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　RMS（root mean square）とは、二乗平均平方根（実効値）のことで交流電圧を表す最も一般的な値です。
　今回は交流信号の実行値を直流信号に変換するアンプを作成します。
　何に使用するかと言うと交流電流を長期間記録するために使用したいのですが、サンプリングの時間が(AC電源周波数：１周期の時間より) 非常に長いため、正確な交流電流値（実効値）を測定できないため、交流を直流に変換して直流の値を記録する方法をとります。
　交流電流をHIOKI9694のクランプメータを使用し測定します。
　HIOKI9694は測定電流1A(AC)でクランプメータ出力は10mV(AC)の出力になっています。
　つまり最大5A入力で50mV(実測結果RMSでした)の出力になります。
　また回路は出来るだけ簡単で信頼性が有り、安価にするため、オペアンプは手持ちのLM324で作成します。
　このオペアンプの特性は『部品』で確認下さい。　回路図は下記の通りです。

2.設計

設計については

(1)アンプ回路

4個のアンプが有るので、その目的は
　U1 適正電圧(約±5~6(V))へ増幅
　U2 コンデンサーでカップリングするために高インピーダンスアンプ
　U3 理想整流回路(ダイオードの逆方向電圧を相殺する回路)
　U4 平均から実効値へ変換する回路

(2)増幅率

出力をDC5Vとして最大6Vまで直線性を確保したい。
電源電圧から内部信号は最大±6(V)で分かりやすい電圧値で設計する。
今回の入力は50(RMS mA)=141(P-P mA)ですが、10(P-P mA)入力までを許容できる物とする。

(3)設計値

	入力	U1出力	U2出力	U3出力	U3平均値	U4出力
倍率		82	1	1	0.63662	1.35
波形	AC	AC	AC	半波	半波	DC
P-P電圧　計算	141	11.562	11.562	5.781	3.6803	4.9684

入力が最低10(P-P mA)とした場合にはU1は600倍になる。
あまりR2を高い抵抗にした場合には回路電流が非常に小さくなり、雑音にも弱くなるため、200(kΩ)を上限としてR1を300(Ω)とした。
倍率1の場合は10(kΩ)程度にする。

(4)電源回路

　簡単なレギュレータ型のTL341を使用し両電源（±電源）を作成する。
　TL341は基準電圧が約2.5Vで、可変電圧範囲（抵抗3本の外部抵抗の組み合わせにより）基準電圧から36Vまで可能としている。
　シンク電流範囲は1～100(mA)となっている。

今回のオペアンプ消費電流は出力インピーダンスが10(kΩ)で2(mA)以下のため4(mA)流れる。
ACトランスの2次出力の無負荷(全波整流)出力電圧は±10(V)。
レギュレータ用抵抗Rの設計では、4(mA)の電流で±8(V)になるようにするとR=500(Ω)となる。
何らかの原因で負荷側が短絡した場合には、約20(mA)流れる事になる。
Rの消費電力はI2×Rから0.2(W)になる。
使用する1/4(W)の抵抗では発熱量が多すぎるため、1(kΩ)×2個並列とする。
このため、抵抗1本に対して消費電力は0.1(W)となる。
必要な電圧は約8(V)。
必要な分圧抵抗は基準電圧―0(V)間は10(kΩ)とすれば、基準電圧―出力電圧間は約22(kΩ)となる。

(5)プリント板（プリントパターン）

表	裏

3.作成後の試験

作成した各部の電圧値は下表の通り。
入力はマルチファンクションジェネレータHDG2022B(20MHz 16bit)を使用した。
測定にはADS1102CAL(100MHz 8bit)
入力電圧は16bitの分解能で誤差は少ないが、①~出力については最小段階が0.06(V)です。

下表の説明
　RMSの値は計算値です。
　‘④→出力の計算については
　まず④は半波整流の電圧が5.6(V)なので、その平均値は　E4×2/π＝3.565(V)
　U4の出力はE4×2/π×27/20＝4.8128(V)になる。計測値では4.88(V)になった。
各部の測定記録　アンプ部の最大値値が±5~6(V)内になっている。

入力		①	②	③	④	出力
P-P (mV)	RMS (mV)	P-P (V)	P-P (V)	P-P (V)	P－P (V)	P-P (V)
141	49.85	10.88	10.96	10.96	5.6	4.88

※出力電圧は12bitのオムニエースで測定した結果は4.96(V)でした。
　　その他の値については下表の通り。(測定日 2017/02/26 10:00)

負荷を付けた実測

	絶縁トランス、スライダック、負荷『アクリル曲げ用ヒータ』1.5(A)、クランプHIOKI9694、今回作成した変換器、オムニエース、ADS1102CAL、HIOKI3256
測定結果

完成したRMSアンプ（AC-DCコンバータ）

入力に使用したクランプCT(中古で購入)