模拟设备AD736的简化框图如图5所示。 AD736 TRUE RMS-DC转换器的框图
图6。AD736的内部结构。由模拟设备提供的图像数据表并未泄露所有模拟设备的秘密,但是我们可以评估其操作的基础知识。平方根和平方根操作由翻译电路进行。对于平方,该信号作为基本发射线连接的电流表示。在其上发展的电压与电流的对数成正比。这只是更熟悉的表达的相反,即电流与电压的指数成正比:
i=ire fracqvkt 占据双方的对数:
ln(i)= ln(ir)+ fracqvkt
右边的第一个术语Ln(i r)非常小,\(\ frac {q} {kt} \)是一个常数(在固定温度下),因此电压V与LN( i)成正比。
现在,如果我们将电压放大2倍,结果是正方形的对数。我们将其应用于电容器C AV,该电压是一个周期内平均电压。
我们将平均电压的一半应用于基本发射线连接点(有效地应用平方根的对数),并恢复信号的RMS值作为收集器电流。
平均电容器C AV通过碱基的有效电阻充电,该二极管与通过其电流成反比,因此平均时间在低信号水平下大大增加。但是,电压表电路的范围切换使应用于AD736的信号保持在316 mV和1 V之间,但最敏感的范围除外。 本应用程序使用PIN 1的AD736的低阻抗输入,因为它接受更高的最大输入电压和更宽的带宽(如果需要更多详细信息,请参见数据表的图3、6和7)。可实现的200 kHz带宽小于使用峰检测器获得的1 MHz,但对于许多测量值来说,还足够了。
平均检测器是最不可能的,并有可能给出最大的误导性结果,因此没有计划为宽带电压表设计提供一个计划。
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