AC-DC轉換器AD736在RMS儀表電路中的設計

1 概述

隨著集成電路的迅速發(fā)展，近年來出現(xiàn)了各種真有效值 AC/DC轉換器。美國AD公司的AD736是其中非常典型的一種。

在科學實際和生產(chǎn)實踐中，會遇到大量的非正弦波。傳統(tǒng)測量儀表采用的是平均值轉換法來對其進行測量，但這種方法存在著較大的理論誤差。為了實現(xiàn)對交流信號電壓有效值的精密測量，并使之不受被測波形的限制，可以采用真有效值轉換技術，即不通過平均折算而是直接將交流信號的有效值按比例轉換為直流信號。為了適應現(xiàn)代電子測量的需要，目前測量交流電壓真有效值（RMS）的萬用表得到了迅速的發(fā)展。交流電壓的真有效值是通過電路對輸入交流電壓進行“平方→求平均值→開平方”的運算而得到的。真有效值儀表的最大優(yōu)點是能夠精確測量各種電壓波形的有效值，而不必考慮被測波形的參數(shù)以及失真。

AD736是經(jīng)過激光修正的單片精密真有效值AC/DC轉換器。其主要特點是準確度高、靈敏性好（滿量程為200mVRMS）、測量速率快、頻率特性好（工作頻率范圍可達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.用它來測量正弦波電壓的綜合誤差不超過±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腳為被測信號VIN輸入端，工作時，被測信號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單元并將其轉換成代表真有效值的直流電壓，然后再通過輸出放大器的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.當此端作為輸入端時，第2腳VIN應接到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，分壓器的總輸入電阻可選10MΩ，以減少對被測電壓的分流。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的關鍵外圍元件，用于進行平均值運算。其大小將直接響應到有效值的測量精度，尤其在低頻時更為重要。多數(shù)情況下可選33μF.

3 典型應用電路

　　AD736 有多種應用電路形式。圖3為雙電源供電時的典型應用電路，該電路中的+Vs與COM、-Vs與COM之間均應并聯(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。若按圖中虛線方向將1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，超過壓保護作用，可選IN4148高速開關二極管。