Toleranz von Widerständen manuell reduzieren

Toleranz ist eine statistische Abstraktion, die uns sagt, 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 etwas von dem 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 vielleicht Schwankungen in anderen Teilen kompensieren 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, einen Festwiderstand für den größten Teil des Widerstands und ein kleineres Potentiometer nur für die Einstellung zu verwenden. Wenn wir beispielsweise 100 K innerhalb eines Bereichs von +/- 5 % einstellen wollten, könnten wir einen 95,3 K-Widerstand (E48-Seriennummer) und ein 10 K-Potentiometer bekommen, 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 ihre Widerstandswerte genau messen , finden Sie möglicherweise einige Widerstände, die näher am tatsächlich erforderlichen Wert liegen. Diese ausgewählten Widerstände werden effektiv sehr eng tolerierte Widerstände sein - selbst wenn sie zu Beginn ihres Lebens mit vielen ähnlichen Werten gebündelt wurden. Wie "enge Toleranz" sie sind, hängt von Ihrer Testausrüstung ab.

Statistisch gesehen gibt es jedoch keine Garantie dafür, dass Sie in jeder 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 Fertigung bedeutet. Ein gegebener 10%-Widerstand wird bei einem konstanten Strom innerhalb eines konstanten Temperaturbereichs nicht von -10% auf 1% auf +10% schwingen, er bleibt gleich. (Dies geht mit der Zeit oder bei 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. Bei 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 bei mehr als 10 % des Soll-Werts getestet wird, wird als nächsthöherer oder niedrigerer Wert gekennzeichnet. Jeder, der nur 5 % oder weniger beträgt, wird als 5 %-Widerstand gekennzeichnet, und alles zwischen 10 % und 5 % wird als 10 %-Widerstand gekennzeichnet. Jede Charge von 10% Widerständen, die Sie kaufen, wird meistens keinen Widerstand enthalten, der innerhalb von 5% liegt. Dies bedeutet, dass ein 1k 10% Widerstand in einem bestimmten Paket zwischen 900 und 950 oder 1050 bis 1100 liegt, wobei der nächste Wert 1,2k 10% beträgt.

Was Sie tun können, ist Teileabgleich, 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 Änderung des Stroms. Dies ist gut genug für jede Situation, in der Sie aufeinander abgestimmte Paare und keinen Präzisionswert benötigen (dasselbe gilt für LEDs, die Helligkeit einer Person spielt möglicherweise keine Rolle im Vergleich dazu, sicherzustellen, 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 wird seit Jahrzehnten praktiziert, insbesondere wenn präzise, ​​nicht standardisierte Werte benötigt werden. Bei Kohleschichtwiderständen nehmen Sie eine Feile und brechen langsam durch das Außenmaterial und entfernen eine kleine Menge des Widerstandsmaterials. Dies kann den Wert erhöhen, sodass ein 1k 10%-Widerstand, der 950 Ω misst, 980 Ω oder 990 Ω oder genau 1000 Ω werden kann. Anschließend verwenden Sie klaren Nagellack, um es wieder zu versiegeln. Das war es, wonach Sie wirklich gefragt haben.

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

Wenn Sie beispielsweise nicht sehr genau 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, macht diese Methode den resultierenden Wert wahrscheinlichernahezu nominell sein, aber der maximale Toleranzbereich ist immer noch genau derselbe. 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 Fertigungscharge, die wahrscheinlich unmittelbar nacheinander hergestellt werden. Eine solche Verteilung ist wahrscheinlich nicht zufällig. Der Punkt ist jedoch, dass der Worst-Case-Fehler nie besser wird, worauf es beim Entwurf einer Schaltung ankommt.

Wenn Sie einen genauen Widerstand wünschen, müssen Sie entweder genaue Widerstände verwenden oder Ihre eigene Trimmung durchführen.

Eine Sache, die Sie tun können, ist, mit dem Temperaturbereich umzugehen, den der Widerstand erfährt. Im Extremfall könnten Sie eine aktive Heizung und/oder Kühlung verwenden, um den Widerstand auf einer festen Temperatur zu halten. Dadurch wird die Widerstandsdrift aufgrund der Temperatur verringert, aber Sie haben immer noch das Problem des Anfangswerts.

Es gibt kein freies Mittagessen.

Zunächst einmal umfasst Toleranz mehrere Faktoren.

1. Fertigungspräzision: Widerstände mit gleichem Nennwert unterscheiden sich geringfügig ab Werk.
2. Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperatur, Feuchtigkeit 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 also untersucht werden, bevor Sie eine Toleranz verbessern. Der erste Faktor kann durch Auswahl durch Messung einzelner Teile eliminiert werden.

Zweitens ist ein Objekt für mehrere 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 des Materials, Sie können es ersetzen oder das Gerät nach einiger Zeit abstimmen.

Viertens auch abhängig von Konstruktion, Temperatur, Strom etc...

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

Nun, die beste Referenz, die ich im Internet gefunden habe, ist dies – ein hervorragender Artikel über die Werte von Widerständen.

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

Bei Anwendungen, die wirklich präzise Widerstände erfordern, gehen Sie wie folgt vor:

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

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

In diesem Fall können Sie Techniken anwenden, die in dem oben verlinkten Artikel vorgestellt werden, 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 manche Hersteller es tun, alles einschicken und hoffen, dass einige Leute den Unterschied nicht sehen).

In Summe:

Wenn Sie ein paar sehr spezialisierte Systeme bauen möchten, müssen Sie einen der oben nummerierten (1-3) Ansätze verwenden. Wenn Sie in der 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, einen Widerstand mit besserer Toleranz zu wählen, anstatt daran zu denken, die Toleranz manuell zu improvisieren.

Wenn Sie einen Kohlewiderstand mit zu niedrigem Widerstand wählen, können Sie ihn abstimmen, indem Sie ihn mit einer Feile leicht schneiden und dann mit Nagellack versiegeln!

Vergessen Sie nicht, dass der Widerstandshersteller den Widerstand des Teils misst und diejenigen aussortiert, die nahe am gewünschten Wert liegen, um sie als hochpräzise Teile zu kennzeichnen und zu verkaufen. Wenn Sie also nach 1 kOhm-Teilen, 10 %, in einer Tüte mit Teilen suchen, wäre ich überrascht, viele Proben in der Tüte zu finden, die deutlich innerhalb von 5 % lagen. Dito 1% - der Hersteller verkauft sie nur als 1% Teile ...

Du hast Glück, es gibt eine Methode

Nehmen wir an, Sie brauchen 10k Widerstand. Nehmen wir außerdem an, Sie haben einen unbegrenzten Vorrat an 10k-Widerständen - und sie sind alle 10%, aber Sie benötigen 5%.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Achtung: Die Prozentzahlen sind NICHT exakt. 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 sich die Fehler tendenziell ausgleichen.

HINWEIS FÜR LEUTE, DIE ÜBER DEN WORST-CASE SPRECHEN

Zur Geschäftsordnung an Sie alle: Der schlimmste Fall bei 5 % ist nicht 5 %, 5 % ist der 3Sigma-Worst-Case. Der eigentliche Worst Case ist -100 %/+(Unbekannt) %. Wenn Ihr System absolut nicht mehr als 5 % Varianz haben kann, ist ein 5 %-Widerstand auch nicht gut genug, um dies zu GARANTIEREN. Wenn Sie einen Widerstand 5 % nennen, bedeutet das, dass Sie außerhalb einer Produktionslinie 3 Standardabweichungen überschreiten müssen, um 5 % zu überschreiten.