RMS-mätare medels OTA

Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

RMS-mätare medels OTA

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej!

Lurar på ett desperat bygge av en RMS-mätare.

Har ingen riktig koll på logaritmer så jag fick tänka en del men nu tror jag att jag förstått, vad tror Ni?

Om man bara kan logaritmera korrekt är det enkelt att multiplicera dvs bara addera och upphöja med logaritmen så har man produkten.

Det roliga är att man även enkelt kan skapa roten ur, dvs bara multiplicera med hälften och därefter upphöja, tror jag.

Så hur gör man detta i praktiken då?

Jag vet faktiskt inte men en tanke är att nyttja diodekvationen.

För säg att du vill skapa "e^x" då kan du stoppa in en spänning över en diod och sniffa strömmen.

Vill du sedan skapa ln(x) så kan du stoppa in en ström och sniffa spänningen.

Problemet med dessa metoder är dock att Is är fA, där diodekvationen ungefär är

\(Id=Ise^\frac{qV}{kT}\)

även om den gäller för >>26mV.

Is är alltså väldigt liten (resulterar i nån ynka mA vid 0,7V, bara att testa) och jag har ännu inte fattat om man ens kan nyttja detta.

MVH/Roger
PS
Fast i teorin tror jag att min princip fungerar, vad tror Ni? RMS är förresten definierad enligt
\(U_{rms}=\sqrt{\frac{1}{T}\int Uin(t)^2dt}\)
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av Spisblinkaren 3 januari 2021, 22:42:17, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1943
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av YD1150 »

Vad för RMS ska du mäta, endast lågfrekvens 50Hz, uteffekten från rörförstärkaren på 10kHz? Finns väl någon log-historia med OP och kiseldiod som återkoppling för att logaritmera. Det är ju analogteknik på hög nivå. Annars kan man logaritmera någorlunda bra med "ett gäng" förstärkare och diodlikriktning efter varje förstärkarsteg, sedan summerar man allt. Finns som RF-Detektor, i diskret form och färdiga IC.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Du är underbar YD1150 med dina trevliga och detaljerade svar!

Mitt range har jag tänkt skulle vara säg 10V och frekvensmässigt säg 20kHz.

Jag har bara lekt lite men jag inbillar mig ändå att jag har principen klar för mig.

Fast hur man praktiskt gör låter jag vara osagt, helt klart verkar dock vara att vanliga dioder inte går att använda.

Men jag vet inte, gillar dioder :)

MVH/Roger
PS
Mitt OTA-datablad har en ritning på en RMS-mätare men jag fattar, liksom kvotdetektor, ingenting så jag vill inte använda den modell om den inte fungerar, hur ska jag kunna justera den? Nej jag bygger ALDRIG sånt jag inte åtminstone delvis förstår!
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Jag har suttit och pillat lite med det här idag.

Tyvärr hade jag inte tillgång till MathJax så ekvationerna ser töntiga ut.

Det viktiga är dock att jag verkar eventuellt få lite koll.

Bifogar det jag tänkt ut, sen får ni gärna komma med kritik om det jag håller på med är möjligt eller omöjligt.

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Om vi börjar om från början så kan man teckna diodströmmen som

\(Id=Is(e^{\frac{qUd}{kT}}-1)\)

där man först kan skriva om denna ekvation enligt

\(\large Id=Is(e^{\frac{Ud}{26mV}}-1)\)

där man, om Ud>26mV , istället kan approximera ekvationen med

\(Id=Ise^\frac{Ud}{26mV}\)

för vid spänningar över Ud=26mV så är

\(e^{\frac{Ud}{26mV}}>1\)

som vi approximerar med >>1 och ettan försvinner, vi har alltså

\(Id=Ise^\frac{Ud}{26mV}\)

För att denna formel skall gälla måste Ud>26mV, kör man sedan denna ström genom R=1Ohm enligt ovan så kan man mäta

\(Uo=R*Ise^\frac{Ud}{26mV}\)

denna ekvation kan också skrivas

\(Uo=Ise^\frac{Ud}{26mV}\)

Ud måste alltså biaseras med 26mV här, om vi här tänker oss Ud+26mV så kan man skriva detta som

\(Uo=Ise^\frac{Ud+26mV}{26mV}\)

så är detta samma som

\(Uo=Ise^{1}*e^{\frac{Ud}{26mV}}\)

dvs

\(Is' =Is*e^1\)

dvs

\(Uo=Is' *e^{\frac{Ud}{26mV}}\)

som också kan skrivas

\(Uo=Is' *e^{38Ud}\)

Om nu Uin=38Ud (så att Ud=Uin/38), då fås istället

\(Uo=Is' e^{Uin}\)

där jag istället för Is hellre använder k, då blir ekvationen

\(Uo=k' e^{Uin}\)

När man upphöjer och/eller logaritmerar går det faktiskt att få bort den här konstanten även om den samtidigt är mycket liten dvs runt 1fA.

Tar logaritmeringen en annan dag.

MVH/Roger
PS
Uin är i Volt men k' är av storleksordningen 3fA, kräver ganska många Uin [V] för att få nån ström (och spänning) att tala om :D Fast det krävs faktiskt bara 33V som Uin för 1V ut (Uo), få OP jobbar med dessa spänningar men det går att bygga egna :)
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Den logaritmiska delen:

Om man löse Ud som funktion av strömmen så får man

\(Ud=26mV*ln \frac{Id}{Is}\)

denna ekvation kan skrivas om enligt

\(Ud=26mv*(ln(id)-ln(Is))\)

dvs

\(Ud=26mV*ln(Id)-26mV*ln(Is)\)

eller, ty Is~1fA

\(Ud=26mV*ln(Id)+0,9V\)

subtraherar jag 0,9V från utgången (Ud) så försvinner 0,9V ur ekvationen, således

\(Uo=Ud-0,9V=26mv*ln(Id)\)

om man nu förstärker Uo med 1/26m eller 38 så fås

\(Uo'=38Uo=38(Ud-0,9V)=ln(Id)\)

Id kan sättas enligt ovan modell med Re

\(Uo'=ln((Uin-0,7)/Re)\)

genom att biasera Uin med 0,7V fås slutligen

\(Uo'=\large ln(\frac{U_{in}}{Re})\)

vilket är en ren ln-fuktion, man behöver bara sätta strömmen enligt Uin/Re, eller om Re=1Ohm

\(Uo'=\large ln(U_{in})\)

men då får man sätta strömmen med Uin om man säger.

MVH/Roger
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Om vi leker lite och tittar på mitt block-schema ovan, Uin skall då först logaritmeras

Uo från första burken är då ln(Uin), detta tas *2 vilket innebär ln(Uin)^2, sen tar vi e upphöjt till det här men tyvärr kan vi inte riktigt det utan får Uo=k'e^Uin vilket innebär

\(Uo=k'e^{ln(Uin)^2}\)

vilket är samma som

\(Uo=k'*(Uin)^2\)

eftersom k' är av storleksordningen 3fA så krävs här en gigantisk multiplikation, men säg att 10^14 går med tre OP i open loop :D

I rest my case :)

MVH/Roger
PS
Det kan hända att man kan skala sig fram mha opampar och motstånd till en bättre situation, men som alla vet finns knappt motstånd över 10M samtidigt som opampar förstärker typ max 1M som potensmässigt innebär 7+6 vilket fortfarande är mindre än 14 :)
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Jag kom på en enkel sak.

Id behöver inte börja vid Is, man kan flytta biaseringen så att den börjar vid säg 1mA, då blir formeln istället

\(Id=Is*e^{\frac{Ud+bias}{26mV}}\)

som kan skrivas om enligt

\(Id=Is*e^{\frac{bias}{26mV}}e^{\frac{Ud}{26mV}}\)

om bias nu är 600mV fås

\(Id=10uA*e^{\frac{Ud}{26mV}}\)

Vid Ud=718mV är Id=1mA, vid 900mV är sen strömmen 1A så i det här läget gäller det typ att hålla inspänningsvariationen inom säg 100mV.

Jag får fila mer på det här men det lutar åt att min diod-teori faktiskt kan fungera i praktiken!

MVH/Roger
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Jag är lite på G med min KRM.

Har precis löst hur jag ska realisera e (tror jag).

Nästa steg blir att försöka realisera ln.

Vad tror ni?

Kan det gå att använda praktiskt?

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Kommit en liten bit vidare, nu sker konverteringen via kondingar och utsignal är mindre än 7Vpp.

Blev tvungen att minska spannet på insignalen (Uin) för utsignalen skenade iväg mot 100V :)

Eventuellt börjar jag få koll på exponentialiseringen av insignalen, handlar väl nu mest om nån slags dämpsats som håller insignalen till +/-50mV.

Logaritmering återstår dock, åtminstone i detalj.

MVH/Roger
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
opampen
Inlägg: 1766
Blev medlem: 16 november 2013, 18:59:54
Ort: Stockholm

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av opampen »

Dom två trissorna som är kopplade spegelvänt mot varandra är det en ström spegel? En konstant ström generator kan ju kopplas på flara sätt förutom som strömspegel även med zenerduiod.


Strömspegel:
Emittrarna ska kopplas nedåt med varsit motstånd!:
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej opampen, tack för ditt svar!

Dock behövs inte Re i din koppling även om jag tror att det ger högre utgångsimpedans om man skulle vilja använda strömspegeln som aktiv last.

Det finns en variant av denna strömspegel som involverar en enda trissa till, den blir då extremt oberoende av hfe medan jag tycker den varianten är akademisk, normalt tror jag felet hos din och min koppling är typ två av hfe, så om hfe är 200 så är felet en procent.

Vad tycker du annars om mitt projekt? :)

MVH/Roger
opampen
Inlägg: 1766
Blev medlem: 16 november 2013, 18:59:54
Ort: Stockholm

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av opampen »

Hejsan!

Ett intresssnat projekt i sig men lite osäker på den...! Ska du labba lite med den först?

Ja, strömspegeln bör ju vara en dubbeltransistor. Typ MAT01 eller MAT02.

Men jag är delvis med på ditt resonenmang!
Användarvisningsbild
Spisblinkaren
EF Sponsor
Inlägg: 12990
Blev medlem: 13 december 2012, 21:41:43

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av Spisblinkaren »

Hej opampen!

Tack för att du är så snäll mot mig!

Ärligt talat vet jag knappt vad jag håller på med :D

Idag har jag dock lurat på fenomenet att inspänningen till arrangemanget inte får vara mer än +/-50mV för annars blir utspänningen över 7Vpp, i mitt preliminära fall blev max utspänning hela 100V :)

Men jag har dragit ner på inspänningsvariationen dvs från +/-100mV till +/-50mV.

Men sen gäller det att hålla sig där, så hur gör man om man vill att godtycklig insignal skall hålla sig inom +/-50mV utan att klippa?

Hittade en OTA-applikation på nåt som visst kallas AGC (Automatic Gain Control) och den kretsen tycks göra så att ingången kan spela väldigt mycket medans utgåangen håller sig inom en maximal amplitud.

Jag har studerat den ikväll och börjat förstå den men även om kopplingen är enkel så har jag svårt för att fullt ut förstå den, tycker dock det är en av de mer charmiga sidorna med elektronik, en två-transistorkoppling kan få mig att fatta nada :)

MVH/Roger
opampen
Inlägg: 1766
Blev medlem: 16 november 2013, 18:59:54
Ort: Stockholm

Re: KRM, RMS-meter

Inlägg av opampen »

Hej!

Tack!

Kan du utveckla den har AGC-funktionen vidare? Om du bara testar den funktionen först och ser vad som händer därefter?
Skriv svar