¿Hay alguna manera de promediar las resistencias juntas para obtener una tolerancia de resistencia general más estricta?

Tengo una aplicación de nivel de frecuencia de kHz muy sensible en la que necesito dos resistencias combinadas de la misma resistencia mejor que 0.05%. Como tal vez por una magnitud (0.005%).

Básicamente, necesito unir dos resistencias para formar un puente diferencial para medir una resistencia específica. 50 kHz 180 grados señal → 75 ohm → Resistencia ← 75 ohm ← 50 kHz 0 grados señal

Aquí está el esquema:

Necesito que los 75 ohmios coincidan para que las señales a través de la resistencia de 10 ohmios sean de magnitud simétrica.

Puedo comprar dos resistencias de 0,05 % de 75 ohmios, pero, para obtener una tolerancia más baja que esa, ¿hay alguna manera de hacer un circuito que use una gran cantidad de resistencias de 0,05 % y luego promediarlas juntas para obtener un mejor rendimiento?

Puede ver matemáticamente que ni la conexión en serie ni en paralelo de las resistencias está cambiando su precisión general.
Sí, la serie y el paralelo no equivalen a ninguna tolerancia más estricta. Quise decir más de un circuito de amplificador operacional para hacer el promedio.
Entonces probablemente necesite describir más detalles de la aplicación.
¿Qué estás haciendo? ¿Cómo controlará la temperatura de las resistencias? ¿Cómo mejoraría un amplificador operacional una resistencia?
@EugeneSh. No puedo entrar en demasiados detalles porque es bastante complicado, pero es como un divisor/puente de voltaje para medir la resistencia. Requiere dos resistencias conocidas. Señal -->75--> resistencia de medida <--75<--Otra señal. De esta manera necesito resistencias de 75 ohmios a juego.
Puedes comprar resistencias de 0,005%, aunque ese nivel de precisión absoluta no te va a salir barato. Por lo general, usa un potenciómetro para esto y calibra el dispositivo.
Puede haber una manera de reorganizar su diseño para que solo use una sola resistencia para ambas señales. Por ejemplo, un relé o tal vez algún tipo de método de corte o autocalibración. Debería considerar hacer una pregunta con más detalles sobre su diseño para que pueda obtener algunas alternativas que no necesitan esta precisión tan alta.
Puede usar resistencias realmente malas y un circuito de conmutación controlado para obtener lo que parece estar diciendo lo que quiere, pero no está del todo claro lo que quiere, así que no diré más. Lo mismo dice @Justin. Por lo tanto, para responder a su pregunta (tal como está), la respuesta es un rotundo sí. Sin embargo, eso la convierte en una pregunta pobre y, para mejorarla, se necesitan detalles.
@Justin es una buena idea, pero realmente creo que es una parte fundamental del diseño tener 2 resistencias:/. Creo que si diera demasiados detalles de diseño, complicaría demasiado las cosas.
@Andyaka Sí, las cosas están sucediendo simultáneamente con este circuito Señal --> 75--> resistencia de medición <--75<-- Otra señal. Por lo tanto, lamentablemente no se puede cambiar.
¿Qué ancho de banda de la señal?
Las señales de @Andyaka están ambas a 1.2Vpp 50kHz. uno a 0 grados y el otro a 180 grados. Variación ajustada del ancho de banda de 0,1 Hz en esas señales
No veo que cambiar sea un problema.
Puedes pagar el corte láser $$$
¿Es una señal diferencial que necesita una terminación diferencial de 150 ohmios? ¿Está tratando de medir la señal de modo común?
@Justin Estoy tratando de medir la resistencia como un método de cuatro cables Kelvin, pero como un método de CA, y de manera diferencial. La resistencia de medición no tiene curvas I versus V simétricas, por lo que sería complicado implementar un método de conmutación
Voto para cerrar porque está dejando de lado muchos detalles para permitirnos darle una respuesta útil.
¿Recorte digital por medios externos? ¿Híbrido cerámico cortado con láser?
@winny Me pregunto si funcionaría el recorte digital de una resistencia en paralelo con una resistencia de 75R 0.05% ohm. Seria del orden de 50k a 75k
Parece que vives diciéndonos lo que necesitamos saber para ayudar de verdad. Tienes algunos expertos de clase mundial aquí. Hacer el mejor uso de ellos es a menudo una buena idea.
@RussellMcMahon He dicho casi todo, además de circuitos integrados discretos, lo mejor que puedo hacer sin complicar demasiado todo es este esquema simplificado: imgur.com/a/CiTvj00 Necesito que coincidan los 75 ohmios para que las señales a través de la resistencia de 10 ohmios sean de magnitud simétrica . Editado a la publicación original
¿Te refieres a la resistencia de CC o la impedancia de CA?
Sin profundizar demasiado, esto suena como un enfoque de diseño deficiente
La distribución de probabilidad definitivamente cambiará. Pero sin conocer la distribución de probabilidad para empezar, es difícil decir CÓMO cambiará. Recortar parece más prometedor, aunque necesitará usar instrumentación bastante precisa para recortar con esa precisión.
Agregar más resistencias solo disminuirá la precisión, no la aumentará.
¿Cuántos de estos necesitas? ¿Puede comprar un paquete y probar cada uno con un ohmímetro de alta calidad?
@Joshua Sí, creo que ese puede ser el siguiente paso. Compre una vez Llore una vez por el ohmímetro de alta calidad que es

Respuestas (11)

No.

Porque la noción de promediar un montón de valores de resistencia solo funciona si puede estar seguro de que el error en sus valores es aleatorio y tiene una distribución de media cero.

Por lo general, ninguno de estos es el caso. Primero, porque las resistencias ya han sido seleccionadas por su valor en la fábrica. Segundo, porque no hay garantía de que lo que salga de la fábrica ese día no esté sesgado en una dirección u otra. Por lo tanto, es posible que un día obtenga muchas resistencias que tengan el valor correcto, al día siguiente pueden estar todas 75 Ω + 0.025 % , al día siguiente para que todos puedan ser 75 Ω 0.025 %

Debe diseñar su circuito para que se recorte o debe pagar las resistencias súper precisas. (Y tenga en cuenta que incluso el 0,05 % se está volviendo absurdamente preciso, y comenzará a ver todo tipo de efectos confusos debido a problemas térmicos y mecánicos. Bajar al 0,005 % empeorará las cosas).

Puede llegar hasta el 0,01% por poco dinero (quizás $1,00 cada uno). Consulte la serie Stackpole RNCF.
El 0,01% de 75 ohmios está muy por debajo de las tolerancias habituales de grabado de PCB. ¿Hay mejores PCB?
@fraxinus Creo que usar más cobre haría que la variación del proceso fuera menos significativa en este contexto.
Seguro. Teniendo en cuenta todos los factores, también se puede comprobar si hay termopares parásitos entre la soldadura y el cobre. Y probablemente otras cosas también.

Puede comprar redes de resistencias que tengan una característica de coincidencia superior en relación con la tolerancia. Sin embargo, 75 ohmios es bastante bajo para eso.

Vishay tiene sus excelentes resistencias de lámina de metal a granel en 75 ohmios con una tolerancia del 0,01 % y (igual de importante) una desviación de +/-2 ppm/°C.

Si está buscando un medio puente, puede recortar fácilmente el punto medio con una resistencia adicional que puede ser una parte barata del 0,1% y un potenciómetro cermet. Por ejemplo:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sin embargo, se mantendrá la deriva de 2 ppm/°C. Dos resistencias idénticas deberían seguir bastante bien si se mantienen muy cerca.

También habrá que tener cuidado con la inductancia a frecuencias tan altas y la precisión, 0,005% de 75 Ω mide solo 3.75m Ω . A 50 kHz eso representa alrededor de 12 nH, unos 10 o 15 mm de cable recto. Las resistencias bobinadas ordinarias son casi inútiles en esa situación. La penetración en el cobre es de ~0,3 mm a 50 kHz, por lo que el cable también tendrá más resistencia que en CC.

Francamente, la solución preferible para dividir un voltaje de CA cuando se requiere precisión es usar un transformador de relación . Puede obtener estabilidad en ppb, al menos un par de órdenes de magnitud mejor que las resistencias.

Gracias, sospecho que tendré que hacer algo similar a esto. Disculpe mi falta de conocimiento, pero ¿existen opciones discretas para transformadores de relación que sean más asequibles que el enlace en la imagen? Realmente estoy tratando de hacer las cosas discretamente.
Puede enrollar transformadores de relación fija en un núcleo de ferrita. Tales cosas tienden a ser costumbre.

Se garantiza que una resistencia de 0,05 % no supere la tolerancia de su valor nominal.

Cuando conecta, por ejemplo, cuatro resistencias en una disposición en serie y en paralelo para obtener el mismo valor, no hay nada que impida que todas sean altas o bajas, por lo que esto no reducirá la desviación en el peor de los casos.

Sin embargo, si toma muchos conjuntos de cuatro resistencias, se esperaría que la dispersión de la desviación total fuera más estrecha que para las resistencias individuales. El problema es que no estás interesado en las estadísticas de muchos conjuntos, solo estás interesado en el conjunto que tienes frente a ti.

El beneficio de comprar resistencias de tolerancia estrecha es que a menudo obtiene un tempco (coeficiente de temperatura de resistencia) mucho más ajustado y una mejor estabilidad a largo plazo que la que se ofrece con resistencias del 1%. Los fabricantes se dan cuenta de que no tiene sentido vender una resistencia de tolerancia estrecha si no se mantiene así con el tiempo y los cambios de temperatura. Esto le permite recortarlos manualmente a un equilibrio muy cercano y tener una esperanza razonable de que permanecerán equilibrados.

Con resistencias de 75 Ω, puede obtener un ajuste del 0,01 % poniéndolas en paralelo con resistencias del orden de 1 MΩ. Estas resistencias de corte no tienen que ser de alta tolerancia o tempco. Hay formas de medir el equilibrio de las resistencias con un DMM que tiene baja resolución, por ejemplo, la sustitución en un puente de Wheatstone.

¿Qué es un "tempco"? Buscarlo en Google solo me da varias marcas que usan eso como su nombre. ¿Es una abreviatura de "recubrimiento de temperatura"? ¿Por qué se correlacionaría eso con una especificación de tolerancia? ¿ Puede editar su respuesta para aclarar el significado de este término? ¡Gracias!
@CodyGray Sí, entiende tu punto. Cuando busque 'resistencia tempco', la primera explicación adecuada es 6 lugares por debajo de los resultados.
@CodyGray "tempco" = coeficiente de temperatura. Todas las resistencias cambiarán su resistencia si cambia la temperatura.
Todo cambia de una forma u otra con la temperatura. Todo puede ser un termómetro si tienes una forma de medir el cambio.
En realidad sugieres una solución. Si usa solo resistencias del mismo lote, aunque su precisión general no va a ser mejor, coincidirán mejor entre sí.

Puede llegar hasta el 0,01% por alrededor de $ 1 ~ $ 2 por resistencia con la serie de resistencias Stackpole RNCF.

Si necesita lograr un valor de resistencia absoluto, entonces promediar muchas resistencias no funcionará. Si solo necesita lograr una proporción, entonces sí, promediar muchas resistencias en una cuadrícula puede, en teoría, mejorar la tolerancia.

Pero el 0,005 % de 75 ohmios es 3,75 mili ohmios.

El problema es que incluso si pudiera obtener una resistencia de 0.005%, las huellas en su placa de circuito contribuirán con mucho más que 3.75 mOhms de error. El cobre estándar de 1 oz en una placa de circuito tiene una resistencia de 0,5 mOhms por cuadrado. Entonces, una traza de 10 mil de ancho por 100 mil de largo contribuirá con 5 mOhms de resistencia de cobre a su circuito. Todas las trazas, el cableado, las juntas de soldadura y las vías juntas pueden contribuir mucho más.

Incluso si tuvo en cuenta las resistencias traza mediante un diseño cuidadoso; el cobre tiene un coeficiente de temperatura muy alto (como 0,393 % por grado C), por lo que el valor de la resistencia variará mucho con la temperatura. Además, una vez que pasa corriente a través de su resistencia de 75 ohmios, su valor variará también con la temperatura (pero no tanto como el cobre).

Además, el grosor del cobre en un PWB también tiene mucha tolerancia.

Básicamente, su única opción es usar una resistencia cercana a los 75 ohmios (como 73.2) y luego usar un potenciómetro de ajuste pequeño (como 5 ohmios). Asegúrese de utilizar un potenciómetro de ajuste de varias vueltas para poder realizar ajustes precisos.

Para realizar los ajustes con el potenciómetro, es posible que deba agregar algunos puntos de prueba en el tablero para que pueda realizar una medición de resistencia de precisión. La ubicación de los puntos de prueba es crítica porque el valor cambiará según la cantidad de trazas por las que pasa la medición.

En segundo lugar, dado que el cobre de la placa, el potenciómetro de ajuste y la resistencia real se desviarán con la temperatura; es posible que deba mantener la placa en un entorno de temperatura controlada. Por lo general, esto se hace encerrando el circuito en una caja con un elemento calefactor para regular la temperatura. La medición del recorte y el ajuste del potenciómetro deben realizarse mientras la placa se encuentra a la temperatura regulada correcta.

Entonces, estás pensando que si pones diez resistencias de 750 ohmios en paralelo, la tolerancia resultante sería mejor. Esto solo sería cierto si tuviera un lote de resistencias que tuvieran una distribución gaussiana alrededor de la resistencia objetivo. Lo más probable es que este no sea el caso. Las tolerancias de fabricación a menudo harán que el promedio sea más alto o más bajo que el objetivo.

También debe considerar las variaciones de temperatura. La resistencia de tolerancia más estricta tendrá menos variación de temperatura.

Siento que debería haber una manera de unir dos resistencias. Para aplicaciones de divisor resistivo, los coeficientes de temperatura serían radiométricos, por lo que estaría bien
@Joshua: Tal vez, pero no sabemos si estás haciendo radiometría, por lo que no está bien. Podría ahorrar mucho tiempo si edita su pregunta para explicar su aplicación.
@Transistor Mi error, editado.
En realidad, la distribución no necesita ser gaussiana. Para ser predecible, la media tendría que coincidir con el objetivo como se indica, pero las distribuciones simplemente necesitan ser iid para seguir el comportamiento de la raíz cuadrada inversa para reducir la desviación estándar. Por lo general, una resistencia no recortada tendrá una distribución gaussiana, pero una resistencia recortada tendrá algo que se acerque a una distribución uniforme.
Incluso con una distribución gaussiana con un promedio que no se desvía, ¿cuánto mejor sería (en promedio) para 10 resistencias? Sqrt(10) = 3,2 veces mejor?

Al principio, necesitaría saber cómo se lleva a cabo el proceso de fabricación. Las resistencias se producen en el mismo lote y luego se miden y clasifican. En cada bin se tiran según su tolerancia. Por ejemplo +/1 %, +/-0,5 %, +/-0,1 %,... En el intervalo de +/-1 % nunca encontrará un resistor que esté cerca del valor nominal, podría ser +0,5 % a +1% o -1% a -0.5%.

En cuanto a su pregunta, hay una distribución gaussiana:

mi t o t a yo = 1 norte mi 1 2 + mi 2 2 + mi 3 2 + . . . mi norte 2

Esto sería válido solo si todas las resistencias cayeran en el mismo contenedor, pero también si tiene a mano las resistencias del contenedor más preciso. Para todos los demás, esto no es válido porque ya faltan las tolerancias.

EDITAR:

Por ejemplo: Poniendo 10 resistencias en paralelo, desde un contenedor más preciso, dentro de ese lote, obtienes:

mi t o t a yo = 1 10 10 mi = 0.32 mi

+1 por esto. Es un viejo adagio de ingeniería que las resistencias marcadas en una tolerancia determinada no estarán dentro de un mejor rango de tolerancia, porque se probó fuera de ese rango, o de lo contrario se habrían comercializado como tales.
@CCTO: Solía ​​​​pensar que esto siempre era cierto, y por la misma razón, a saber, que se podía ganar más dinero comercializando el componente con una tolerancia más estricta. Pero hace unas semanas, me encontré con un lote de resistencias 0603 al 5 % que desafiaban esta creencia. Probé algunas docenas con el mismo DMM, y ninguno de ellos fue peor que el 0,2% de error. No solo eso, sino que todos los errores tenían la misma polaridad, por lo que era predominantemente un error sistemático. Me sorprendió bastante.
@FrontRanger Tienen todos los derechos para empacar todo en el mismo contenedor. Podría ser que el proceso tuviera esta desviación del 0,2 % y simplemente descartaron este lote y lo vendieron con una tolerancia del 5 %.
@MarkoBuršič Solo para aclarar su ejemplo: si tiene diez resistencias del 5% en paralelo, ¿la tolerancia lograda es 0.32 (5) = 1.6%?
@Ss No. Lea mi respuesta: al contenedor del 5% ya le faltan esas resistencias precisas, por lo que la probabilidad de desviación de ese 5% no sigue una distribución gaussiana, la fórmula es válida solo para la distribución gaussiana.
@CCTO: Miro las resistencias del 10 % que teníamos en el laboratorio de física que estaban agotadas al comienzo del semestre, luego alguien cocinó una y esa simplemente no lo era.

No.

Debería comenzar con resistencias de precisión y luego medirlas en un puente para asegurarse de tener un par coincidente.

Tenga en cuenta que las resistencias se miden antes de que se les asigne la tolerancia. Se garantiza que una resistencia del 20% tendrá al menos +/- 10% de descuento. Se garantiza que una resistencia del 10% tendrá al menos +/- 5% de descuento. Lo mismo ocurre con el 5 % y el 1 %, y todo el camino hasta la mejor resolución que vende la empresa.

¡Sí!

... pero puede volverse poco práctico hacerlo muchas veces. Según lo declarado por @timwescott, la noción de que los valores reales de la resistencia tienen una distribución de media cero dentro del rango de tolerancia es falsa. Sin embargo, puede comprar 100 resistencias y medirlas todas, seleccionar 2 (o más) con variaciones opuestas y usarlas para lograr la precisión deseada.

  1. Puede lograr una tolerancia lo suficientemente alta en muchos circuitos comprando una gran cantidad de resistencias con un solo pedido y midiéndolas todas (agrupación).

  2. Alternativamente, para evitar la medición, puede intentar lograr una distribución con una media más cercana al valor nominal de la resistencia comprando muchas resistencias de muchos lotes o fábricas y mezclándolas antes del muestreo aleatorio.

No veo por qué este tipo de agrupamiento manual sería preferible a comprar resistencias de precisión recortadas con láser o simplemente insertar un potenciómetro de ajuste en el diseño.
Tiene razón y mi respuesta no es la más práctica, pero responde la pregunta OP como se indica.
@CodyGray ver arriba: publicar este comentario para corregir mis fallas al activar las referencias de los usuarios.
@TimWescott ver arriba: publicar este comentario para corregir mis fallas al activar las referencias de los usuarios.

No.

Pero puede comprar un montón de resistencias razonablemente buenas y medirlas con precisión a un par de temperaturas. En el grupo, seguramente tendrás dos iguales. Ese es especialmente el caso si no le importa que ambos tengan un valor preciso (entonces el número esperado de resistencias requeridas es de precisión cuadrática), pero solo le importa que estén cerca uno del otro (eso es solo lineal). Es probable que las resistencias de la misma serie de fabricación también tengan características térmicas similares, por lo que sus posibilidades no son tan malas.

Entonces solo necesita asegurarse de que estén a la misma temperatura, por lo que probablemente se coloquen muy cerca uno del otro físicamente y posiblemente también se peguen (con termopasta) a un solo disipador de calor.

¿Por qué ayudarían características térmicas similares? ¿No sería el mejor signo opuesto (pero de igual magnitud)?
@PeterMortensen Bueno, si leí la pregunta correctamente, el OP necesita dos resistencias que tengan ~ 75 ohmios, pero están muy cerca una de la otra. Así que tener dos resistencias de 75,1 a 20 grados y 74,9 a 80 grados está bien para él. Y en ese caso, necesita (1) características térmicas idénticas y (2) asegurarse de que la temperatura sea igual. ¿O lo leí mal?

Sin embargo, esto es CA y para controlar la 'amplitud' de una onda sinusoidal, debe usar una inductancia y no una resistencia (que funciona solo en CC según la ley de Ohm). Los cálculos diferirán en consecuencia, por lo que idealmente se usaría una inductancia de bobina y se tomaría el punto medio para obtener dos ondas sinusoidales de igual amplitud. A continuación, puede ser tan preciso como desee y crear un tipo/tamaño de cable de cálculo de inductancia específico/etc.

No. Muchos circuitos, que funcionan, no funcionarían si la resistencia (redes) no cambiara la amplitud de las señales de CA.
@ Waveform01, los potenciómetros de mis guitarras eléctricas, radios, generador de señales y osciloscopio "controlan la amplitud" de las señales alternas. La ley de Ohm se aplica a la resistencia sin importar si es CC o CA. Se requiere alguna corrección en su forma de pensar. Puedes editar tu publicación para corregirla. Bienvenido a EE.SE.

es una loteria Con dos resistencias en paralelo, en el peor de los casos, no harán ninguna diferencia porque su polarización será idéntica. En el mejor de los casos compensarán perfectamente, siendo su sesgo opuesto. La mayoría de las veces tendrás algo en el medio.

Para aumentar sus posibilidades de tener resistencias complementarias, debe comprarlas de dos fabricantes diferentes.

Bueno, antes que nada, usando solo una resistencia, en el peor de los casos no hará ninguna diferencia porque tendrá la peor variación. En el mejor de los casos, será perfecto por sí solo. La mayoría de las veces tendrás algo en el medio. - por lo que la parte de dos resistencias en paralelo es algo inútil
Segundo: dos R en paralelo pueden tener una desviación de +MAX o -MAX. Incluso comprando de diferentes fuentes, no tienes idea de qué desviación será... qué tan grande y en qué dirección. Incluso al comprar de múltiples fuentes, puede obtener todo +x o todo -y y no puede comprar 2 de 2 proveedores, conectarlos en paralelo y vivir felices para siempre. La única razón para conectar más de lo necesario y/o comprar deliberadamente de diferentes fuentes es cuando los va a medir y combinar manualmente antes de usarlos y cuenta con obtenerlos de varios lotes para obtener una mayor distribución.
@quetzalcoatl Estoy de acuerdo. No estoy defendiendo este método.