Manuelle Reduzierung der Toleranz von Widerständen

Alle verfügbaren Widerstände haben eine begrenzte Toleranz. Dies ist insbesondere bei hochempfindlichen Systemen unerwünscht. Wir können zwar Widerstände mit der geringsten verfügbaren Toleranz verwenden, aber ich möchte wissen, ob es Methoden gibt (z. B. das Entwerfen eines speziellen Aufbaus, um die Toleranz zu verringern), mit denen wir den Toleranzwert manuell auf das erforderliche Minimum reduzieren können.

Toleranz ist eine statistische Abstraktion, die angibt, wie viel Variation von einer Stichprobe von Widerständen eines bestimmten Typs zu erwarten ist. Ein einzelner Widerstand hat keine Toleranz: Er hat einen Wert, der in gewissem Maße vom angegebenen Wert abweicht (und natürlich mit der Temperatur variiert). Wir können eine Eigenschaft, die ein Teil nicht hat, nicht (manuell oder anderweitig) ändern.

Wenn ein Teil einer Schaltung einen sehr genau eingestellten Widerstand erfordert (der möglicherweise Abweichungen in anderen Teilen ausgleichen muss und daher kein fester Wert sein kann, egal wie genau), können wir ein Potentiometer verwenden. Ein Potentiometer oder Rheostat ist ein Widerstand, dessen Wert Sie manuell ändern können.

Ein nützlicher Trick besteht darin, für den größten Teil des Widerstands einen festen Widerstand und nur für die Einstellung ein Potentiometer mit kleinerem Wert zu verwenden. Wenn wir beispielsweise 100K in einem Bereich von +/- 5% einstellen möchten, könnten wir einen 95,3K-Widerstand (Nummer der E48-Serie) und ein 10K-Potentiometer erhalten, das als Rheostat in Reihe mit diesem Widerstand geschaltet ist.

Während Sie die Toleranz der Widerstände nicht ändern können, können Sie einen Wert innerhalb der Toleranz auswählen .

Wenn Sie beispielsweise 1000 Widerstände kaufen und deren Widerstandswerte genau messen, können Sie möglicherweise einige Widerstände finden, die näher am tatsächlich erforderlichen Wert liegen. Diese ausgewählten Widerstände sind effektiv Widerstände mit sehr enger Toleranz - selbst wenn sie mit vielen ähnlichen Werten zusammengeballt wurden. Wie eng sie sind, hängt von Ihrer Testausrüstung ab.

Statistisch gesehen gibt es jedoch keine Garantie dafür, dass Sie innerhalb einer Stichprobengröße genau das finden, wonach Sie suchen.

Sie können die Toleranz eines Widerstands auf diese Weise nicht verringern, da Toleranz in diesem Zusammenhang einen festen Wert aus der Herstellung bedeutet. Ein gegebener 10% -Widerstand schwankt bei einem konstanten Strom innerhalb eines konstanten Temperaturbereichs nicht von -10% auf 1% auf + 10%, sondern bleibt gleich. (Dies geht mit der Zeit oder mit Hitzeschäden aus dem Fenster.) Die Widerstandstoleranz bedeutet einfach, dass der Widerstand innerhalb dieses Bereichs des angegebenen Werts liegen sollte.

Die Art und Weise, wie Widerstandstoleranzen festgelegt werden, besteht darin, dass eine Charge hergestellt und alle Teile getestet werden. In den Serien E-12 (10%) und E-24 (5%) gibt es eine enge Überlappung zwischen einem "Standard" -Widerstandswert und dem nächsten Standardwert nach oben oder unten. Jeder Widerstand, der mit mehr als 10% von dem Wert getestet wird, der er sein sollte, wird als nächster Wert nach oben oder unten gekennzeichnet. Jeder, der nur 5% oder weniger beträgt, wird als 5% -Widerstand bezeichnet, und alles zwischen 10% und 5% wird als 10% -Widerstand bezeichnet. Jede Charge von 10% Widerständen, die Sie kaufen, enthält meistens keinen Widerstand, der innerhalb von 5% liegt. Dies bedeutet, dass ein Widerstand von 1k 10% in einer bestimmten Packung zwischen 900 und 950 oder zwischen 1050 und 1100 liegt, wobei der nächste Wert 1,2k 10% beträgt.

Was Sie tun können, ist Teilevergleich, bei dem Sie mehrere Teile testen und messen, um diejenigen zu finden, die eng aufeinander abgestimmt sind . Mit dem gleichen 1k 10% Widerstand von oben könnten Sie genug 930 ~ 950 Widerstände finden, dass es sich im Wesentlichen um 940Ω 1% Widerstände handelt. Natürlich kein Standardwert, aber angesichts des geringen Unterschieds zum gekennzeichneten Wert ist dies eine unbedeutende Menge an Stromänderungen. Dies ist gut genug für jede Situation, in der Sie übereinstimmende Paare und keinen Präzisionswert benötigen (Gleiches gilt für LEDs. Die Helligkeit einer Person spielt möglicherweise keine Rolle, verglichen mit der Sicherstellung, dass ein Satz von zehn LEDs dieselbe Farbe und relative Helligkeit hat.)

Die ANDERE OPTION ist jedoch etwas komplizierter. Nicht kompliziert, erfordert aber manuelle Änderungen. Dies geschieht seit Jahrzehnten, insbesondere wenn präzise, ​​nicht standardmäßige Werte benötigt werden. Mit Kohlenstofffilmwiderständen nehmen Sie eine Feile, durchbrechen langsam das Außenmaterial und entfernen eine winzige Menge des Widerstandsmaterials. Dies kann den Wert erhöhen, so dass 1k 10% Widerstand, der 950Ω misst, 980Ω oder 990Ω oder genau 1000Ω werden kann. Sie verwenden dann klaren Nagellack, um es wieder abzudichten. Darum haben Sie wirklich gebeten.

http://www.youtube.com/watch?v=OQDjjIvLaj4

Nein, es gibt keine Möglichkeit, aus einer Reihe weniger genauer Widerstände einen genaueren Widerstand zu "machen".

Wenn Sie beispielsweise nicht sehr gründlich darüber nachgedacht haben, könnten Sie versucht sein, vier 10 kΩ 10% -Widerstände in Reihen- / Parallelkonfiguration zu verwenden, um einen 10 kΩ 5% -Widerstand herzustellen, aber das funktioniert nicht. Wenn die Werte der ursprünglichen Widerstände zufällig über ihren Bereich verteilt sind, dann macht diese Methode den resultierenden Wert mehr wahrscheinlichnahe am Nennwert zu sein, aber die maximale Mautreichweite ist immer noch genau gleich. Denken Sie an den Grenzfall, in dem alle Widerstände 10% hoch sind. Das Ergebnis wird auch 10% hoch sein, unabhängig davon, wie viele Sie zusammenstellen und durchschnittlich. Selbst der Durchschnitt wird wahrscheinlich keine wünschenswerten Ergebnisse erzielen. Wenn die Schaltung zusammengebaut ist, erhalten Sie wahrscheinlich eine Reihe von Widerständen aus derselben Fertigungsreihe, die wahrscheinlich unmittelbar nacheinander hergestellt werden. Eine solche Verteilung ist wahrscheinlich nicht zufällig. Der Punkt ist jedoch, dass der Worst-Case-Fehler niemals besser wird, was beim Entwerfen einer Schaltung wichtig ist.

Wenn Sie einen genauen Widerstand wünschen, müssen Sie entweder genaue Widerstände verwenden oder Ihr eigenes Trimmen durchführen.

Sie können sich mit dem Temperaturbereich befassen, den der Widerstand erfährt. Im Extremfall können Sie aktiv heizen und / oder kühlen, um den Widerstand auf einer festen Temperatur zu halten. Dadurch wird die Widerstandsdrift aufgrund der Temperatur verringert, aber Sie haben immer noch das Problem mit dem Anfangswert.

Es gibt kein freies Mittagessen.

Zunächst einmal umfasst Toleranz mehrere Faktoren.

1. Präzision bei der Herstellung: Widerstände mit dem gleichen Nennwert unterscheiden sich ab Werk geringfügig.
2. Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Druck. Der reale Wert ändert sich ein wenig, wenn sich die Umgebungsfaktoren ändern.
3. Altersstabilität. Wert ändert sich im Laufe der Zeit.
4. Lärm

Sie sollten daher untersucht werden, bevor Sie eine Toleranz verbessern. Der erste Faktor kann durch Auswahl durch Messung einzelner Teile eliminiert werden.

Zweitens ist ein Gegenstand für verschiedene technische Methoden: Platzieren Sie den Widerstand in einer stabileren Umgebung, isolieren Sie ihn von mechanischen, akustischen, thermischen, elektromagnetischen Einflüssen und so weiter. Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei der Herstellung mehr besseres Material zu verwenden.

Drittens ist die Art der Materal, Sie können sie ersetzen oder das Gerät nach einiger Zeit einstellen.

Viertens hängen auch von Konstruktion, Temperatur, Strom usw. ab

Es stellt sich heraus, dass es eine sehr knifflige Frage ist und wir mit der Terminologie sehr vorsichtig sein müssen. Lassen Sie uns zunächst den Begriff "Toleranz" beiseite legen - die Verwendung dieses Begriffs verdeckt die Antworten und löst Terminologiediskussionen aus.

Die beste Referenz, die ich im Web gefunden habe, ist diese - ein hervorragender Artikel über die Werte von Widerständen.

Nun zurück zu Ihrem Anliegen. Es gibt keine Möglichkeit, "10% Worst-Case" -Widerstände zu nehmen und "5% Worst-Case" -Widerstände daraus zu implementieren.

In Anwendungen, die wirklich präzise Widerstände erfordern, führen Sie einen der folgenden Schritte aus:

1. Fügen Sie einen Trimmer hinzu, um den Widerstand einzustellen
2. Messen Sie die tatsächlichen Widerstände und wählen Sie die Komponenten entsprechend Ihren Anforderungen aus
3. Fügen Sie eine Art aktive Komponente anstelle eines einfachen Widerstands hinzu

In der Massenproduktion sind die obigen Ansätze jedoch (normalerweise) zu kostspielig und zeitaufwendig. Es stellt sich heraus, dass Sie möglicherweise an den Punkt gelangen, an dem die folgende Entscheidung getroffen wird: Wir investieren nicht in die Sicherstellung, dass das "Worst-Case" -Szenario von ausreichender Qualität ist, aber wir wollen 90% Rendite in ausreichender Qualität.

In diesem Fall können Sie Techniken verwenden, die in dem oben verlinkten Artikel vorgestellt wurden, um sicherzustellen, dass Ihre Widerstände "im Durchschnitt" näher an ihren Nennwerten liegen. Dann müssen Sie natürlich Ihr Endprodukt testen und die schlechten 10% entsorgen (oder, wie einige Hersteller, alles versenden und hoffen, dass einige Leute den Unterschied nicht sehen).

Zusammenfassend:

Wenn Sie einige sehr spezialisierte Systeme erstellen möchten, müssen Sie einen der oben genannten nummerierten (1-3) Ansätze verwenden. Wenn Sie in Massenproduktion sind, sollten Sie die Ergebnisse mitteln.

One-Shot-Antwort: Sie können die TOLERANZ des Widerstands ändern, da dies die Eigenschaft des Materials ist, aus dem ein Widerstand hergestellt wird. Die bessere Option ist also ein Widerstand mit besserer Toleranz, anstatt zu denken, die Toleranz manuell zu improvisieren.

Vergessen Sie nicht, dass der Widerstandshersteller den Widerstand des Teils misst und diejenigen auswählt, die nahe am gewünschten Wert liegen, um als höherpräzise Teile gekennzeichnet und verkauft zu werden. Wenn Sie also nach 1k Ohm Teilen, 10%, in einem Beutel mit Teilen suchen, wäre ich überrascht, viele Proben in dem Beutel zu finden, die gut innerhalb von 5% lagen. Das Gleiche gilt für 1% - der Hersteller verkauft sie nur als 1% Teile ...

Sie haben Glück, es gibt eine Methode

Nehmen wir an, Sie brauchen 10.000 Widerstand. Nehmen wir außerdem an, Sie haben eine unbegrenzte Menge an 10.000 Widerständen - und alle sind 10%, aber Sie benötigen 5%.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Achtung: Die Prozentzahlen sind NICHT genau. Ich könnte die tatsächlichen Werte berechnen, wenn ich meine Notizen in der Nähe hätte.

Die kurze Erklärung lautet: Je mehr Komponenten Sie verwenden, desto weniger Unsicherheit haben Sie, da die Fehler tendenziell gemittelt werden.

HINWEIS FÜR MENSCHEN, DIE ÜBER DEN SCHLECHTESTEN FALL SPRECHEN

Zur Geschäftsordnung an Sie alle: Der schlechteste Fall bei 5% ist nicht 5%, 5% ist der schlechteste Fall bei 3Sigma. Der tatsächlich schlimmste Fall ist -100% / + (unbekannt)%. Wenn Ihr System absolut nicht mehr als 5% Varianz aufweisen kann, ist ein 5% -Widerstand auch nicht gut genug, um dies zu garantieren. Wenn Sie einen Widerstand von 5% nennen, bedeutet dies, dass er außerhalb einer Produktionslinie liegt. Sie müssen 3 Standardabweichungen überschreiten, um 5% zu überschreiten.