Distribución de valores de componentes con una tolerancia dada?
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Supongamos que tengo una colección de piezas con el mismo valor nominal y cierta tolerancia, digamos resistencias de tolerancia de 50 ohmios al 1%. ¿Qué distribución de valores de componentes reales puedo esperar? Puedo imaginar varias definiciones:
Las partes siguen una distribución normal con desviación estándar 0.5 Ohms
El 95% de las piezas estarán dentro de 0.5 ohmios del valor nominal
El 100% de las piezas estará dentro de 0,5 ohmios del valor nominal
...
¿Cuál es la definición técnica real de tolerancia de componentes?
Mi razón para preguntar es que deseo simular muchas instancias de un circuito en particular, cada vez que seleccione valores de componentes 'realistas', para determinar qué variación en el rendimiento del circuito final puedo esperar, en función de las tolerancias de los componentes pasivos subyacentes.
No puede hacer suposiciones sobre la distribución dentro del rango especificado. 50 Ω ± 1% significa exactamente eso. Dado que el 1% de 50 Ω es de 500 mΩ, el fabricante dice que cualquier resistencia que obtenga será de 49.5 Ω a 50.5 Ω. No puedes leerlo o asumir más que eso.
Adicional:
Algunas personas han señalado que han obtenido valores estrechamente agrupados de un lote. Yo también lo he visto. Sin embargo, eso no cambia nada.
Dependiendo del tipo de pieza y los procesos de fabricación, prueba y agrupación, puede obtener una distribución ajustada dentro de un lote. Pero la palabra más importante es "poder" . No hay garantía, y solo porque un lote estaba ajustado, no se pueden hacer suposiciones sobre el siguiente lote.
Considere algunos escenarios de fabricación diferentes:
El proceso de producción tiene buena tolerancia, por lo que las piezas se fabrican con valores específicos. Cada parte se prueba y se descarta el extraño excepcional. En este caso, probablemente obtenga algo como una distribución normal. Sin embargo, el centro podría no estar en el centro del rango, dependiendo de la temperatura, la fase de la luna y las especies de peces muertos que ondeaban sobre el equipo durante la carrera.
El fabricante vende diferentes grados de tolerancia, y la alta tolerancia tiene un precio más alto. Digamos que el equipo puede fabricar resistencias de 1% de manera confiable, pero no tan ajustadas como 0.1% de manera confiable. En este caso, el fabricante mide cada unidad y las que están dentro de .1% están etiquetadas y vendidas como tales y el resto están etiquetadas y vendidas como 1%.
En este escenario, las partes de .1% probablemente tengan una distribución bastante uniforme en su rango. Las partes del 1% tienen una distribución más normal, excepto que hay una brecha dentro del .1% del valor ideal.
El proceso de producción tiene una amplia variación. Cada parte se prueba y se vende como el valor dentro del cual cae. En este caso, obtendría una distribución bastante uniforme dentro de cada banda de tolerancia, pero puede tomar una gran cantidad de partes para ver esa distribución.
Cuando no sabe nada sobre el proceso de fabricación, no hay nada que pueda asumir aparte de que cada parte estará en algún lugar dentro del rango especificado. Debe considerar el valor de cada parte como un evento aleatorio no correlacionado por separado. A veces, de hecho, puede haber alguna correlación entre las partes secuenciales, pero como no sabe cuándo es eso, todavía tiene que asumir que no existe. Incluso si mide un lote y encuentra una correlación, el siguiente lote es un evento aleatorio separado para el cual los datos del lote anterior no están relacionados. De nuevo, no puedes asumir nada.
En resumen, si necesita saber más que la precisión especificada por el fabricante, debe medir cada parte individualmente .
Cada vez que lanza una moneda, el resultado es aleatorio y no correlacionado con otros tiempos, pero aún puede obtener 3 caras seguidas con la suficiente frecuencia como para parecer un patrón si no lo piensa con cuidado.
Agregaría que se debe a que la tolerancia no se calcula estadísticamente, pero es probable que sea el resultado de un proceso de prueba posterior a la fabricación que debe garantizar (al menos para las comprobaciones puntuales) el respeto de la tolerancia
clabacchio
1
@olin, no estoy de acuerdo, si ordena un gran número del mismo lote, su precisión será la indicada, pero su precisión a menudo es mucho mejor. Al comprar un gran grupo de resistencias del 10%, he encontrado que las resistencias coincidían entre sí dentro del .5%. Estoy de acuerdo, no puede hacer suposiciones generales, pero este es un efecto que buscaría en un lote grande que se compra. Estoy de acuerdo en que no puede depender de esa precisión en un diseño.
Kortuk
@olin al segundo Kortuk, solía trabajar en una tienda de repuestos solicitando componentes. Teníamos la tendencia de comprar barato cuando vendíamos a los estudiantes, pero en cualquier paquete que ordenamos, cada resistencia era casi idéntica. Sin embargo, muchas veces estaban todos en el extremo del porcentaje que se anunciaba.
Kellenjb
Cuando compro resistencias normales del 5%, en realidad están dentro del 1% de sus valores. Y todos los artículos de la misma serie son casi idénticos. Sospecho que esto se debe al proceso de fabricación particular de que aquí es posible una desviación de más del 1%, pero en realidad improbable.
Al Kepp
4
Probablemente tenga que caracterizar distribuciones basadas en productos del mundo real del tipo con el que está tratando.
La marca importa.
Los fabricantes competentes pueden mejorar enormemente las normas de la industria.
Nunca confíe en todos los elementos agrupados con tanta fuerza como la mayoría.
Olin tiene razón (por supuesto), pero algo de experiencia de campo y comentarios generales pueden ser de interés y posiblemente valiosos.
Probablemente pueda esperar que procesos como el establecimiento de valores de resistencia se agrupen normalmente alrededor del valor nominal PERO no tiene certeza de esto.
Tenía una gran cantidad de resistores de película metálica de orificio pasante de Philips en los días en que el orificio pasante era casi actual y Philips no había vendido la maquinaria que los hizo a alguien en América del Sur (creo que sí).
Estos tenían una calificación del 5%, pero al ser una película de metal y ser Philips, la precisión real generalmente era mucho mejor. En los viejos tiempos, solía poder seleccionar una resistencia de elección por medición: se extendían bastante bien en el rango nominal o más allá. Pero estas resistencias tenían casi un +/- 1% o más o menos. Encontrar una resistencia en medio era difícil de hacer.
Uno se pone culpable. Un día até un circuito y usé valles de resistencia donde el 1% estaba bien. Tuve problemas con la precisión y me tomó un tiempo descubrir que había elegido una resistencia que estaba fuera del valor central. Veru inusual pero ....
PERO
Los LED suelen tener una s [lectura de Vf (tensión directa) muy amplia. Tanto es así que están agrupados pero aún son muy anchos. Quizás, en general, un LED puede ser clasificado como 2.9 - 3.7V Vf. Pocos en los extremos, pero probablemente una distribución más amplia y plana de lo normal. En los últimos años, he tenido muchos LED de Nichia y he probado LED de numerosos fabricantes, una marca conocida y nunca conocida. ¡Los nunca escuchados de los que en gran medida no quieres escuchar! Terminamos usando un LED Nichia "Raijin" en un volumen razonable = NSPWR70CSS-K1. Nichia fue cooperativa en el suministro de datos más de lo habitual. Una hoja mostraba distribuciones de Vf para varios cientos de miles de LED tomados de la producción en curso. Según recuerdo, se agrupan a 2.95 +/- 0.05V para aproximadamente el 99% de la producción. Hay algunos valores atípicos, pero son muy pocos y están muy lejos. Tal agrupamiento apretado de Vf es muy, muy inusual. También sucede que es el mejor LED de su clase en cuanto a eficiencia que he visto. Ahora hay mejores, pero durante varios años fue el mejor. Solo tiene 50 mA.
ENTONCES:
Probablemente tenga que caracterizar las distribuciones basadas en productos del mundo real del tipo con el que está tratando.
La marca importa.
Los fabricantes competentes pueden ignorar por completo las normas de la industria.
Nunca confíe en todos los elementos agrupados con tanta fuerza como la mayoría.
En mi opinión, realmente debería llamarse precisión del 1% y, a menudo, tiene una precisión mucho mayor. La mayoría de las personas que conozco las llaman resistencias de precisión al 1%, lo que no es técnicamente correcto para lo que recibe. Sin embargo, estoy de acuerdo, no puedes confiar en él, ya que creo que también fue el punto de Olins.
Kortuk
2
Depende de a quién le compre sus componentes. Si un fabricante cita sus partes para tener una tolerancia del 1%, entonces puede esperar que prácticamente todas sus partes estén dentro de esa especificación. Es posible que una parte esté fuera de especificaciones, pero sería mucho menos del 5%, probablemente más como una en unos pocos millones y es poco probable que salga por mucho.
En general, debe ir por la hoja de datos. Si la hoja de datos de la parte en particular especifica que la tolerancia de las partes sigue una distribución gaussiana, entonces podría suponer eso. De lo contrario, podría ser el caso, pero no está garantizado.
Además, piense en cómo los fabricantes podrían producir resistencias. Por ejemplo, un fabricante puede tener líneas de producción separadas para piezas de valor idéntico con diferentes tolerancias, digamos una línea de 1kOhm 1%, una línea de 1kOhm 5% y una 1kOhm 0.1%. Alternativamente, pueden producir todas las piezas del mismo valor en una sola ejecución y utilizar algún procedimiento automatizado para extraer las piezas mejor especificadas que se venderán como piezas de mayor tolerancia. Por ejemplo, todas las partes podrían crearse como resistencias de 1kOhm al 5%. Entonces, los que caen dentro del 1% de especificación pueden etiquetarse y venderse como resistencias de 1%, mientras que el resto se vende como resistencias de 5%. Esto llevaría a que sus resistencias del 5% sean muy improbables de coincidir con una resistencia cercana al valor objetivo (1kOhm). No estoy diciendo que así es como lo hacen los fabricantes, no estoy seguro, pero es posible.
Dave Jones hizo un gran video blog sobre este tema, es un gran reloj ... aquí está el enlace (s):
Probablemente tenga que caracterizar distribuciones basadas en productos del mundo real del tipo con el que está tratando.
La marca importa.
Los fabricantes competentes pueden mejorar enormemente las normas de la industria.
Nunca confíe en todos los elementos agrupados con tanta fuerza como la mayoría.
Olin tiene razón (por supuesto), pero algo de experiencia de campo y comentarios generales pueden ser de interés y posiblemente valiosos.
Probablemente pueda esperar que procesos como el establecimiento de valores de resistencia se agrupen normalmente alrededor del valor nominal PERO no tiene certeza de esto.
Tenía una gran cantidad de resistores de película metálica de orificio pasante de Philips en los días en que el orificio pasante era casi actual y Philips no había vendido la maquinaria que los hizo a alguien en América del Sur (creo que sí).
Estos tenían una calificación del 5%, pero al ser una película de metal y ser Philips, la precisión real generalmente era mucho mejor. En los viejos tiempos, solía poder seleccionar una resistencia de elección por medición: se extendían bastante bien en el rango nominal o más allá. Pero estas resistencias tenían casi un +/- 1% o más o menos. Encontrar una resistencia en medio era difícil de hacer.
Uno se pone culpable. Un día até un circuito y usé valles de resistencia donde el 1% estaba bien. Tuve problemas con la precisión y me tomó un tiempo descubrir que había elegido una resistencia que estaba fuera del valor central. Veru inusual pero ....
PERO
Los LED suelen tener una s [lectura de Vf (tensión directa) muy amplia. Tanto es así que están agrupados pero aún son muy anchos. Quizás, en general, un LED puede ser clasificado como 2.9 - 3.7V Vf. Pocos en los extremos, pero probablemente una distribución más amplia y plana de lo normal. En los últimos años, he tenido muchos LED de Nichia y he probado LED de numerosos fabricantes, una marca conocida y nunca conocida. ¡Los nunca escuchados de los que en gran medida no quieres escuchar! Terminamos usando un LED Nichia "Raijin" en un volumen razonable = NSPWR70CSS-K1. Nichia fue cooperativa en el suministro de datos más de lo habitual. Una hoja mostraba distribuciones de Vf para varios cientos de miles de LED tomados de la producción en curso. Según recuerdo, se agrupan a 2.95 +/- 0.05V para aproximadamente el 99% de la producción. Hay algunos valores atípicos, pero son muy pocos y están muy lejos. Tal agrupamiento apretado de Vf es muy, muy inusual. También sucede que es el mejor LED de su clase en cuanto a eficiencia que he visto. Ahora hay mejores, pero durante varios años fue el mejor. Solo tiene 50 mA.
ENTONCES:
Probablemente tenga que caracterizar las distribuciones basadas en productos del mundo real del tipo con el que está tratando.
La marca importa.
Los fabricantes competentes pueden ignorar por completo las normas de la industria.
Nunca confíe en todos los elementos agrupados con tanta fuerza como la mayoría.
fuente
Depende de a quién le compre sus componentes. Si un fabricante cita sus partes para tener una tolerancia del 1%, entonces puede esperar que prácticamente todas sus partes estén dentro de esa especificación. Es posible que una parte esté fuera de especificaciones, pero sería mucho menos del 5%, probablemente más como una en unos pocos millones y es poco probable que salga por mucho.
En general, debe ir por la hoja de datos. Si la hoja de datos de la parte en particular especifica que la tolerancia de las partes sigue una distribución gaussiana, entonces podría suponer eso. De lo contrario, podría ser el caso, pero no está garantizado.
Además, piense en cómo los fabricantes podrían producir resistencias. Por ejemplo, un fabricante puede tener líneas de producción separadas para piezas de valor idéntico con diferentes tolerancias, digamos una línea de 1kOhm 1%, una línea de 1kOhm 5% y una 1kOhm 0.1%. Alternativamente, pueden producir todas las piezas del mismo valor en una sola ejecución y utilizar algún procedimiento automatizado para extraer las piezas mejor especificadas que se venderán como piezas de mayor tolerancia. Por ejemplo, todas las partes podrían crearse como resistencias de 1kOhm al 5%. Entonces, los que caen dentro del 1% de especificación pueden etiquetarse y venderse como resistencias de 1%, mientras que el resto se vende como resistencias de 5%. Esto llevaría a que sus resistencias del 5% sean muy improbables de coincidir con una resistencia cercana al valor objetivo (1kOhm). No estoy diciendo que así es como lo hacen los fabricantes, no estoy seguro, pero es posible.
Dave Jones hizo un gran video blog sobre este tema, es un gran reloj ... aquí está el enlace (s):
Parte 1 - resistencias gaussianas eevblog-215
Parte 2 - eevblog-216-gaussian-resistor-redux
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