¿Hay alguna forma de promediar las resistencias para obtener una tolerancia de resistencia global más ajustada?

Question

Tengo una muy sensible, nivel de frecuencia de kHz, aplicación en la que necesito dos resistencias emparejados de la misma resistencia mejor que 0,05%. Como tal vez por una magnitud (0,005%).

Básicamente estoy necesitando emparejar dos resistencias para formar un puente diferencial con el fin de medir una resistencia específica. 50 kHz 180 grados señal 75 ohm Resistor 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 simétricas en magnitud.

Puedo comprar dos resistencias de 75 ohmios y 0,05%, pero, para obtener una tolerancia inferior a esa, ¿hay alguna forma de hacer un circuito que utilice toda una serie de resistencias de 0,05% y luego las promedie para obtener un mejor rendimiento?

Answer 1

No.

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

Por lo general, no ocurre ni lo uno ni lo otro. Primero, porque las resistencias ya han sido seleccionadas por su valor en fábrica. Segundo, porque no hay garantía de que lo que sale de fábrica ese día no está sesgada en un sentido u otro. Por lo tanto, un día puede tener un montón de resistencias con el valor correcto y al día siguiente todas con el mismo valor. \$75\Omega + 0.025\%\$ el día después de que todos ellos pueden ser \$75\Omega - 0.025\%\$

O diseñas tu circuito para que se pueda recortar, o tienes que pagar por las resistencias superprecisas. (Y ten en cuenta que incluso un 0,05% es una precisión absurda, y empezarás a ver todo tipo de efectos de confusión debidos a problemas térmicos y mecánicos. Llegar al 0,005% empeorará las cosas).

Answer 2

Se pueden comprar redes de resistencias con características de adaptación superiores en relación con la tolerancia. Sin embargo, 75 ohmios es bastante bajo para eso.

Vishay tiene su excelente resistencia de lámina metálica s en 75 ohmios con una tolerancia del 0,01% y (lo que es igual de importante) una deriva de +/-2ppm/°C.

Si buscas un medio puente puedes recortar fácilmente el punto medio con unas resistencias adicionales que pueden ser una pieza barata del 0,1% y un trimpot de cermet. Por ejemplo:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Sin embargo, la deriva de 2ppm/°C se mantendrá. Dos resistencias idénticas deben seguir bastante bien si se mantienen en estrecha proximidad.

También tendrá que tener cuidado con la inductancia a frecuencias tan altas y la precisión, 0,005% de 75 \$\Omega\$ es de sólo 3,75 m \$\Omega\$ . A 50kHz eso representa alrededor de 12nH, unos 10 o 15mm de cable recto. Las resistencias de alambre 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 una tensión alterna cuando se requiere precisión es utilizar un transformador de relación . Se puede conseguir una estabilidad en el ppb, al menos un par de órdenes de magnitud mejor que las resistencias.

Answer 3

Se garantiza que una resistencia del 0,05% no difiere más de esa tolerancia de su valor nominal.

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

Sin embargo, si se tomaran muchos conjuntos de cuatro resistencias, se esperaría que la dispersión de la desviación total fuera más ajustada que para las resistencias individuales. El problema es que no te interesan las estadísticas de muchos conjuntos, sólo te interesa el conjunto que tienes delante.

La ventaja de comprar resistencias de tolerancia ajustada es que a menudo se obtiene un tempco (coeficiente de temperatura de resistencia) mucho más ajustado y una mejor estabilidad a largo plazo que la que ofrecen las resistencias del 1%. Los fabricantes se dan cuenta de que no tiene sentido vender una resistencia de tolerancia ajustada si no se mantiene así con el tiempo y los cambios de temperatura. Esto permite ajustarlas manualmente a un equilibrio muy próximo y tener una esperanza razonable de que se mantengan equilibradas.

Con resistencias de 75 Ω, puedes conseguir un ajuste del 0,01% poniéndolas en paralelo con resistencias del orden de 1 MΩ. Estas resistencias de ajuste no tienen por qué ser de alta tolerancia o tempco. Hay formas de medir el balance de resistencias con un DMM que a su vez tiene baja resolución, por ejemplo la sustitución en un puente de Wheatstone.

Answer 4

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

Si necesitas alcanzar un valor de resistencia absoluto, no te servirá de nada promediar muchas resistencias. Si sólo necesitas alcanzar una relación, entonces sí, promediar muchas resistencias en una rejilla puede, en teoría, mejorar la tolerancia.

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

El problema es que incluso si pudieras conseguir una resistencia del 0,005%, las trazas de tu placa de circuito van a contribuir con mucho más que 3,75 mOhms de error. El cobre estándar de 1 onza en una placa de circuito tiene una resistencia de 0,5mOhms por cuadrado. Así que 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.

El cobre tiene un coeficiente de temperatura muy alto (como 0,393% por grado C), por lo que el valor de la resistencia va a variar mucho con la temperatura. Además, una vez que pases corriente por la resistencia de 75 ohmios, su valor también variará con la temperatura (pero no tanto como el del cobre).

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

Básicamente su única opción es utilizar una resistencia cercana a 75 ohmios (como 73,2) y luego utilizar un pequeño potenciómetro trimmer (como 5 ohmios). Asegúrate de usar un potenciómetro de varias vueltas para poder hacer ajustes finos.

Para realizar realmente los ajustes con el potenciómetro puede que necesites añadir algunos puntos de prueba en la placa para que puedas realizar una medición precisa de la resistencia. La ubicación de los puntos de prueba es crítica porque el valor cambiará en función de cuántas trazas atraviese la medición.

En segundo lugar, dado que el cobre de la placa, el potenciómetro de ajuste y la resistencia real variarán con la temperatura, es posible que tenga que mantener la placa en un entorno de temperatura controlada. Normalmente esto se hace encerrando el circuito en una caja con un elemento calefactor para regular la temperatura. La medición y el ajuste del potenciómetro deben hacerse cuando la placa esté a la temperatura regulada correcta.

Answer 5

Entonces, estás pensando que si pones diez resistencias de 750 ohmios en paralelo, la tolerancia resultante sería mejor. Esto sólo sería cierto si tuvieras un lote de resistencias con una distribución gaussiana en torno a la resistencia objetivo. Lo más probable es que éste no sea el caso. Las tolerancias de fabricación suelen hacer que la media sea superior o inferior al objetivo.

También hay que tener en cuenta las variaciones de temperatura. La resistencia de tolerancia más ajustada tendrá menos variación de temperatura.