Probabilidad de tolerancia de componente

En la antigüedad, con las resistencias de composición de carbono, generalmente había una distribución razonable de valores: para los circuitos de "precisión", podría obtener instrucciones como "elegir entre sus resistencias de 100 ohmios para encontrar una de 95 ohmios" (en ese momento, las resistencias del 10% eran común, y el 20% podría estar disponible).

Ahora, con las resistencias de película metálica o de carbono, las resistencias se recortan al valor después de la fabricación, por lo que es probable que incluso las resistencias del 5 % estén dentro del 1 % del valor marcado.

Una vez medí unas 50 resistencias Philips de metal y película de carbono al 5 % y descubrí que la dispersión de los valores era inferior al 1 %.

El problema es que nadie lo sabe. Cada fabricante puede trabajar de manera diferente.

Puede preguntarle a un fabricante específico sobre una serie específica de resistencias, cómo se agrupan, pero ¿por qué revelarían esa información, ya que puede comprar piezas existentes con la precisión que necesite y pueden garantizarlo?

Puede obtener una distribución gaussiana centrada en 100 ohmios. O una distribución uniforme de 95 a 105 ohmios.

O, según el fabricante, es posible que ya hayan eliminado todas las resistencias que tienen una precisión del 1 % y del 2 % y las hayan vendido como resistencias del 1 % y el 2 %, por lo que es posible que solo le queden resistencias con al menos un 2 % por encima o 2% por debajo de 100 ohmios, pero aún dentro del 5% de 100 ohmios. O tal vez eliminó solo algunas resistencias porque podría no tener mucho sentido agruparlas todas en categorías de 1%, 2% y 5%. O tal vez están en la basura de todos modos, y venden lo que la gente necesita y, por lo tanto, gran parte de las resistencias al 1% y al 2% se venden más baratas junto con las resistencias al 5%.

La mayoría de las resistencias modernas se ajustan al valor y, en términos generales y según mi experiencia, generalmente se encuentran dentro de aproximadamente 1/3 de su tolerancia. Puede haber un sesgo (el promedio puede estar en un lado del valor nominal) debido a la forma en que su equipo está configurado y calibrado.

La razón por la que investigué esto fue para decidir si usar un método de ajuste más sofisticado para interactuar con los ajustes analógicos. Dado que las partes típicas estaban bastante cerca, tenía sentido agregar partes para anular la interacción típica (dentro de una fracción de la tolerancia del peor caso de la resistencia) para reducir el tiempo de ajuste en la fabricación. Hizo una gran diferencia, típicamente 1-2 iteraciones en lugar de 5 o más.

La única garantía que tiene es que el valor está dentro de la tolerancia a 25 ° C y que hay un cierto tempco. No se especifica el valor exacto que obtiene, y puede encontrar distribuciones normales con una desviación estándar de aproximadamente el 10% del límite de tolerancia, distribuciones multimodales o incluso valores tan cercanos entre sí que los multímetros baratos no pueden medir ninguna diferencia entre las partes adyacentes en la cinta.

Si desea hacer otras suposiciones en su diseño que no dependan de las especificaciones proporcionadas en la hoja de datos, debe calificar las piezas y, potencialmente, hacer una prueba entrante al 100 % o seleccionar piezas. En otras palabras, dependiendo de que el valor de la resistencia sea algo en particular, es una tontería. En cualquier simulación, querrá usar el valor nominal, así como los dos extremos del rango de tolerancia. Si el comportamiento del circuito no es monótono con respecto al valor de la resistencia, deberá utilizar más valores intermedios.

No he visto una resistencia del 5 % que esté fuera de +- 5 % del nominal o una hoja de datos que indique que la tolerancia sería algo más que un criterio de aceptación de "límite estricto". Pero tiene razón para algunos elementos. La marca del 5 % podría significar, por ejemplo, el punto 3 sigma de la distribución normal.

La forma de la distribución depende de la pieza y, por lo general, el fabricante no la revela, pero un escenario es que fabrican un lote con el objetivo de 100 ohmios, miden cada uno o un tamaño de lote seleccionado y luego los dividen en 0.5 %, 1 % y 5 % contenedores. Entonces, comprar una resistencia del 5 % tendría una distribución simétrica de 1-5 % más o menos del valor nominal, pero "nunca" dentro del 1 %.

Para las resistencias de precisión de la serie E96, etc., seguramente tiene más sentido recortar los valores. Pero con resistencias de 100 ohmios, puede elegir las afortunadas que caen dentro del 0,5% más o menos y podría venderlas todas de todos modos.

Otro escenario con resistencias del 5 % podría ser que no se controlen ni ajusten individualmente, pero en la práctica el proceso es lo suficientemente estable como para dar en el blanco si cada resistencia número 1000 está dentro de cierto límite.

La distribución de un cierto valor de un elemento a veces es una curva bastante compleja, especialmente si los elementos de mayor precisión se separan de la producción de menor precisión.

Por ejemplo, se puede obtener una curva cóncava porque los elementos con mejores valores se agrupan en el contenedor más caro.

La otra parte interesante de la distribución es que los elementos están garantizados dentro del 10%, 5% o 1% de su valor nominal cuando operan en algún intervalo de temperatura (bastante amplio).

También existe cierta distribución de los coeficientes de temperatura, por lo que la distribución de los valores puede ser diferente cuando los elementos se enfrían o se calientan.

Si prueba suficientes resistencias (millones) distribuidas en diferentes lotes de producción, terminará con algo parecido a una distribución normal centrada en el valor nominal. Es probable que las resistencias del mismo lote tengan un desplazamiento fijo, es decir, el valor medio no será exactamente de 100 ohmios.

Una resistencia de 95 ohmios está en el límite de lo defectuoso si la comercializa como de 100 ohmios +/- 5 %. Con los estándares de calidad modernos, es común algo así como una calidad de 5 sigma, lo que significaría que la posibilidad de encontrar una resistencia con un valor de <95 ohmios o >105 ohmios es menos de 1 en 3 millones, y el 68 % de las resistencias serán dentro de +/- 1 Ohm del valor nominal.