AD536
基于单片机的工频电压(电流)表的设计
检测系统实习报告题目:基于单片机的工频电压(电流)表的设计姓名:院(系):专业:指导教师:职称:评阅人:职称:年月摘要在实际中,有效值是应用最广泛的参数,电压表的读数除特殊情况外,几乎都是按正弦波有效值进行定度的。
有效值获得广泛应用的原因,一方面是由于它直接反映出交流信号能量的大小,这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的;另一方面,它具有十分简单的叠加性质,计算起来极为方便。
本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计,以AT89S52单片机为控制核心,由电压、电流传感器模块,真有效值测量模块,信号调理模块,AD采集模块及控制、显示模块等构成。
系统采用电压、电流互感器对输入信号进行降压处理,经AD736转换得到原信号的真有效值,由TLC549转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过LCD实时显示,达到了较好的性能指标。
关键词:工频数字电压(电流)表真有效值AD736 TLC549 AT89S52AbstractIn practice, RMS is the most widely used parameters. Except in special circumstances,voltage meter readings almost all carried out by the RMS of sine wave . The reasons of RMS is widely available, on the one hand, because it directly reflects the size of the exchange of signal energy, which the study of power, noise, distortion, spectrum purity, energy conversion, such as it is very important; On the other hand, it has a very simple superposition of the nature of the calculation will be extremely convenient. The design of single-chip Atmel Corporation AT89S52 as control core, by the current sensor module, True RMS measurement modules, signal conditioning modules, AD acquisition and control module, display module. System uses a current sensor circuit for step-down of the input signal processing, has been converted by the original AD736 True RMS signal by the TLC549 convert into single-chip digital conducted after the brief and the results of data processing in real time through the LCD display, achieve a better performance.Keyword: Digital voltage(current) meter True RMS AD736 TLC549AT89S52目录第一章绪论 (1)§1.1 选题背景及意义 (1)§1.2 系统设计任务 (1)第二章系统总体设计 (2)§2.1 方案论证与比较 (2)2.1.1 电压、电流变换部分 (2)2.1.2 有效值测量部分 (2)§2.2 系统总体设计 (2)第三章硬件设计 (4)§3.1 传感器电路设计 (4)3.1.1 电压互感器 (4)3.1.2 电流互感器 (4)§3.2 真有效值转换电路设计 (5)3.2.1 电压、电流切换电路 (5)3.2.2 真有效值测量电路 (6)§3.3 信号调理电路设计 (7)§3.4 A/D转换电路设计 (7)§3.5 单片机及显示电路设计 (9)第四章软件设计 (10)§4.1 LCD1602液晶显示程序 (10)§4.2 A/D转换程序 (10)§4.3 主程序设计 (12)第五章系统调试及误差分析 (13)§5.1 系统调试及测试结果 (13)5.1.1 AD736测试结果 (13)5.1.2 OP07测试结果 (13)5.1.3 TLC549测试结果 (13)5.1.4 工频电压测量精度 (14)5.1.5 工频电流测量精度 (14)§5.2 误差分析 (14)§5.3 改进方法 (15)结束语 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录 (19)附录一完整电路图 (19)附录二程序清单 (20)第一章绪论§1.1 选题背景及意义在日常的生产、生活和科研中,工频电无处不在,所谓工频就是电力供电系统交流电的频率,我国国家规定工频为50赫兹,即周期为0.02秒,英、美等国规定的工频为60赫兹。
AD536真有效值数字电压表
ZY250V真有效值数字电压表深圳市凌雁电子有限公司一.概述:普通数字直流电压表自然只能测量直流电压,欲需测量交流电压必须增加AC/DC 转换电路,一般的交流电压表为降低成本和简化电路,均使用简易的平均值响应交流/直流转换器。
常用的平均值响应AC/DC转换器是运算放大器和二极管组成的半波(或全波)线性整流电路,这种电路具有线性度好、准确度高、电路简单、成本低廉等优点。
但是这种电路是按照正弦波平均值与有效值的关系(V RMS=1.111V p)来定义的,因此这类电表只能测量正弦波电压。
平均值AC/DC转换的电压表智能测量无失真的正弦波电压,对于正弦波失真的交流电压,这类电表测量就会引起误差,更不能测量方波、矩形波、三角波、锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波,利用真有效值数字仪表可准确测量各种波形的有效值,满足现代电子测量之需要。
二.真有效值数字仪表的基本原理:所谓真有效值即为“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u2=10mV—100V,这就要求平方器具有相当大的动态范围(10000:1),这样的平方电路误差就可能超过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)的既便于设计电路,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电路。
单片集成电路具有集成度高、功能完善,外围元件少,电路连接简单、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。
有效值转换器AD536A及其应用
有效值转换器AD536A及其应用摘要:AD536A是一种新型集成电路有效值变换器,它具有精度高,可靠性好的特点。
本文着重介绍AD536A 的特点及应用电路。
关键词:AD536A 有效值在电信号测量中,经常要测量电信号的有效值,以往测量有效值的方法如下:1.用峰值变换器通过峰值因数求有效值。
现在使用的普通万用表即采用此方法,此种方法简单易行。
但对于不清楚波峰因子的信号,用此种方法不能得到有效值。
2.热电偶电桥有效值变换器。
市场上的有效值电压表即采用热电偶有效值变换器,热电偶有效值变换器虽然可以实现真有效值变化,但实际制作相当困难。
热电偶难以配对,且过载能力低,造价高。
因而除有效值电压表外,其他电子测量和控制仪器不宜采用热电偶有效值变换器。
3.用模拟运放组成电子式有效值变换器。
用模拟运算放大器分别组成平方器,积分器,开方器即可完成有效值变换,这种有效值变换器的具体实现方案有多种电路形式,但由于模拟运算放大器性能的离散性,所以这种方法实现的有效值变换精度很低。
4.用单片机逐点采样一组数据,求方均根值得其有效值。
这种方法能获得较为精确得有效值,具体实现也比较方便,但对于动态范围比较大的信号采样较难,不能得到精确的有效值。
以上方法不同程度地存在缺点或局限性。
AD536A是真有效值交流/直流转换器,AD536A能计算复杂输入信号的有效值并且给出一个与之等效的直流输出电平,波形的有效值比平均值更有用,因为它和信号的能量有关系,而且随机信号的有效值与它的方差有关。
一.AD536A的主要技术指标:电源电压范围± 3-±18V电源电流 1.2mA输入满刻度值 7V输入阻抗 106Ω输出阻抗 25kΩ测量输出≤0.2%频率稳定输入大于100mV 为450KHZ,输入大于 1V为2MHZ分贝输出 0-60dB二.AD536A的特点:AD536A是一个能实现有效值转换的单片集成电路。
AD536A直接计算任何含有直流和交流成分的复杂输入信号的有效值。
AD536ADJ真有效值交流转换直流IC的研究与应用
真有效值转换应用指南第2版作者:Charles Kitchin、Lew Counts©1986 Analog Devices, Inc. 版权所有。
美国印制。
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规格和价格如有更改,恕不另行通知。
G803a-30-5/86简介本应用指南阐述集成电路真有效值转换器AD536A、AD636和AD637的工作原理,并介绍了这些器件的许多实际应用电路。
这些集成电路具有低成本、低功耗和高(激光调整)精度特性,使得真有效值(RMS)计算成为一项实用、可行的技术,可用来获取波形的功率测量值或标准偏差。
以前,采用模块式、混合式、或分立式器件的真有效值(RMS)转换器不仅成本高,而且相对复杂,往往使“真有效值”成为只能在实验室利用专门仪器得到的稀罕之物。
除具体应用之外,本指南还简要说明了真有效值的数学内涵,并将真有效值方程式的各种实现方法做了比较,例如:热计算、隐式计算、显式计算、以及更常用的“均值”整流值非真有效值检波器。
我们希望这些背景信息有助于消除有关真有效值计算的一些神秘感,帮助设计人员以创新的方式熟练运用ADI公司的真有效值转换器,以及一般意义上的真有效值测量技术。
我们对以下人士给予的支持和帮助表示衷心感谢:以Marie Etcheils为首的ADI公司通信服务艺术部门全体员工(Lea Cook、Joan Costa、Terri Dalton、Wendy Geary、Ernie Lehtonen、Sue Lortie、Cammy O'Brien)对本指南中的图表进行了精心排版处理;Julie Williams 输入并校对了本指南手稿;Andy Wheeler、Eric Janson、Paul Brokaw、Doug Grant仔细审阅了本指南的内容;Chuck Ayres对噪声测量提出了真知灼见;Don Travers和ADS应用小组提供了许多实用建议;以及Rieh Frantz和Jeff Riskin在这项漫长的工作中给予了支持和鼓励。
电网电压波动的分析与抑制
电网电压波动的分析与抑制1.电压波动的定义与限值1.1电压波动的定义电压波动是指电压均方根值一系列相对快速变动或连续改变的现象。
电压波动量化为电压方均根值的两个极值ax U m 和in U m 之差与其额定电压比值的百分值,即%100⨯=∆∆N V UV 。
其变化周期大于工频周期,每秒V ∆的变化大于%2.0者为电压波动,否则视为电压偏差(电压的慢变化)。
在配电系统运行中,这种电压波动现象有可能多次出现,其变化过程是多种多样的,有规则和不规则的,也有随机的。
电压波动的图形和变化过程相同,也是多种多样的,有跳跃形,准稳态形和斜坡形等。
1.2电压允许波动的范围电压波动的限值与考察点的位置、电压等级和电压变动频度有关。
以电网的公共连接点(PCC )为例,对于电压变动频度较低(r ≤1000次/h)或 规 则 的 周 期 性 电 压 波 动,GB12326—2008《电能质量 电压波动和闪变》给出了相应的电压波动限值,如下所示。
表1电压变动限值2. 电压波动的产生原因一个理想供电系统的三相交流电源对称、电压均方根值恒定,并且负荷特性与系统电压水平无关。
这就要求电力用户的负荷分配三相平衡,并以恒定功率汲取电能,同时也要求公共连接点(PCC)的短路容量无穷大,系统的等值电抗为零。
而实际上,这些条件是不可能满足的,供电系统电压每时每刻都发生着变换。
电力系统的电压波动主要是由具有冲击性(快速变动)功率的负荷引起的,例如炼钢电弧炉、轧钢机、电弧焊机等。
特别是电弧炉,国外的有关规定主要是针对电弧炉的。
这些负荷的特点是在生产过程中有功和无功功率随机地或周期性地大幅度变动。
随着工业的发展,这类负荷的功率越来越大,达几万乃至十几万千瓦,因此对电能质量将产生不可忽视的影响。
具体一点可做如下分类:(1)电源引起的电压波动。
用户负荷的剧烈变化,会引起电压波动。
(2)大型电动机起动时引起的电压波动。
工厂供电系统中广泛采用鼠笼型感应电动机和异步起动的同步电动机,它们的起动电流可达到额定电流的4~6倍(3 000 r/min 的感应电动机可能达到其额定电流的9~11倍)。
设计报告-集成运放测试仪
集成运放参数测试仪摘要本系统参照片上系统的设计架构、采用FPGA与stm32相结合的方法,以stm32单片机为进程控制和任务调度核心;FPGA做为外围扩展,内部自建系统总线,地址译码采用全译码方式。
FPGA内部建有DDS控制器,单片机通过系统总线向规定的存储单元中送入正弦表;然后DDS控制器以设定的频率,自动循环扫描,生成高精度,高稳定的5Hz基准测量信号。
扫频信号通过对30MHz 的FPGA系统时钟进行分频和高速DA产生高频率稳定度、幅值稳定度的扫频信号。
放大器参数测量参照GB3442-82标准,信号幅度的测量通过AD536效值芯片转化为直流信号测得。
A/D转换TI 公司的高精度12逐次比较AD TLV2543。
stm32主要实现用户接口界面(键盘扫描、液晶显示、数据打印以及其他服务进程的调度)、AD转换以及测量参数(Vio Iio Kcmr Avd BWG Tr)计算、与上位机通信等方面的功能。
上位机主要实现向下位机发送测量指令、与下位机交换测量数据、以及数据的存储、回放、统计。
abstract:with reference to the system on a chip system design architecture, using the method of combining the FPGA with stm32 stm32 microcontroller as core process control and task scheduling; The FPGA as peripheral expansion, internal self-built system bus, address decoding adopts the whole decoding method. Built inside the FPGA DDS controller, single chip microcomputer to the specified storage unit through the system bus into sine table; Then DDS controller at a set frequency, the automatic cycle scan, generate high precision, high stability of 5 hz measuring signal. Frequency sweep signal by FPGA to 30 MHZ system clock frequency division and external phase-locked loop (FPGA using FLEX10K10 without internal phase-locked loop) multiple frequency, high frequency stability and frequency sweep signal amplitude stability. Amplifier parameters measurement reference GB3442-82 standard, the low frequency signal amplitude measurement take high-speed AD sampling, then digital processing method; The range of the high frequency signal directly measured using integrated RMS conversion chip. A/D conversion of TI company high-precision 12 successive comparative AD TLV2543. Achieve stm32 main user interfaces (keyboard scanning, LCD display, data printing, and other service process scheduling), AD transform and measurement parameters (Vio Iio Kcmr Avd BWG Tr) calculation, and the function of the upper machine communication, etc. PC main implementation down a machine to send instructions, and the lower machine exchange measurement data, and data storage, playback and statistics.关键词:参数测量运算放大器 DDS FPGA stm32数字信号处理一、方案比较设计与论证(一)测量电路模块1、测试信号源部分方案一:利用传统的模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038,可产生三角波、方波、正弦波,通过调整外围元件可以改变输出频率、幅度,但采用模拟器件由于元件分散性太大,即使用单片函数发生器,参数也与外部元件有关,外接电阻电容对参数影响很大,因而产生的频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力差、成本也较高。
AD536ADJ真有效值交流转换直流IC的研究与应用
AD536ADJ真有效值交流转换直流IC的研究与应用首先,我们来了解一下AD536ADJ的基本特性和工作原理。
AD536ADJ是一款基于电荷平衡原理的电压转换器,可以将直流输入信号转换为等效的交流输出信号。
它内部集成了一个内部振荡器和一个电荷积分放大器,可以实现高精度和高稳定性的转换功能。
AD536ADJ的主要特性包括:输入电压范围广,可接受0V至40V的直流输入;输出频率范围宽,可以达到1Hz至100kHz;转换精度高,可达到0.1%;工作温度范围广,可以在-40℃至85℃的环境下正常工作。
在实际应用中,AD536ADJ有着广泛的用途。
首先,它可以用于电源管理领域。
电源管理是指对电源电压进行监测和控制,以提供稳定和可靠的电源输出。
AD536ADJ可以通过将直流电源转换为交流信号,实现对电源电压的实时监测和控制。
在电力系统中,可以将AD536ADJ与其他电源管理器件配合使用,实现对功率因数、电压波形和电源负载的控制。
其次,AD536ADJ还可以应用于工业自动化控制领域。
工业自动化控制是指通过自动化设备和技术,实现对工业生产过程的监控和控制。
AD536ADJ可以作为工业自动化控制系统中的一个重要组成部分,用于检测和控制过程中的直流信号。
例如,在温度控制系统中,AD536ADJ可以将温度传感器的直流信号转换为交流信号,再经过控制器进行处理和控制。
此外,AD536ADJ还可以应用于测量和仪器领域。
在科学实验和工程测量中,常需要将直流信号转换为交流信号进行测量和分析。
AD536ADJ可以实现高精度和高稳定度的直流转交流转换,提供精确的测量结果。
总之,AD536ADJ作为一款高性能的直流转交换电压转换器集成电路,具有广泛的研究和应用价值。
它可以在电源管理、电力系统和工业自动化控制等领域发挥重要作用,实现对直流信号的高精度和高稳定度的转换。
相信随着科技的不断进步,AD536ADJ的研究和应用将会有更加广阔的前景。
文氏电桥陷波的原理
2 文氏电桥陷波的原理由文氏电桥组成的基波抑制电路(陷波器)如图l所示。
电桥的元件参数关系为Rl=2R2,C1=C2=C,R3=R4=R此时,电桥的抑制频率为因为Rl=2R2,对任一频率信号,UAD=Ui/3。
由计算可知:当输入信号频率f=fo 时,UBD=Ui/3,则UAB=0。
此时,电桥处于平衡状态,输出为O。
当输入信号频率f偏离fo时,电桥失去平衡,则有电压输出。
文氏电桥无源滤波器电路的选择特性很差。
实际工作中,需要阻带很窄、选择性很强的陷波器,为此采用文氏电桥组成的有源陷波电路,如图2所示。
此时陷波的频率为l kHz。
Al、A2是电压跟随器组态,均有缓冲隔离作用,具有高输入阻抗和低输出阻抗特性,对选频电路的谐振频率无影响,A1输出的部分电压反馈至A2的同相端,并经A2输出到电桥桥臂。
调节Rp可调节反馈量,从而改变Q值,以达到锐通带选频作用。
若不加正反馈,在l kHz附近二次谐波的特性曲线就会下降,不能进行准确测量。
如果反馈量与频率特性有关,用可变电阻器Rp调整;如果衰减特性已调准,Q值已选定,则Rp可换成固定电阻器。
在Al的反馈回路中加入电阻器R8是为了抵消输入偏流,以减小直流漂移。
C3的作用是抑制尖峰脉冲。
当f=fo时,电桥平衡,Al的输出为0;f偏离fo时,电桥失衡,有输出电压。
因此该电路能抑制基波,使谐波通过。
若取fo=l kHz,C=0.01μF,由R=l/2πfoC来计算R,求得R=15 kΩ。
A1、A2均为集成运算放大器,可选NE5532A型。
高Q值的陷波器选择性好。
但中心频率fo易偏移,会引起较大的测量误差,因此,测量失真度时可采用二级甚至三级串联调谐设计,使之具有中心频率为±1%的衰减带宽。
3 系统模块智能化数控调谐文氏电桥陷波器包括陷波频率调谐文氏电桥、有效值检波器、A/D采样电路和单片机控制电路,如图3所示。
在系统中,一个未知频率的信号输入文氏电桥之后,在某一个频率点进行陷波,通过有效值检波电路对文氏电桥输出的残余信号进行有效值检波;A/D采样电路对检波后产生的直流电压进行采样,转换成数字信号,并且将数据传输到单片机;单片机对此数据进行判断,当采集到的直流电平为最小值时,文氏电桥的谐振中心频率正好是所需的陷波频率(即最接近基频);如果采集到的直流电平不是最小值,那么单片机将控制改变文氏电桥的电阻和电容,使其中心频率接近基频。
AD536(CN)(中文需参看英文图表)
RMS to DC转换AD536A功能:有效值到直流电平装换高精度激光微调技术0.2%最大误差(AD536AX)0.5%最大误差(AD536AJ)宽响应能力:能够计算AC和DC信号的RMS450KHz带宽:Vrms>100mV2MHz带宽:Vrms>1V信号的波峰因数当误差为1%时为7dB输出有60dB范围低功耗:1.2mA静态电流单、双端均可用整体集成电路-55℃ to 125℃(AD536AS)产品描述AD536A是一款RMS到直流转换的整体集成电路,它优于混合式或组合式的电路。
AD536A直接计算输入波形的RMS值,包括AC和DC组件。
有一个波峰因数补偿表,可以使波峰系数达到7的测量值只有1%的误差。
本器件能测量300K 带宽大于100mV的信号,误差在3dB范围内。
AD536A有一项重要的新功能,能够将rms电平转换成dB值输出。
信号rms的对数输出到独立的管脚进行dB转换,其范围有60dB。
利用一个外部的参考电流,用户能够很方便地设置0dB电平,能计算输入的任何0.1到2Vrms波形。
AD536A在晶圆级采用激光校准对输入输出补偿,正负波形平衡,7Vrms满量程精度。
因此,无需外部调整,即可达到额定精度。
输入输出均有完全保护,输入电平可超出供电电平。
输入连接失去供电不会损坏芯片。
输出有短路保护。
AD536A商用产品分两个精度级别(A,K)温度范围(0℃ to 70℃)和另一个超范围级别(S)温度范围-55℃ to 125℃。
AD536AK有最大±2mV±0.2%的读取误差,而AD536AJ和AD536AS有±5mV±0.5%的最大误差。
所有三种都可用14-DIP 或10to100脚金属封装。
AD536AS也有20脚无铅陶瓷封装。
产品特点1、AD536A计算输入的复合AC信号输出等效直流电平。
计算信号的rms值比信号电平均值更有用,因为rms反映了信号的功率,还反映了信号的标准偏差。
ad536a应用范围有哪些?
ad536a 应用范围有哪些?
AD536A 是美国AD 公司推出的真有效值转直
流值的单块集成电路。
它的性能十分优良,可以直接计算输入的任何
复杂波形(包括交、直流成分)的真有效值。
它特有的峰值因数补偿电路,
使其在峰值因数达到7 时测量误差仅为1%。
AD536A 的频带很宽,它可以测量到频率为300kHz、电压值在100mV 以上带有3dB 误差的信号电平。
利用
外部提
供的参考电压,用户能方便设置0dB 电平,使其可以对应于从0.1V
到2V 之间的任何有效值。
AD536A 在商业级应用中有两个精度级(J,K)
可供选择,K 级的最大读数总误差是±2mV±2%,J 级的最大
读数总误差是±5mV±5%。
这两种产品都有DIP214 和TO2100 封装
AD536A 在智能脱扣器中的应用
在低压保护电器中,脱扣器的使用相当广泛,传统的脱扣器都是电磁。
交流输入电压、电流监测电路设计
交流输入电压、电流监测电路设计
引言
电子设备只有在额定电压、电流下才能长期稳定工作,因此需要设计相应的监测、保护电路,防止外部输入电压或者负载出现异常时造成设备损毁。
工频交流电压、电流的大小,通常是利用它的有效值来度量的。
有效值的常用测量方法是先进行整流滤波,得出信号的平均值,然后再采用测量直流信号的方法来检测,最后折算成有效值。
但是由于供电主回路中存在大量的非线性电力、电子设备,如变压器、变频器、电机、UPS、开关电源等,这些设备工作时会产生谐波等干扰。
大型电动设备启动、负载突然变化、局部短路、雷电等异常情况出现时,供电主回路中会出现浪涌。
当这些情况发生时,供电线路上已不是理想的正弦波,采用平均值测量电路将会产生明显的测量误差。
利用真有效值数字测量电路,可以准确、实时地测量各种波形的电压、电流有效值。
下面介绍的监测电路安装于配电箱中,与外围保护电路一起实现对电子设备保护的功能。
真有效值数字测量的基本原理
电流和电压的有效值采集电路原理基本相同,下面以电压真有效值为例进行原理分析。
所谓真有效值亦称真均方根值(TRMS)。
众所周知,交流电压有效值是按下式定义的:
分析式(1)可知,电路对输入电压u 进行平方取平均值开平方运算,就能获得交流电压的有效值。
因这是由有效值定义式求出的,故称之为真有效值。
若将式(1)两边平方,且令,还可以得到真有效值另一表达式URMS=
式(3)中,Avg 表示取平均值。
这表明,对u 依次进行取绝对值平方/除法
取平均值运算,也能得到交流电压有效值。
式(3)比式(2)更具有实用价值。
由于。
AD536A
AD536A推荐给朋友打印全量程交直流⽆档电压表的设计李桂祥,肖⽂杰,邓斌(空军雷达学院湖北武汉430010)在数字三⽤表中,电压的测量通常有交流和直流2种,对某⼀被测电压进⾏测量时,⾸先需对被测电压进⾏交流与直流的判断,然后再按被测电压的⼤⼩切换适当的档位。
如不进⾏交直流切换,测量⽆法进⾏;在档位切换⽅⾯,如⽤⼤档位测⼩电压的⽅式也可进⾏,但将严重影响测量精度。
能否不需要⼈⼯进⾏交直流判断,⼜不需转换档位,设计出⼀种智能的电压表,解决某些场合对交直流电压进⾏⾃动测量的要求。
本⽂应上述要求,设计出⼀种全量程交直流⽆档电压表,该产品已在某军⽤⾃动测试设备中使⽤。
1交直流⾃动量程表测量原理简析图1为交直流⾃动量程表的测量原理框图。
图中K1,K2,K3,K4与K1′,K2′,K3′,K4′为2组电⼦联动四选⼀开关,K1,K2,K3,K4为⼩数点指⽰控制开关。
当K1,K1′闭合时,⼩数点Dian1亮,经1∶1分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰;当K2,K2′闭合时,⼩数点Dian2亮,经1∶10分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰;当K3,K3′闭合时,⼩数点Dian3亮,经1∶100分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰;当K4,K4′闭合时,⼩数点Dian4亮,经1∶1分压的数据和经真有效值电路送⾄表头显⽰;图1中所有电路都是围绕数字表头进⾏的。
所以在分析⾃动量程电压表之前,⾸先了解⼀下数字电压表头的构成。
6135数字表头为3位半表头,5 V 电源供电,电压显⽰范围0.001~1 999 V,电压输⼊范围0~1.999 V。
他有2个被测电压输⼊接⼝,表头上的数字显⽰的是被测电压的毫伏值,如果输⼊为1 100 mV,则对应显⽰1100。
还有代表⼩数点显⽰位置的4根线及1根公共线,当公共点与其中某根线短路时则对应的⼩数点亮。
我们设计电路时充分利⽤了数字表头的上述特点:⼀是将被测电压进⾏精确分压,使进⼊表头的被测电压控制在1.999 V以下;⼆是适时分档,改变⼩数点控制连线,分压电路分了10的⼏次⽅的压,⼩数点对应则移动⼏位,使显⽰电压与被测电压⼀致。
交流输入电压、电流监测电路设计3
交流输入电压、电流监测电路设计引言电子设备只有在额定电压、电流下才能长期稳定工作,因此需要设计相应的监测、保护电路,防止外部输入电压或者负载出现异常时造成设备损毁。
工频交流电压、电流的大小,通常是利用它的有效值来度量的。
有效值的常用测量方法是先进行整流滤波,得出信号的平均值,然后再采用测量直流信号的方法来检测,最后折算成有效值。
但是由于供电主回路中存在大量的非线性电力、电子设备,如变压器、变频器、电机、UPS、开关电源等,这些设备工作时会产生谐波等干扰。
大型电动设备启动、负载突然变化、局部短路、雷电等异常情况出现时,供电主回路中会出现浪涌。
当这些情况发生时,供电线路上已不是理想的正弦波,采用平均值测量电路将会产生明显的测量误差。
利用真有效值数字测量电路,可以准确、实时地测量各种波形的电压、电流有效值。
下面介绍的监测电路安装于配电箱中,与外围保护电路一起实现对电子设备保护的功能。
真有效值数字测量的基本原理电流和电压的有效值采集电路原理基本相同,下面以电压真有效值为例进行原理分析。
所谓真有效值亦称真均方根值(TRMS)。
众所周知,交流电压有效值是按下式定义的:分析式(1)可知,电路对输入电压u进行“平方→取平均值→开平方”运算,就能获得交流电压的有效值。
因这是由有效值定义式求出的,故称之为真有效值。
若将式(1)两边平方,且令,还可以得到真有效值另一表达式URMS=式(3)中,Avg表示取平均值。
这表明,对u依次进行“取绝对值→平方/除法→取平均值”运算,也能得到交流电压有效值。
式(3)比式(2)更具有实用价值。
由于同时完成两步计算,与分步运算相比,运算器的动态范围大为减小,既便于设计电路,又保证了准确度指标。
美国模拟器件公司(ADI)的AD536、AD637、AD737系列单片真有效值/直流转换器,即采用此原理设计而成。
而凌力尔特公司的单片真有效值/直流转换器LT1966、LT1967、LT1968在RMS-DC的转换过程中采用一个∆∑调制器作除法器,一个简单的极性开关作乘法器。
ad536,全面介绍此款集成芯片的特点及使用规范
–VS 4 NC 5 CAV 6 NC 7 dB 8
BUF 9 10
NC NC NC NC COM
AD536A
SQUARER DIVIDER
BUF BUF NC IOUT RL OUT IN NC = NO CONNECT
PRODUCT HIGHLIGHTS
1. The AD536A computes the true root-mean-square level of a complex ac (or ac plus dc) input signal and gives an equivalent dc output level. The true rms value of a waveform is a more useful quantity than the average rectified value since it relates directly to the power of the signal. The rms value of a statistical signal also relates to its standard deviation. 2. The crest factor of a waveform is the ratio of the peak signal swing to the rms value. The crest factor compensation scheme of the AD536A allows measurement of highly complex signals with wide dynamic range. 3. The only external component required to perform measurements to the fully specified accuracy is the capacitor which sets the averaging period. The value of this capacitor determines the low frequency ac accuracy, ripple level and settling time. 4. The AD536A will operate equally well from split supplies or a single supply with total supply levels from 5 to 36 volts. The one milliampere quiescent supply current makes the device well-suited for a wide variety of remote controllers and battery powered instruments. 5. The AD536A directly replaces the AD536 and provides improved bandwidth and temperature drift specifications.
详解ADI产品命名规则
详解ADI产品命名规则【详解ADI产品命名规则】(一)AD公司标准单片及混合集成电路产品型号编码型号编码:AD XXXX A Y ZAD公司产品前缀AD为标准编码;其它如: ADG一模拟开关或多路器ADSP一数字信号处理器DSPADV一视频产品 VIDEOADM一接口或监控R电源产品ADP一电源产品不尽详述,但标准产品一般以AD开头(AD)封装选择信息B,款形格栅阵列BGA(塑封) RJ,J引脚小尺寸BC,芯片级球形格栅阵列RM,μSOIC(微型SOIC)BP,温度增强型球形格栅阵列 RN,小尺寸(0.15 英寸,厚2mm) C,晶片/DIE RP,小尺寸(PSOP)D,边或底铜焊陶瓷CDIP RQ,SOIC(宽0.025英寸,厚2mm) E,陶瓷无引线芯片载体LLCC RS,紧缩型小尺寸(SSOP)F,陶瓷扁平到装FP(l或2边) RT,SOT,23或SOI,143G,多层陶瓷PGA RU,细小型TSSOPH,圆金属壳封装 RW-小尺寸(宽0.025英寸,厚2MM)J-J引脚陶瓷芯片载体 S-公制塑料四方扁平封装(MQFP)M-金属矩形封装DIP SP-MPQFPN-塑料,环氧树脂 DIP SQ-薄QFP,highPOwer(厚1.4MM) ND-塑料 PDIP ST-薄QFP(LQFP)(厚1.4MM)P-塑料带引线芯片载体 SU-极薄QFP(LQFP)(厚1.4MM) PP-塑料带引线芯片载体 T-To,92晶体管封装Q-陶瓷 CDIP V-表面安装带至脚 MOLY TABQC-CERPACK VR-表面安装带至脚 MOLY TABR-小外行封装(宽或窄SOIC) Y-单列直插封装SIPRB-带散热片SOIC YS-带引脚SIPa(Z)3-5位阿拉伯数字(XXXX)1或个字母,提供一般附加信息A-第二代产品 DI-电介质隔离Z-?12V工作电压 L-低功耗(A)温度范围*0?,+70?:I、J、K、L、M特性依次递增,,性能最忧。
毕业论文12864多功能数字钟
毕业论文12864多功能数字钟题目:多功能数字钟摘要此多功能数字钟系统以89C55单片机作为控制核心,其外围电路包括时钟闹钟模块、温度测量模块、交流电电压测量及过欠压报警模块、交流电频率测量模块。
其中使用串行时钟芯片PCF8563,实现时间的显示设置和闹钟功能。
通过温度传感器AD590、 AC-DC转换芯片AD536及模数转换芯片ICL7135实现温度和交流电压的测量。
利用波形转换电路和单片机内部定时器测量交流电的频率。
利用光电开关实现非接触关闭闹钟功能。
本系统很好的完成了题目要求的基本及发挥要求,并进行了进一步的扩展。
关键词:89C55单片机 AD536 ICL7135目录1、引言 (3)2、方案论证与比较 (3)3、系统原理框图 (3)4、主要电路设计与计算..................................................................4 4.1基本功能部分 (4)4.2温度测量部分 (8)4.3交流电特性测量部分..................................................................11 5、系统软件工作流程图 (14)5.1软件说明 (14)5.2系统软件流程图 (14)6、系统性能测试与分析 (15)6.1测试仪器 (15)6.2测试方法与数据 (15)6.3时钟及闹钟功能测试 (15)6.4温度测试 (15)6.5交流电电压测试及过欠压报警 (15)6.6交流电频率测试 (16)7、误差分析 (17)结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)1、引言本题目的是设计一个数字时钟,要求具有24小时时间、闹钟设置并具有闹铃功能。
同时要求有对环境温度及供电电源特性进行测量的扩展功能。
我们提出了以下几种方案:2、方案论证与比较1)方案一这是一种纯硬件电路系统。
各功能采用分离的硬件电路模块实现。
AD536A中文版
一般说明该AD536A是一个完整的单片集成电路执行的真有效值直流转换。
它提供了性能相当或优于混合或模块化的单位成本更多。
AD536A直接计算的真有效值的价值任何复杂的输入波形的交流和直流分量。
一个波峰因数补偿方案允许测量1%在波峰因数达7误差。
该装置的宽的带宽扩展的测量能力为300 kHz,小于3 dB信号电平大于100 m V的误差AD536A的一个重要特征,以前没有的在均方根转换器,是一种辅助dB输出引脚。
的对数均方根输出信号的带出了一个单独的引脚允许数据库的转换,一个有用的60分贝的动态范围。
使用外部提供的参考电流,0级可以方便地设置对应从0.1 V到任何输入电平2 V RMS。
该AD536A是激光微调以减少输入和输出偏移电压,优化正负波形对称(直流换向误差),并在7 V RMS提供全面的精度。
作为一个结果,没有外部的装饰必须达到额定的单元精度。
输入和输出引脚的充分保护。
输入电路可以远远超过供应水平过载电压。
损失与输入连接到外部电路的电源电压是不会导致设备失败。
输出短路保护。
该AD536A在两个精度等级是可用的(J,K)的商业温度范围(0°C 70°C)的应用程序,和一级(S)的额定为55−°C + 125°C扩展范围。
该ad536ak提供±2 MV±0.2%最大总误差阅读,而ad536aj和ad536as最大5 mV的±±0.5%读数误差。
所有三个版本可用在一个密封的14引脚DIP或10针至100金属头包。
该ad536as也有20的终端无引线密封的陶瓷芯片载体。
该AD536A计算的真实的根均方的水平复杂的交流(或交流加直流)输入信号,提供了一个等效的直流输出电平。
波形的真有效值是一个更有用的量比平均整流值,因为它涉及信号功率直接。
一个统计的均方根值信号也涉及其标准偏差。
一个外部电容需要进行测量的完全指定的精度。
第三章 CCR
第三章CCR---92B型调光器电路原理CCR—92型调光系统总体结构仍然按照民航总局要求采取的“两主一备”方式,即两台主机、一台备用调光器。
同时又增加了一台主控机。
系统组成如图所示:我们将在第三章、第四章分别介绍CCR—92B型调光器和CCR—92M型主控机。
第一节CCR---92B型调光器的总体结构图 3.1是CCR---92B型调光器的总体结构方框图。
从图中可以看到,CCR---92B型调光器主要由以下几个部分组成。
a.主回路b.主板(A板)c.触发电路板(B板)d.一体化电源e.取样变压器主回路的工作原理在第一章中做了介绍。
第二章详细分析了可控硅的工作原理及各种性能参数。
在本章的以下各节中,我们将分别介绍两块主要电路板的构成、原理及调试方法。
图3.1 CCR---92B型调光器总体结构方框图第二节电路的原理与调试3.2.1 A、B板的电路组成由图3.1可见,两块板是由以下几个部分组成的。
a.电流取样调整电路b.电压取样调整电路(A、B板各一部分)c.过零点取样调整电路d.脉冲形成电路(A、B板各一部分)e.A/D转换电路f.单片机系统g.键盘管理与显示电路A板的A/D转换、过零点检测和B板是将微机系统与强电回路联系起来的中间环节,其作用是根据微机系统发出的控制信号执行对可控硅的控制操作,同时将主回路的状态信息进行处理,输送给微机。
3.2.2 A、B板的原理3.2.2.1 电流取样调整电路电流取样信号通过电流互感器取自升压变压器次级,反映了灯光回路电流的变化,是进行恒流控制的主要参数。
在主板上,电流取样调整电路的作用是将取得的电流反馈信号变换成计算机宜于处理的直流信号,同时设置了增益调整电路,用于数字电流表的校正。
电流取样调整电路的方框图请参见图3.1。
a.有效值转换电路有效值转换电路是将输入的电流取样信号的交流波形转换成其有效值直流电平信号。
转换后的有效值直流信号与灯光回路中的电流成线性等比关系。
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REV. BInformation furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties which may result from its use. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices.aAD536AOne Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.Tel: 781/329-4700World Wide Web Site: Fax: 781/326-8703© Analog Devices, Inc., 1999Integrated Circuit True RMS-to-DC ConverterFEATURESTrue RMS-to-DC ConversionLaser-Trimmed to High Accuracy 0.2% Max Error (AD536AK)0.5% Max Error (AD536AJ)Wide Response Capability:Computes RMS of AC and DC Signals 450 kHz Bandwidth: V rms > 100 mV 2 MHz Bandwidth: V rms > 1 VSignal Crest Factor of 7 for 1% Error dB Output with 60 dB RangeLow Power: 1.2 mA Quiescent Current Single or Dual Supply Operation Monolithic Integrated Circuit–55؇C to +125؇C Operation (AD536AS)PRODUCT DESCRIPTIONThe AD536A is a complete monolithic integrated circuit which performs true rms-to-dc conversion. It offers performance which is comparable or superior to that of hybrid or modular units costing much more. The AD536A directly computes the true rms value of any complex input waveform containing ac and dc components. It has a crest factor compensation scheme which allows measurements with 1% error at crest factors up to 7. The wide bandwidth of the device extends the measurement capabi-lity to 300 kHz with 3 dB error for signal levels above 100 mV.An important feature of the AD536A not previously available in rms converters is an auxiliary dB output. The logarithm of the rms output signal is brought out to a separate pin to allow the dB conversion, with a useful dynamic range of 60 dB. Using an externally supplied reference current, the 0 dB level can be con-veniently set by the user to correspond to any input level from 0.1 to 2 volts rms.The AD536A is laser trimmed at the wafer level for input and output offset, positive and negative waveform symmetry (dc re-versal error), and full-scale accuracy at 7 V rms. As a result, no external trims are required to achieve the rated unit accuracy.There is full protection for both inputs and outputs. The input circuitry can take overload voltages well beyond the supply lev-els. Loss of supply voltage with inputs connected will not cause unit failure. The output is short-circuit protected.The AD536A is available in two accuracy grades (J, K) for com-mercial temperature range (0°C to +70°C) applications, and one grade (S) rated for the –55°C to +125°C extended range. The AD536AK offers a maximum total error of ±2 mV ±0.2% of reading, and the AD536AJ and AD536AS have maximum errors of ±5 mV ±0.5% of reading. All three versions are available in either a hermetically sealed 14-lead DIP or 10-pin TO-100metal can. The AD536AS is also available in a 20-leadless her-metically sealed ceramic chip carrier.PRODUCT HIGHLIGHTS1.The AD536A computes the true root-mean-square level of a complex ac (or ac plus dc) input signal and gives an equiva-lent dc output level. The true rms value of a waveform is a more useful quantity than the average rectified value since it relates directly to the power of the signal. The rms value of a statistical signal also relates to its standard deviation.2.The crest factor of a waveform is the ratio of the peak signal swing to the rms value. The crest factor compensation scheme of the AD536A allows measurement of highly com-plex signals with wide dynamic range.3.The only external component required to perform measure-ments to the fully specified accuracy is the capacitor which sets the averaging period. The value of this capacitor determines the low frequency ac accuracy, ripple level and settling time.4.The AD536A will operate equally well from split supplies or a single supply with total supply levels from 5 to 36 volts.The one milliampere quiescent supply current makes the device well-suited for a wide variety of remote controllers and battery powered instruments.5.The AD536A directly replaces the AD536 and provides im-proved bandwidth and temperature drift specifications.PIN CONFIGURATIONS AND FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAMSLCC (E-20A) PackageC AV NC NC COML OUT NC = NO CONNECT–V S OUT INNC NC NC TO-116 (D-14) andQ-14 PackageV –VC BUF INS L OUTTO-100 (H-10A)Package +V I SAD536A–SPECIFICATIONSModel AD536AJ AD536AK AD536ASMin Typ Max Min Typ Max Min Typ Max UnitsTRANSFER FUNCTIONVOUT =avg.(VIN)2VOUT=avg.(VIN)2V OUT=avg.(V IN)2CONVERSION ACCURACYTotal Error, Internal Trim1 (Figure 1)؎5 ؎0.5؎2 ؎0.2؎5 ؎0.5mV ± % of Reading vs. Temperature, T MIN to +70°C±0.1 ±0.01±0.05 ±0.005؎0.1 ؎0.005mV ± % of Reading/°C +70°C to +125°C؎0.3 ؎0.005mV ± % of Reading/°C vs. Supply Voltage±0.1 ±0.01±0.1 ±0.01±0.1 ±0.01mV ± % of Reading/V dc Reversal Error±0.2±0.1±0.2± % of Reading Total Error, External Trim1 (Figure 2)±3 ±0.3±2 ±0.1±3 ±0.3mV ± % of Reading ERROR VS. CREST FACTOR2Crest Factor 1 to 2 Specified Accuracy Specified Accuracy Specified AccuracyCrest Factor = 3–0.1–0.1–0.1% of Reading Crest Factor = 7–1.0–1.0–1.0% of Reading FREQUENCY RESPONSE3Bandwidth for 1% Additional Error (0.09 dB)V IN = 10 mV555kHzV IN = 100 mV454545kHzV IN = 1 V120120120kHz ±3 dB BandwidthV IN = 10 mV909090kHzV IN = 100 mV450450450kHzV IN = 1 V 2.3 2.3 2.3MHzAVERAGlNG TlME CONSTANT (Figure 5)252525ms/µF CAVINPUT CHARACTERISTICSSignal Range, ±15 V SuppliesContinuous rms Level0 to 70 to 70 to 7V rmsPeak Transient Input±20±20±20V peakContinuous rms Level, ±5 V Supplies0 to 20 to 20 to 2V rmsPeak Transient Input, ±5 V Supplies±7±7±7V peak Maximum Continuous NondestructiveInput Level (All Supply Voltages)±25±25±25V peak Input Resistance13.3316.672013.3316.672013.3316.6720kΩInput Offset Voltage0.8±20.5±10.8±2mVOUTPUT CHARACTERISTICSOffset Voltage, V IN = COM (Figure 1)±1±2±0.5±1؎2mV vs. Temperature±0.1±0.1؎0.2mV/°Cvs. Supply Voltage±0.1±0.1±0.2mV/V Voltage Swing, ±15 V Supplies0 to +11+12.50 to +11+12.50 to +11+12.5V±5 V Supply0 to +20 to +20 to +2VdB OUTPUT (Figure 13)Error, V lN 7 mV to 7 V rms, 0 dB = 1 V rms±0.4؎0.6±0.2؎0.3±0.5؎0.6dBScale Factor–3–3–3mV/dB Scale Factor TC (Uncompensated, see Fig-ure 1 for Temperature Compensation)–0.033–0.033–0.033dB/°C+0.33+0.33+0.33% of Reading/°CI REF for 0 dB = 1 V rms520805208052080µAI REF Range110011001100µAI OUT TERMINALI OUT Scale Factor404040µA/V rmsI OUT Scale Factor Tolerance±10±20±10±20±10±20%Output Resistance202530202530202530kΩVoltage Compliance–V S to (+V S–V S to (+V S–V S to (+V S–2.5 V)–2.5 V)–2.5 V)VBUFFER AMPLIFIERInput and Output Voltage Range–V S to (+V S–V S to (+V S–V S to (+V S V–2.5 V)–2.5 V)–2.5 V)Input Offset Voltage, R S = 25 k±0.5؎4±0.5؎4±0.5؎4mVInput Bias Current206020602060nAInput Resistance108108108ΩOutput Current(+5 mA,(+5 mA,(+5 mA,–130 µA)–130 µA)–130 µA)Short Circuit Current202020mAOutput Resistance0.50.50.5ΩSmall Signal Bandwidth111MHzSlew Rate4555V/µsPOWER SUPPLYVoltage Rated Performance±15±15±15V Dual Supply±3.0±18±3.0±18±3.0±18VSingle Supply+5+36+5+36+5+36V Quiescent CurrentTotal V S, 5 V to 36 V, T MIN to T MAX 1.22 1.22 1.22mA TEMPERATURE RANGERated Performance0+700+70–55+125°CStorage–55+150–55+150–55+150°CNUMBER OF TRANSISTORS656565NOTES1Accuracy is specified for 0 V to 7 V rms, dc or 1 kHz sine wave input with the AD536A connected as in the figure referenced.2Error vs. crest factor is specified as an additional error for 1 V rms rectangular pulse input, pulsewidth = 200 µs.3Input voltages are expressed in volts rms, and error is percent of reading.4With 2k external pull-down resistor.Specifications subject to change without notice.Specifications shown in boldface are tested on all production units at final electrical test. Results from those tests are used to calculate outgoing quality levels. All min and max specifications are guaranteed, although only those shown in boldface are tested on all production units.(@ +25؇C, and ؎15V dc unless otherwise noted)REV. B–2–REV. B AD536A–3–ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 1Supply VoltageDual Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .±18 V Single Supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .+36 V Internal Power Dissipation 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .500 mW Maximum Input Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .±25 V Peak Buffer Maximum Input Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .±V S Maximum Input Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .±25 V Peak Storage Temperature Range . . . . . . . . . . . .–55°C to +150°C Operating Temperature RangeAD536AJ/K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0°C to +70°C AD536AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .–55°C to +125°C Lead Temperature Range(Soldering 60 sec) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .+300°C ESD Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1000 VNOTES 1Stresses above those listed under Absolute Maximum Ratings may cause perma-nent damage to the device. This is a stress rating only; functional operation of the device at these or any other conditions above those indicated in the operational section of this specification is not implied. Exposure to absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.210-Pin Header:θJA = 150°C/W; 20-Leadless LCC: θJA = 95°C/W; 14-Lead Size Brazed Ceramic DIP: θJA = 95°C/W.CHIP DIMENSIONS AND PAD LAYOUTDimensions shown in inches and (mm).Temperature Package Package ModelRangeDescriptionOption AD536AJD 0°C to +70°C Side Brazed Ceramic DIP D-14AD536AKD 0°C to +70°C Side Brazed Ceramic DIP D-14AD536AJH 0°C to +70°C Header H-10A AD536AKH 0°C to +70°C Header H-10A AD536AJQ 0°C to +70°C Cerdip Q-14AD536AKQ 0°C to +70°C CerdipQ-14AD536ASD–55°C to +125°C Side Brazed Ceramic DIP D-14AD536ASD/883B –55°C to +125°C Side Brazed Ceramic DIP D-14AD536ASE/883B –55°C to +125°C LCC E-20A AD536ASH–55°C to +125°C Header H-10A AD536ASH/883B –55°C to +125°C Header H-10A AD536AJCHIPS 0°C to +70°C Die AD536AKH/+0°C to +70°C Header H-10A AD536ASCHIPS –55°C to +125°C Die 5962-89805012A –55°C to +125°C LCCE-20A 5962-8980501CA –55°C to +125°C Side Brazed Ceramic DIP D-145962-8980501IA–55°C to +125°CHeaderH-10ASTANDARD CONNECTIONThe AD536A is simple to connect for the majority of high accu-racy rms measurements, requiring only an external capacitor to set the averaging time constant. The standard connection is shown in Figure 1. In this configuration, the AD536A will mea-sure the rms of the ac and dc level present at the input, but will show an error for low frequency inputs as a function of the filter capacitor, C AV , as shown in Figure 5. Thus, if a 4 µF capacitor is used, the additional average error at 10 Hz will be 0.1%, at 3 Hz it will be 1%. The accuracy at higher frequencies will be according to specification. If it is desired to reject the dc input, a capacitor is added in series with the input, as shown in Figure 3,the capacitor must be nonpolar. If the AD536A is driven with power supplies with a considerable amount of high frequency ripple, it is advisable to bypass both supplies to ground with 0.1 µF ceramic discs as near the device as possible.+V V OUTV IN–V CSV –V Figure 1.Standard RMS ConnectionREV. BAD536A–4–The input and output signal ranges are a function of the supply voltages; these ranges are shown in Figure 14. The AD536A can also be used in an unbuffered voltage output mode by discon-necting the input to the buffer. The output then appears unbuf-fered across the 25 k Ω resistor. The buffer amplifier can then be used for other purposes. Further the AD536A can be used in a current output mode by disconnecting the 25 k Ω resistor from ground. The output current is available at Pin 8 (Pin 10 on the “H ” package) with a nominal scale of 40 µA per volt rms input positive out.OPTIONAL EXTERNAL TRIMS FOR HIGH ACCURACYIf it is desired to improve the accuracy of the AD536A, the external trims shown in Figure 2 can be added. R4 is used to trim the offset. Note that the offset trim circuit adds 365 Ω in series with the internal 25 k Ω resistor. This will cause a 1.5%increase in scale factor, which is trimmed out by using R1 as shown. Range of scale factor adjustment is ±1.5%.The trimming procedure is as follows:1.Ground the input signal, V IN , and adjust R4 to give zero volts output from Pin 6. Alternatively, R4 can be adjusted to give the correct output with the lowest expected value of V IN .2.Connect the desired full scale input level to V IN , either dc or a calibrated ac signal (1 kHz is the optimum frequency);then trim R1, to give the correct output from Pin 6, i.e.,1000 V dc input should give 1.000 V dc output. Of course, a ±1.000 V peak-to-peak sine wave should give a 0.707 V dc output. The remaining errors, as given in the specifications are due to the nonlinearity.The major advantage of external trimming is to optimize device performance for a reduced signal range; the AD536A is inter-nally trimmed for a 7 V rms full-scale range.Figure 2.Optional External Gain and Output Offset Trims SINGLE SUPPLY CONNECTIONThe applications in Figures l and 2 require the use of approxi-mately symmetrical dual supplies. The AD536A can also be used with only a single positive supply down to +5 volts, as shown in Figure 3. The major limitation of this connection is that only ac signals can be measured since the differential input stage must be biased off ground for proper operation. This biasing is done at Pin 10; thus it is critical that no extraneous signals be coupled into this point. Biasing can be accomplishedby using a resistive divider between +V S and ground. The values of the resistors can be increased in the interest of lowered power consumption, since only 5 mA of current flows into Pin 10(Pin 2 on the “H ” package). AC input coupling requires only capacitor C2 as shown; a dc return is not necessary as it is provided internally. C2 is selected for the proper low frequency break point with the input resistance of 16.7 k Ω; for a cutoff at 10 Hz, C2 should be 1 µF. The signal ranges in this connection are slightly more restricted than in the dual supply connection.The input and output signal ranges are shown in Figure 14. The load resistor, R L , is necessary to provide output sink current.C2Figure 3.Single Supply ConnectionCHOOSING THE AVERAGING TIME CONSTANTThe AD536A will compute the rms of both ac and dc signals.If the input is a slowly-varying dc signal, the output of the AD536A will track the input exactly. At higher frequencies, the average output of the AD536A will approach the rms value of the input signal. The actual output of the AD536A will differ from the ideal output by a dc (or average) error and someamount of ripple, as demonstrated in Figure 4.Figure 4.Typical Output Waveform for Sinusoidal InputThe dc error is dependent on the input signal frequency and the value of C AV . Figure 5 can be used to determine the minimum value of C AV which will yield a given percent dc error above a given frequency using the standard rms connection.The ac component of the output signal is the ripple. There are two ways to reduce the ripple. The first method involves using a large value of C AV . Since the ripple is inversely proportional to C AV , a tenfold increase in this capacitance will affect a tenfold reduction in ripple. When measuring waveforms with high crestREV. B AD536A–5–factors, (such as low duty cycle pulse trains), the averaging time constant should be at least ten times the signal period. For example, a 100 Hz pulse rate requires a 100 ms time constant,which corresponds to a 4 µF capacitor (time constant = 25 ms per µF).The primary disadvantage in using a large C AV to remove ripple is that the settling time for a step change in input level is in-creased proportionately. Figure 5 shows that the relationship between C AV and 1% settling time is 115 milliseconds for each microfarad of C AV . The settling time is twice as great for de-creasing signals as for increasing signals (the values in Figure 5are for decreasing signals). Settling time also increases for lowsignal levels, as shown in Figure 6.Figure 5.Error/Settling Time Graph for Use with the Stan-dard rms Connection in Figure 1Figure 6.Settling Time vs. Input LevelA better method for reducing output ripple is the use of a“post-filter.” Figure 7 shows a suggested circuit. If a single-pole filter is used (C3 removed, R X shorted), and C2 is approximately twice the value of C AV , the ripple is reduced as shown in Figure 8 and settling time is increased. For example, with C AV = 1 µF and C2 = 2.2 µF, the ripple for a 60 Hz input is reduced from 10% of reading to approximately 0.3% of reading. The settling time, however, is increased by approximately a factor of 3. The values of C AV and C2, can, therefore, be reduced to permit faster settling times while still providing substantial ripple reduction.The two-pole post-filter uses an active filter stage to provide even greater ripple reduction without substantially increasing the settling times over a circuit with a one-pole filter. The values of C AV , C2, and C3 can then be reduced to allow extremely fast settling times for a constant amount of ripple. Caution should be exercised in choosing the value of C AV , since the dc error is dependent upon this value and is independent of the post filter.For a more detailed explanation of these topics refer to the RMS to DC Conversion Application Guide 2nd Edition, available from Analog Devices.C2C3C3Figure 7.2-Pole “Post ”FilterFigure 8.Performance Features of Various Filter Types AD536A PRINCIPLE OF OPERATIONThe AD536A embodies an implicit solution of the rms equation that overcomes the dynamic range as well as other limitations inherent in a straightforward computation of rms. The actual computation performed by the AD536A follows the equation:V rms =Avg .V IN 2V rmsREV. BAD536A–6–Figure 9 is a simplified schematic of the AD536A; it is subdi-vided into four major sections: absolute value circuit (active rectifier), squarer/divider, current mirror, and buffer amplifier.The input voltage, V IN , which can be ac or dc, is converted to a unipolar current I 1, by the active rectifier A 1, A 2. I 1 drives one input of the squarer/divider, which has the transfer function:I 4=I 12/I 3The output current, I 4, of the squarer/divider drives the currentmirror through a low-pass filter formed by R1 and the externally connected capacitor, C AV . If the R1, C AV time constant is much greater than the longest period of the input signal, then I 4 is effectively averaged. The current mirror returns a current I 3,which equals Avg. [I 4], back to the squarer/divider to complete the implicit rms computation. Thus:I 4=Avg .I 12/I 4[]=I 1rmsFigure 9.Simplified SchematicThe current mirror also produces the output current, I OUT,which equals 2I 4. I OUT can be used directly or converted to a voltage with R2 and buffered by A4 to provide a low impedance voltage output. The transfer function of the AD536A thus results:V OUT =2R2I rms =V IN rms The dB output is derived from the emitter of Q3, since the voltage at this point is proportional to –log V IN . Emitter fol-lower, Q5, buffers and level shifts this voltage, so that the dB output voltage is zero when the externally supplied emitter current (I REF ) to Q5 approximates I 3.CONNECTIONS FOR dB OPERATIONA powerful feature added to the AD536A is the logarithmic or decibel output. The internal circuit computing dB works accu-rately over a 60 dB range. The connections for dB measure-ments are shown in Figure 10. The user selects the 0 dB level by adjusting R1, for the proper 0 dB reference current (which is set to exactly cancel the log output current from the squarer-divider at the desired 0 dB point). The external op amp is used to pro-vide a more convenient scale and to allow compensation of the +0.33%/°C scale factor drift of the dB output pin. The special T.C. resistor, R2, is available from Tel Labs in Londonderry,N.H. (model Q-81) or from Precision Resistor Inc., Hillside,N.J. (model PT146). The averaged temperature coefficients of resistors R2 and R3 develop the +3300 ppm needed to reverse compensate the dB output. The linear rms output is available at Pin 8 on DIP or Pin 10 on header device with an output imped-ance of 25 k Ω; thus some applications may require an additional buffer amplifier if this output is desired.dB Calibration:1. Set V IN = 1.00 V dc or 1.00 V rms2. Adjust R1 for dB out = 0.00 V3. Set V IN = +0.1 V dc or 0.10 V rms4. Adjust R5 for dB out = –2.00 VAny other desired 0 dB reference level can be used by setting V IN and adjusting R1, accordingly. Note that adjusting R5 for the proper gain automatically gives the correct temperaturecompensation.Figure 10.dB ConnectionREV. B AD536A–7–FREQUENCY RESPONSEThe AD536A utilizes a logarithmic circuit in performing the implicit rms computation. As with any log circuit, bandwidth is proportional to signal level. The solid lines in the graph below represent the frequency response of the AD536A at input levels from 10 millivolts to 7 volts rms. The dashed lines indicate the upper frequency limits for 1%, 10%, and 3 dB of reading addi-tional error. For example, note that a 1 volt rms signal will pro-duce less than 1% of reading additional error up to 120 kHz. A 10 millivolt signal can be measured with 1% of reading addi-tional error (100 µV) up to only 5 kHz.Figure 11.High Frequency ResponseAC MEASUREMENT ACCURACY AND CREST FACTORCrest factor is often overlooked in determining the accuracy of an ac measurement. Crest factor is defined as the ratio of the peak signal amplitude to the rms value of the signal (CF = V P /V rms). Most common waveforms, such as sine and triangle waves, have relatively low crest factors (<2). Waveforms which resemble low duty cycle pulse trains, such as those occurring in switching power supplies and SCR circuits, have high crest factors. For example, a rectangular pulse train with a 1% duty cycle has a crest factor of 10 (CF = 1η).Figure 12 is a curve of reading error for the AD536A for a 1 volt rms input signal with crest factors from 1 to 11. A rectangular pulse train (pulsewidth 100 µs) was used for this test since it is the worst-case waveform for rms measurement (all the energy is contained in the peaks). The duty cycle and peak amplitude were varied to produce crest factors from 1 to 11 while main-taining a constant 1 volt rms input amplitude.Figure 12.Error vs. Crest FactorFigure 13.AD536A Error vs. Pulsewidth Rectangular PulseFigure 14.AD536A Input and Output Voltage Ranges vs. SupplyREV. BAD536A–8–OUTLINE DIMENSIONSDimensions shown in inches and (mm).C 502e –0–6/99P R I N T E D I N U .S .A .D-14 PackageTO-116E-20A PackageLCCH-10A PackageTO-100。