Dlaczego tolerancje rezystorów są względne zamiast bezwzględnych?

Każdy rezystor ma tolerancję, co daje użytkownikowi pojęcie o dokładności produktu. Tolerancję tę reprezentuje procent. Oznacza to: rezystor o dużej wartości będzie mniej dokładny niż mały rezystor o tej samej tolerancji.

100 Ω 10 % ∈ [ 90 Ω , 110 Ω ] →

Rezystor 100% 10% będzie bliższy 100Ω niż 1kΩ 10% będzie zbliżony do 1kΩ.

Dlaczego? Ponieważ oporniki o wysokiej wartości są trudniejsze do wyprodukowania niż małe? Jeśli nie, dlaczego tolerancja jest procentem, a nie stałą ilością omów? Dlaczego tolerancja jest względna, a nie absolutna?

Te pytania dotyczą również kondensatorów, ale jestem pewien, że odpowiedź będzie taka sama.

Spróbuję to dla ciebie uprościć ... Mam nadzieję, że się uda.

Jeśli wyobrażasz sobie wykonanie rezystora przez cięcie kawałków materiału, powiedzmy, że jest to specjalna metalowa folia;

Chcesz, aby twój rezystor zmieścił się w użytecznym pudełku, w przeciwnym razie nie ma sensu, więc nie możesz robić super długich pasków lub niesamowicie krótkich. Więc używasz folii o różnej grubości tego samego metalu.

Teraz powiedzmy, że masz kilka grubości, każda grubość jest dziesięć razy mniej oporna niż ta, która jest o jeden stopień cieńsza. Wszystkie muszą mieć długość 10 mm, aby pasowały do ​​twojego pudełka, abyś mógł odciąć tylko standardową szerokość paska, powiedzmy 5 mm.

Jeśli chcesz zrobić 10 Mohm, bierzesz najcieńszy i musisz usunąć połowę jego szerokości. Musisz więc usunąć 2,5 mm. Jeśli materiał działa liniowo, co zakładamy dla ułatwienia, oznacza to, że „odciąłeś” 10 Mohmów w 2,5 mm. Usunięcie mniej więcej 10 omów oznaczałoby cięcie z dokładnością (nawiasy klarowne dla uporządkowania, a nie dlatego, że są potrzebne):

(10/10000000) * 2,5 mm = 2,5 nm.

2,5 nm jest mniejsze niż to, co możemy zrobić w technologii układów krzemowych. Zapisany w metrach, to jest 0,0000000025 m, gdzie dla niewtajemniczonych jeden metr jest blisko jednego jarda lub mniej więcej wielkości długiego kroku dorosłego człowieka.

Jeśli chcesz uzyskać ten sam błąd 10 Ohm na rezystorze 100 Ohm, wziąłbyś folię, która jest pięć kroków w górę, co gdyby nadal była liniowa, dałoby ci około 50 Ohm (2 bity 100 Ohm równolegle), więc musiałbym ponownie odciąć 2,5 mm. Ale tym razem możesz wyciąć tylko dokładne, aby:

(10/100) * 2,5 mm = 0,25 mm.

To jest coś, co praktykujący może zrobić za pomocą nożyczek.

Widzisz tam różnicę trudności? Nożyczki kontra nie potrafią tego zrobić nawet w mikroczipach?

I wtedy dozwolone jest, aby pudełko twojego rezystora miało wymiary 10 mm x 5 mm, czyli około 10 razy więcej niż najczęściej używane typy w dzisiejszych czasach.

Teraz, oczywiście, oporniki nie są wytwarzane w warsztacie elfów pełnym rolek filmu metalowego ... już ... Udało nam się znacznie lepiej wytwarzać różne grubości różnych materiałów, więc jest coraz lepiej.

Ale ilustruje to sens, nawet gdybyś zastosował przycinanie laserowe we wszystkim, przycinanie do jednej części na milion, czyli 10 Ohm na 10 Mohm, będzie bardzo trudnym procesem, aby uzyskać spójność i nawet wtedy nadal twórz wiele części, które są przycięte lub niedopasowane.

Akceptując, że każdy proces inżynierii podlega statystykom i odsetkom, a także regułom średnim, możemy bardzo łatwo poradzić sobie z rezystorami o dokładności 10% lub 1% lub 0,1%, więc nie trzeba robić tego lepiej w większości przypadków.

Tylko wtedy, gdy potrzebujesz bardzo dokładnej referencji, co jest rzadkie, jeśli nie nazywasz się Fluke, Keysight, Keithley lub którykolwiek z tych innych, będziesz chciał, aby ktoś dał ci rezystor, który jest lepszy niż 0,001%, a są to zwykle duże płytki ceramiczne z bardzo dokładnie nałożonymi warstwami materiału oporowego, które następnie są cięte według bardzo dokładnej receptury i będą kosztować absurdalnie duże pieniądze, nawet teraz. Chociaż 0,01% w końcu zbliża się do niedrogiego.

Jest to raczej pytanie dotyczące inżynierii materiałowej lub produkcji. To zależy od technologii rezystora, a także od procesu produkcji. Źródło: Informacje na temat rezystorów chipowych

Rezystancja elementu mierzy jego przeciwieństwo przepływu elektrycznego, wyrażone w omach (Ω). Każdy materiał ma określoną rezystywność, która mierzy siłę tej opozycji. Dla równomiernego przekroju elementu rezystancja ® jest proporcjonalna do rezystywności materiału (ρ) i długości (L) oraz odwrotnie proporcjonalna do powierzchni (A).

$\rho$ jest stały, wynika to z rezystywności materiałów i prawdopodobnie nie jest to duży czynnik w tolerancji. Obszar ten jest prawdopodobnie łatwym do kontrolowania czynnikiem, ale ilość materiału, szczególnie wysokość, nie jest łatwo kontrolowana. Tak czy inaczej, z około 1% błędem, trawisz ten obszar laserem, jednocześnie mierząc opór, aby uzyskać precyzję, która wymaga czasu i kosztów trawienia. Ale proces jest taki sam dla dużych i małych rezystorów i masz ten sam błąd produkcyjny zarówno dla dużych, jak i małych.

Tolerancja jest ustalona pomiędzy rezystorem niezależnie od wartości ze względu na proces produkcyjny. Jak powiedziano w drugiej odpowiedzi, wynika to z użytych narzędzi lub materiałów. Te narzędzia lub materiały mają własną tolerancję, która odbija się echem na tolerancji rezystora.

Na tej stronie możesz dowiedzieć się nieco więcej o procesie produkcji rezystorów .