真有效值簡(jiǎn)介

　　真有效值即為“真正有效值”之意,，英文縮寫為“TRMS”，有的文獻(xiàn)也稱為真均方根值,。

　　我們先回憶一下交流電壓的有效值的表達(dá)式,，它的定義如下：

　　我們對(duì)式（1）進(jìn)行變換，兩邊平方,，并令,；就得到真有效值電壓的另一種表達(dá)式：

　　從（3）式即得，對(duì)輸入電壓依次進(jìn)行“取絕對(duì)值→平方/除法→取平均值”運(yùn)算,，也能得到交流電壓的有效值,，而且這公式更有使用價(jià)值。舉例說(shuō)明：假如要測(cè)量一電壓變化范圍是0.1V-10V,，平方后u=10mV—100V,，這就要求平方器具有相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍（10000：1），這樣的平方電路誤差就可能超過(guò)1mV,，要平方器能輸出100V的電壓,，技術(shù)上是難以實(shí)現(xiàn)的。如果使用式（3）的既便于設(shè)計(jì)電路,，也能保證了準(zhǔn)確度,。因此，目前大多數(shù)的集成單片真有效值/直流轉(zhuǎn)換器均采用式（3）的原理而設(shè)計(jì),。

　　真有效值儀表的的核心器件是TRMS/DC轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在市場(chǎng)上這類單片的集成芯片很多，真有效值儀表普遍使用了這類集成電路,。單片集成電路具有集成度高,、功能完善，外圍元件少,，電路連接簡(jiǎn)單,、電性能指標(biāo)容易保證等諸多優(yōu)點(diǎn)，這類芯片能準(zhǔn)確,、實(shí)時(shí)測(cè)量各種電壓波形的有效值,，無(wú)須考慮波形參數(shù)和失真，這些性能是平均值儀表無(wú)法比擬的,。

　　真有效值ac-dc芯片_LTC1966

　　LTC1966工作原理

　　LTC1966是美國(guó)凌特公司（LT）于2002年最新推出的真有效值RMS/DC轉(zhuǎn)換器，與其他RMS/DC產(chǎn)品相比較,，它在完成乘法／除法運(yùn)算時(shí),，未采用通常的對(duì)數(shù)-反對(duì)數(shù)的計(jì)算方法,，而是采用了全新的D-S計(jì)算技術(shù)。LTC1966具有簡(jiǎn)單電路接法（只有一個(gè)外接平均CAVE）,、靈活的輸入／輸出結(jié)構(gòu)（差分或單端）,、靈活的供電方式（2.7V~5.5V單電源，最大范圍為±5.5V雙電源）,、高準(zhǔn)確度（50Hz~1kHz的誤差只有0.25%）,、良好的線性（小于0.02%）、很寬的動(dòng)態(tài)電流范圍,、易于校準(zhǔn)等特性,。

　　LTC1966采用MSOP-8封裝，管腳排列及內(nèi)部框圖如圖1所示,，各引腳功能如下： GND—地;

　　UIN1,、UIN2—差分輸入端1和2;

　　USS—負(fù)電源端，對(duì)地接-5.5V電源或直接接地;

　　UOUT—電壓輸出端,。RMS平均值是通過(guò)此引腳與COM引腳之間的平均值電容CAVE來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換,。

　　COM—輸出電壓返回端。輸出電壓的產(chǎn)生和該引腳的電壓有關(guān),。一般COM端接地,，在AC+DC輸入情況下，UOUT與COM引腳之間不平衡,，該引腳應(yīng)對(duì)地接一小電阻; UDD—正電源端,。電壓范圍為2.7V~5.5V; EN—使能控制端，低電平有效,。

　　LTC1966內(nèi)部主要包括4部分電路：D-S調(diào)制器,、極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、低通濾波器（LPF）和關(guān)斷控制電路,。另外還包括基準(zhǔn)電壓源,、電流源、二極管保護(hù)電路等,。其中D-S調(diào)制器由二階積分器與求和電路構(gòu)成,，用來(lái)完成除法運(yùn)算（相當(dāng)于除法器），它產(chǎn)生的一位輸出信號(hào)的平均占空比與輸入信號(hào)（UIN）和反饋信號(hào)（即輸出信號(hào)UOUT）的比值成正比關(guān)系,。

　　控制極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)起乘法器的作用,，它對(duì)輸入信號(hào)UIN和D-S調(diào)制器的一位輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算，進(jìn)而獲得（UIN）2/UOUT,，并依此作為芯片的輸出電壓UOUT,，從而完成RMS-DC的轉(zhuǎn)換。低通濾波器由內(nèi)部電阻r和外界的平均值電容CAVE所構(gòu)成,，實(shí)現(xiàn)RMS的取平均值功能,。電容CAVE可以根據(jù)輸入信號(hào)的頻率范圍來(lái)選擇,，注意：為了保證轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性和較小的偏移誤差，平均值電容應(yīng)選擇薄膜電容,，比如聚酯電容,，其典型值為1mF。使能控制為高電平時(shí),，關(guān)斷控制電路有效,，LTC1966工作在低功耗的關(guān)斷狀態(tài)。

　　LTC1966的典型應(yīng)用電路如圖2所示

　　圖a采用的是差分輸入方式,，UIN為交流信號(hào)（其峰-峰值≤1V）,，+5V單電源供電，CC為隔直電容,，其大小與輸入信號(hào)頻率有關(guān);圖b采用了能關(guān)斷的單端輸入方式,，+2.7V單電源供電，使能端可直接接CMOS電路輸出,。

       4,、基于LTC1966的多量程真有效值數(shù)字電壓表。

　　圖3是由LTC1966構(gòu)成的5量程3 1/2 位真有效值數(shù)字電壓表的電路,。

　　5個(gè)ACV擋依次為200mV,、2V、20 V,、200 V和700V,。該儀表使用LTC1966、ICL7136各一片,，后者屬于微功耗單片3 1/2 位A/D轉(zhuǎn)換器,。C 1是輸入端耦合隔直電容，起隔直作用,。高阻抗分壓器由精密電阻R1~R5構(gòu)成,，總阻值為10MΩ。S1為量程開(kāi)關(guān),，輸入電壓UIN首先被衰減成200mV以下,，再經(jīng)限流電阻R6接至LTC1966的第2腳。VD1,、VD2為雙向限幅保護(hù)二極管,。儀表采用9V疊層電池供電，C4為電源濾波電容,。C3是平均電容,。LTC1966的輸出電壓直接加至ICL 7136的模擬輸入端。ICI7136采用外基準(zhǔn)，由ICL8069提供的1.2V基準(zhǔn)電壓源．通過(guò)R8,、RP分壓后得到基準(zhǔn)電壓UREF＝100.0 mV,，基本量程為200mV。S2為測(cè)量／備用模式選擇開(kāi)關(guān),，常態(tài)下S2應(yīng)閉合斷開(kāi)。斷開(kāi)S2時(shí)LTC1966呈備用狀態(tài),，可降低功耗,。

　　5、基于LTC1966的交流單相220V過(guò)欠壓檢測(cè)電路

　　真有效值ac-dc芯片_AD8436

　　AD8436是新一代精密跨導(dǎo)線性,、低功耗,、真RMS-TO-DC轉(zhuǎn)換器，可以載入多種選項(xiàng),。它可以精確計(jì)算RMS值交流波形的直流等效值,，包括由開(kāi)關(guān)模式電源供電和三端雙向可控硅控制的復(fù)雜模式。其精度可滿足寬闊的輸入電平和溫度范圍,。憑借最新的ADI公司技術(shù),，可確保≤±0.25%的精度以及≤10 μV的輸出失調(diào),。CF ≤ 10時(shí)的波峰因數(shù)誤差《0.5%,。AD8436可即時(shí)計(jì)算真有效值，成本低于復(fù)雜費(fèi)解的峰值法,、均值法或數(shù)字解決方案,。

　　它不需要編程或處理成本，4 mm × 4 mm的封裝適合空間緊湊的應(yīng)用,。片上緩沖放大器能夠提供最寬的選擇范圍,，適合所有的RMS-TO-DC轉(zhuǎn)換器，而不受成本影響,。成本最低的應(yīng)用只需一個(gè)外部求平均值電容,。內(nèi)置的高阻抗FET緩沖提供了一個(gè)接口，可用于外部衰減器,、頻率補(bǔ)償或驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載,。

　　它擁有一對(duì)匹配的內(nèi)部電阻，可輕松實(shí)現(xiàn)增益為2或更高增益配置,，可用輸入范圍還能夠擴(kuò)展至更低,。AD8436具有低功耗精密輸入緩沖，非常適合便攜式萬(wàn)用表和其他電池供電應(yīng)用,。由于消除了偏置電流,，精密直流輸出緩沖可提供極低的失調(diào)電壓。AD8436不同于數(shù)字解決方案，它在高低幅度時(shí)性能均不會(huì)受開(kāi)關(guān)電路的限制,。

　　它能夠響應(yīng)《100 μV和》3 V的情況,，擴(kuò)展了動(dòng)態(tài)范圍，無(wú)需外部調(diào)整,，并且可以適應(yīng)最嚴(yán)苛的信號(hào)條件,。AD8436采用單電源或雙電源供電，電壓范圍為±2.4 V （4.8 V） 至±18 V （36 V）,。它分為A級(jí)和B級(jí),，采用緊湊的20引腳4 mm × 4 mm芯片級(jí)封裝。工作溫度范圍為-40℃至125℃,。

　　技術(shù)特性

　　即時(shí)計(jì)算真有效值精度：±10 μV ± 0.25%的讀數(shù)

　　寬動(dòng)態(tài)輸入范圍100 μV rms至3 V rms （8.5 V p-p） 滿量程輸入范圍 采用外部調(diào)整時(shí)輸入值更大

　　寬帶寬：?3 dB （300 mV） 帶寬為1 MHz; 1%附加誤差帶寬為65 kHz

　　零轉(zhuǎn)換器直流輸出失調(diào)

　　無(wú)殘留開(kāi)關(guān)產(chǎn)物

　　額定300 mV rms輸入

　　精確轉(zhuǎn)換,，波峰因數(shù)高達(dá)10

　　低功耗：±2.4 V時(shí)典型值為300 μA

　　任意輸入電平時(shí)均能迅速建立

　　真有效值ac-dc芯片_AD637

　　AD637可計(jì)算任何復(fù)雜波形的真均方根值。它提供集成電路均方根直流轉(zhuǎn)換器前所未有的性能,，精度,、帶寬和動(dòng)態(tài)范圍與分立和模塊式設(shè)計(jì)相當(dāng)。AD637提供波峰因數(shù)補(bǔ)償方案,，允許以最高為10的波峰因數(shù)測(cè)量信號(hào),，額外誤差小于1%。寬帶寬允許測(cè)量200 mV均方根,、頻率最高達(dá)600 kHz的輸入信號(hào)以及1 V均方根以上,、頻率最高達(dá)8 MHz的輸入信號(hào)。

　　與ADI公司以前的單芯片均方根轉(zhuǎn)換器一樣,，AD637也為用戶提供輔助dB輸出,。均方根輸出信號(hào)的對(duì)數(shù)通過(guò)一個(gè)單獨(dú)引腳輸出，支持直接dB測(cè)量,，可用范圍為60 dB,。用戶利用外部編程的基準(zhǔn)電流，可以選擇0 dB基準(zhǔn)電壓與0.1 V至2.0 V均方根范圍內(nèi)的任何電平相對(duì)應(yīng),。

　　不使用均方根功能時(shí),，用戶借助AD637的片選連接可以將電源電流從2.2 mA降至350 μA。對(duì)于低功耗至關(guān) 重要的遠(yuǎn)程或手持式應(yīng)用,，利用此特性可以方便地實(shí)現(xiàn)精密均方根測(cè)量,。此外，當(dāng)AD637關(guān)斷時(shí),，輸出進(jìn)入高阻態(tài),。這一特性還允許將多個(gè)AD637連在一起，構(gòu)成一個(gè)寬帶真均方根多路復(fù)用器,。

　　AD637的輸入電路受到保護(hù),，可以承受高于電源電平的過(guò)載電壓,。如果電源電壓?jiǎn)适В斎胄盘?hào)不會(huì)損壞輸入端,。

　　AD637在商用溫度范圍（0°C至70°C）內(nèi)提供J和K兩種精度等級(jí),，在工業(yè)溫度范圍（-40°C至+85°C）內(nèi)提供A和B兩種精度等級(jí)，在-55°C至+125°C溫度范圍內(nèi)提供S精度等級(jí),。所有等級(jí)均提供14引腳SBDIP,、14引腳CERDIP和16引腳SOIC_W密封封裝。AD637可計(jì)算任何復(fù)雜交流（或交流加直流）輸入波形的真均方根值,、均方值或絕對(duì)值,，并提供等效直流輸出電壓。波形的真均方根值與信號(hào)功率直接相關(guān),，因此比平均整流信號(hào)更有用。統(tǒng)計(jì)信號(hào)的均方根值也與信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān),。

　　AD637經(jīng)過(guò)激光晶圓調(diào)整,，無(wú)需外部調(diào)整便可實(shí)現(xiàn)額定性能。唯一需要的外部元件是一個(gè)電容,，用來(lái)設(shè)置均值時(shí)間,。此電容的值同時(shí)決定低頻精度、紋波電平和建立時(shí)間,。

　　片內(nèi)緩沖放大器既可以用作輸入緩沖,，也可以用于有源濾波器配置。該濾波器可以用來(lái)降低交流紋波量,，從而提高精度,。

　　AD637特性

　　高精度

　　0.02%最大非線性，0 V至2 V均方根輸入

　　波峰因數(shù)為3時(shí),，附加誤差0.10%

　　計(jì)算

　　真均方根值

　　平方值

　　均方值

　　絕對(duì)值

　　dB輸出（60 dB范圍）

　　寬帶寬

　　8 MHz（2 V均方根輸入）

　　600 kHz （100 mV均方根輸入）

　　片選/省電特性允許

　　模擬三態(tài)工作方式

　　靜態(tài)電流從2.2 mA降至350 μA

　　14引腳SBDIP,、14引腳低成本CERDIP和16引腳SOIC_W封裝