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[导读]构建可靠的硬件要求我们在设计阶段考虑所有公差。许多参考文献讨论了参数偏差导致的有源元件误差——展示了如何计算运算放大器失调电压、输入电流和类似参数的影响——但很少有人考虑无源元件容差。确实考虑了组件容差的参考文献是从科学家而不是电路设计人员的角度出发的。

构建可靠的硬件要求我们在设计阶段考虑所有公差。许多参考文献讨论了参数偏差导致的有源元件误差——展示了如何计算运算放大器失调电压、输入电流和类似参数的影响——但很少有人考虑无源元件容差。确实考虑了组件容差的参考文献是从科学家而不是电路设计人员的角度出发的。

但是,我们可以通过使用基本电路方程和组件的极限值来计算最坏情况值的范围,从而了解最坏情况设计,例如输出电压等电路参数可以在设备的整个生命周期内假设。最坏情况设计让组件采用广泛的值,从而产生广泛的解决方案;其中一些解决方案可能是不可取的。

被动元件公差计数

电阻器是所有电子电路中的基础,因此我们应该详细考虑它们。电阻器使用购买公差 P 指定,我们以百分比测量;流行的例子包括 0.5、1、2、5 和 10%。购买公差保证我们收到的电阻器在其标称值范围内。当我们购买电阻器时,它的值通常接近其极限,因为许多制造商在对电阻器进行分级时选择并移除分布的中心,作为其更严格的公差等级进行销售。

外部应力(例如焊接)会导致电阻值在组装过程中发生变化。因此,在完成组装离开工厂之前,电阻值可能会超出购买公差。组件值在其生命周期内不断变化,因为外部应力(例如温度、老化、压力、湿度、安装、阳光和灰尘)会改变组件的成分、尺寸和表面特性。在操作过程中经历的组件值变化称为漂移容差 D,我们可以用百分比来衡量它们。

表 1显示了估计的电阻器容差。请注意,购买公差与漂移公差是分开的,因为我们可以通过微调来减少或消除购买公差,但漂移公差发生在正常操作期间并会导致错误,除非系统在测量前执行校准。某些电阻器的漂移容差大于购买容差。

电阻器制造工艺及其操作环境决定了漂移容差。供应商使用稳定、受控的方法和抗漂移的材料制造公差更小的电阻器,因为过度的漂移会导致制造废品。将工厂漂移降至最低的严格工艺和材料控制技术可能无法将现场漂移降至最低。表 1中的漂移容差是 –25 至 +85°C 环境温度和合理外部应力的最差情况。除非制造商另有说明,否则温度漂移是不可预测的,电阻值会因温度升高而增加或减少。在使用较低的漂移容差之前,设计人员应咨询电阻器制造商。


最坏情况的电路设计包括元件公差,第一部分

电阻器通常表示为 R 1或 R 2。保留此命名法,我们可以将最终电阻值计算为 (1±T)R 1以获得最坏情况下的电阻值,其中 T 是以小数表示的总容差。我们使用加号/减号,因为公差的极性取决于外部条件、制造方法、材料和内部应力。在计算过程中,我们应该假设最坏情况下的容差极性。我们必须将单个电阻器的容差表示为正或负,使用产生最坏情况的计算,除非数据表规定所有电阻器都沿规定方向漂移。计算 R 1的绝对最坏情况最大值时=10 kΩ,5%,你应该使用(1+0.01(5)+0.01(5))R 1 =1.1R 1 =11 kΩ。该电阻器的绝对最坏情况最小值为 (1–0.01P–0.01D)R 1 =(1–0.05–0.05)R 1 =9 kΩ。

我们以相同的方式处理这些计算未详细讨论的电容器容差。由于供应商用于制造它们的方法完全不同,它们在电容器类型之间的差异比电阻器要大得多。电解电容器的采购公差通常为 80, –20%,但一些玻璃和 NPO 陶瓷电容器的采购公差为 1%。一般来说,除非制造商的数据表有不同的建议,否则最好将所有电容器容差增加三倍。这种做法在保守方面是错误的,但当你还没有完成作业时,这是一个很好的判断。


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