Hallo,
ich habe eine Frage an euch und ich hoffe ihr könnt mir helfen.
Ich habe ein Spannungsteiler aus 2 Metalschichtwiderständen mit 1%
Toleranz.
Nun soll bei einer Spannung U0 von 4.0V eine Spannung an R2 von 0.6V
abfallen.
Nun komme ich mit der Worst-Case Rechnung der Widerstände, dass ich
schon die 0.6V an R2 bei einer Spannung U0 von 3,91V bis 4,05V anliegen
habe. Wo bei unter 4.0V nicht so schlimm sind wie über 4.0V.
Nun hätte ich die möglichkeit um nicht über 4.0V zu kommen den Teiler so
zu verändern, dass im WC Fall ich nicht über 4.0V komme, wäre aber
leider nicht optimal.
Eine verwendng genauerer Widerstände ist nicht möglich.
Nun meine Frage gibt es eine Möglichkeit die Toleranzen zu minimieren?
Sebi schrieb:> Eine verwendng genauerer Widerstände ist nicht möglich.
Ohne Arme keine Kekse.
> Nun meine Frage gibt es eine Möglichkeit die Toleranzen zu minimieren?
Man könnte natürlich aus einer grösseren Menge 1%iger Widerstände
welche mit kleinerer Abweichung mit einem Präzisionsohmmeter
herausmessen. Allerdings ist die Schwankungsbreite durch Temperatur-
änderungen und Alterung bei 1%igen Widerständen auch grösser als
bei Widerständen mit kleinerer Toleranz.
SSebi schrieb:> Nun meine Frage gibt es eine Möglichkeit die Toleranzen zu minimieren?
Bei Verwendung in einem Spannungsteiler kann dir die Tolerenzen der
Einzelwiderstände ziemlich egal sein, solange sie korreliert sind.
Du könntest z.B. alles gleiche Widerstände aus der selben Charge
verwenden und den Spannungteiler daraus durch Parallel- und
Serienschaltung zusammen bauen.
Sebi schrieb:> Wie geht den die Industie mit solchen problemen um?
Passende Bauteile. Diskret aufgebaute Spannungsteiler mit <1% Toleranz
sind nicht so häufig gefragt und wenn, muss man sich eben mal die
besseren Widerstände gönnen.
Sebi schrieb:> Wie geht den die Industie mit solchen problemen um?
Man legt die Schaltung so aus, wie sie sein muss und nicht, wie die
BWLer gerne hätten. Und wenn die BWLler Druck ausüben, dann macht man's
halt schlecht. Und wenn dann reihenweise Ausschuss produziert wurde, und
die Geräte beim Kunden abbrennen, dann hat man hoffentlich noch die
Email, in der man genau davor gewarnt hat.
Klingt dumm? Ist es. Kommt das wirklich so vor? Ja; öfter als man denkt.
Sebi schrieb:> Wie geht den die Industie mit solchen problemen um?
Ich habe das bei eine 8-fach Analogeingabe, die Eingangswiderstände für
Bereiche von 0...1V, 0...10V und 0...20mA hatten und wo eine Genauigkeit
von 0,1% gefordert war, mal so gemacht:
- 0,25% Widerstände mit TK von 25ppm/°C genommen
- Nach der Fertigung werden die Geräte mit Nadelbettadapter und
Prüfautomaten getestet.
War das Gerät in Ordnung, legt das Prüfprogramm einen genauen
Referenzwert an den Eingang, startet über eine serielle
Diagnose-Schnittstelle das Abgleichprogramm dieses Kanals und
Messbereichs. Der mit Hilfe des AD-Wandlers ermittelte Korrekturwert
wird in einem EEPROM gespeichert und im Normalbetrieb verwendet. 24
Abgleiche (8 Kanäle mit jeweils 3 Bereichen) wurde so vollautomatisch
durchgeführt.
Das Ganze war dann deutlich billiger als die Verwendung von 40 Stck.
0,1%-Widerständen.
Wolfgang schrieb:> Bei Verwendung in einem Spannungsteiler kann dir die Tolerenzen der> Einzelwiderstände ziemlich egal sein, solange sie korreliert sind.
Ja, aber kein Hersteller garantiert dir das, auch nicht bei gleicher
Charge. Man kann nicht mal von einer gegebenen Verteilung ausgehen, um
so stochastische Effekte zu nutzen.
HildeK schrieb:> Ja, aber kein Hersteller garantiert dir das, auch nicht bei gleicher> Charge.
Ein Hersteller garantiert das nur, wenn du von ihm entsprechend gering
tolerierte Widerstände kaufst.
Aber diese einfachste Lösung hatte der TO schon ausgeschlossen. ;-)
HildeK schrieb:> Ja, aber kein Hersteller garantiert dir das, auch nicht bei gleicher> Charge.
Der Hersteller kann ja nur enger tolerieren, indem er selektiert. D.h.
alles, was mit mehr als der minimal möglichen Toleranz angegeben ist,
ist bereits der "Ausschuss" der hochwertigeren Charge. Es kann daher
durchaus sein, dass zwei Widerstände im Tape, die nebeneinander liegen,
nicht in der Herstellung "nebeneinander" waren, und die Toleranz in
beide Richtungen am Maximum ist.
Das ist also keine zuverlässige Methode.
Sebi schrieb:> Eine verwendng genauerer Widerstände ist nicht möglich.
Wenndas die einzige Bedingung ist:
- Spannungsteiler berechnenund aufbauen.
- Mit Referenzspannung die Abweichung ermitteln.
- Durch hinzufuegen (Prarallel-/Reihenschaltung) von zusaetzlichen
Widerstsenden korrigieren.
Oder einen Trimmer mit entsprechendem Wert hinzufuegen und dann
Abgleichen.
Sehe da irgendwie kein reales Problem. Zumal die Angabe, wie genau es
sein soll, ja fehlt.
Genau ist fuer mich das, was die geforderten Anforderugen erfuellt.
Mit gegebenen Dingen eine nicht naeher spezifizierte Anforderung zu
erfuellen...
Was ist mit der Belastung des Spannungsteilers? Die verfaelscht den Wert
ja zusaetzlich.
Sebi schrieb:> Nun meine Frage gibt es eine Möglichkeit die Toleranzen zu minimieren
Nein.
Trimmpotis erlauben zwar eine Jusgierung, da ein 1% aber auch altern
kann um 1% oder mit der Temperafur sich um 1% ändert (alles in Summe,
aber es stdhg ja nicht drauf aarum dein 1%er nicht mit 0.5% gestempelt
werden konnte, er wird die 0.5% also reissen), nützt das nichts.
Du kannst nur den Bereich so verschieben, dass auch bei höchster
Toleranz nicht 4 überschritten wird, bei kleinster dann eben 3.8
Kauf halt mal ordentliche Widerstände.
Wurde ja (fast) alles schon gesagt - bis auf eines: Ich weiss zwar
nicht, warum es schlimmer ist, dass die 0,6V bei >4V Eingangsspannung
auftauchen. Aber wenn dem so ist, dann lege den Teiler so aus, dass das
im schlimmsten Fall (+1%, -1%) nicht überschritten wird.
D.h. der Teiler wird von vornherein falsch ausgelegt und damit schiebst
du das Fehlerband in den unkritischen Bereich.
Ansonsten gilt immer noch: einen Tod muss man sterben.
-mit Toleranzen leben
-in den sauren Apfel enger tolerierter Bauteile beissen
-eine (sinnvolle) Abgleichmöglichkeit schaffen
Durch Parallel- bzw. Reihenschaltung Deine Wunschwiderstände
zusammenstellen.
Du Hast ja zwei Probleme:
a) Toleranzen und
b) die "natürliche" Stufung (E-Reihe) von Widerständen
An den Toleranzen kommst Du natürlich nicht vorbei.
Auch die Reihen- bzw. Parallelschaltung hat ihre Grenzen.
Ein Vielgangpoti könnte alle Probleme beheben.
In letzter Konsequenz würde ich den schwarzen Peter dem zuschieben, der
von Dir die Quadratur des Kreises (Widerstände mit hoher Toleranz)
verlangt. Einfach fragen: Wie soll das gehen?
Also kannst Du machen nix, musste gucken zu!
Wenn man einen langzeit- und tempereraturstabilen Spannungsteiler
benötigt und den Kalibrier- und Justieraufwand gering halten will, dann
bietet sich die Verwendung eines integrierten Spannungsteilers an. Diese
gibt es mittlerweile mit allen möglichen Widerstands- und
Teilerverhältnissen. Bei solchen Teilern wird dann auch die maximale
Abweichung des Teilerverhältnisses im Datenblatt angegeben, und dieses
ist meist um locker eine Größenordnung enger toleriert als der absolute
Widerstand.
Sebastian S. schrieb:> In letzter Konsequenz würde ich den schwarzen Peter dem zuschieben, der> von Dir die Quadratur des Kreises (Widerstände mit hoher Toleranz)> verlangt. Einfach fragen: Wie soll das gehen?> Also kannst Du machen nix, musste gucken zu!
Er muß kucken zu, siehe unten.
Sebi schrieb:> Ist eine der Vorgaben der kompletten Schaltung
Lehrer stehen außerhalb der Realität.
Vielleicht Debkenhier nur alle zu kompliziert?
Vielleicht ist die Loesung so einfach wie der Rauscharme Vorverstaerker,
der vor eingen Jahrzehnten in einer Zeitschrift,glaube es war Elektor,
veroeffentlicht wurde. Da wurden einfach mehrere Verstaerkerstufen
parallelgeschaltet. Das Rauschen hat sich dann um irgendwas von Wurzel
und Anzahl der Verstsaerker reduziert.
Um das jetzt auf die Widerstaende zu uebertragen:
Vorraussetzung: Alle Widerstaende aus unterschiedlichen Chargen, damit
die Abweichungen entsprechend verteilt sind. Stichwort Statistik und
Normalverteilung.
Um dem idealen Wert naeher zu bekommen muss ich nur mehrere Werte
parallelschalten.
Also z.B. 100mal 1M, um 10k zu bekommen, oder 100 mal 100R, oder 100mal
10k parallel und davon 100 in Reihe.
Daraus kann ich mir dann einen Spannungsteiler bauen, der den
Anforderungen naeher kommt.
Andreas S. schrieb:> Wenn man einen langzeit- und tempereraturstabilen Spannungsteiler> benötigt und den Kalibrier- und Justieraufwand gering halten will, dann> bietet sich die Verwendung eines integrierten Spannungsteilers an.
Solange in dem Spannungsteiler zwei Widerstände mit halbwegs gleichem TK
verbaut werden, dürfte die Temperaturstabilität des Teilerverhältnis in
erster Ordnung gegeben sein. Man sollte allerdings darauf achtet, dass
sie thermisch nahe beieinander bleiben.
Wolfgang schrieb:> Solange in dem Spannungsteiler zwei Widerstände mit halbwegs gleichem TK> verbaut werden, dürfte die Temperaturstabilität des Teilerverhältnis in> erster Ordnung gegeben sein. Man sollte allerdings darauf achtet, dass> sie thermisch nahe beieinander bleiben.
Alleine das sicherzustellen, ist schon mit einem deutlichen Aufwand
verbunden, insbesondere über Chargengrenzen der verwendeten Bauteile
hinweg. Möglicherweise hat man sogar das Pech, dass der Hersteller eine
Materialänderung bei R1, aber nicht bei R2 durchführt. Und das Problem
mit der hohen initialen Abweichung bleibt weiterhin bestehen.
Sofern es sich nicht um eine wirklich kostensensible Großserienanwendung
handelt, bei der sich eine hoher automatisierter Test- und
Abgleichaufwand in der Fertigung rechnen könnte, fährt man mit den
integrierten Spannungsteilern wesentlich besser. Zunächst erschreckt
einen zwar im Vergleich zu Einzelwiderständen der recht hohe Preis, aber
unterm Strich lohnt es sich doch. In der Fertigung fallen dann nur noch
Gut/Schlecht-Informationen und ggf. der Messwerte der Kalibrierung an,
aber keine Justierdaten mehr. Dies ist insbesondere bei Geräten, die zur
regelmäßigen Wartung eingeschickt oder gar vor Ort gewartet und
kalibriert werden, ein riesiger Vorteil.
Ernst schrieb:> Stichwort Statistik und Normalverteilung.>> Um dem idealen Wert naeher zu bekommen muss ich nur mehrere Werte> parallelschalten.
Es ist völlig unzureichend, bei den gelieferten Widerstandswerten eine
Normalverteilung anzunehmen. Wenn ein Hersteller z.B. 1k/5%/TK100,
1k/1%/TK100 und 1k/0,1%/TK100 anbietet, dann kann man sich ziemlich
sicher sein, dass die 5%-Typen einen Widerstandsbereich von 950-990 und
1010-1050 Ohm, die 1%-Typen 990-999 und 1001-1010 Ohm und die 0,1%-Typen
999-1001 Ohm haben. Es handelt sich dann nämlich um exakt dasselbe
Material, nur dass es eben entsprechend selektiert wird. Neudeutsch
nennt man das "binning".
Bevor hier die Einwände kommen, dass 0,1% mit TK100 nicht sinnvoll
seien: doch, sie sind unter Fertigungsgesichtspunkten sehr sinnvoll, da
hierdurch falsch negativer Ausschuss vermieden werden kann.
Andreas S. schrieb:> Es ist völlig unzureichend, bei den gelieferten Widerstandswerten eine> Normalverteilung anzunehmen.
Das will ich auch nicht bestreiten. Ist ja auch mittlerweile ueber 20
Jahre her.
Aber ich finde es sinnvoller, Widerstaende mit positiv und negativ
abweichenden Werten zumischen, da man sich damit dem angestrebtem
Zielwet eher naehert, bzw. es erst moeglich wird sich diesem zu naehern,
als nur mit positiver oder negativer Abweichung aus derselben Charge.
Und das dann bestimmte Toleranzbereiche fehlen aendert daran nicht
sonderlich viel.
Sebi schrieb:> Wie geht den die Industie mit solchen problemen um?
Man legt die Schaltung so aus, daß sie immer eine Reserve hat.
Z.B. für 4V nimmt man einen 5V-DAC bzw. 5V-ADC. Und im EEPROM speichert
man dann die Abgleichwerte (Gain, Offset).
Ernst schrieb:> Aber ich finde es sinnvoller, Widerstaende mit positiv und negativ> abweichenden Werten zumischen, da man sich damit dem angestrebtem> Zielwet eher naehert, bzw. es erst moeglich wird sich diesem zu naehern,> als nur mit positiver oder negativer Abweichung aus derselben Charge.> Und das dann bestimmte Toleranzbereiche fehlen aendert daran nicht> sonderlich viel.
Dafür müsste man aber erst einmal sicherstellen, dass die Verteilung der
Widerstandswerte der Charge überhaupt einigermaßen symmetrisch ist. Die
Wahrscheinlichkeit ist ansonsten nämlich ziemlich hoch, dass man nur
eine Annäherung an den Mittelwert der Charge betreibt.
Sebi schrieb:> Selektieren, bzw auch an passen mit Regelwiderstand als R2 war auch> schon meine Idee.>> Wie geht den die Industie mit solchen problemen um?
Man nimmt genauere Widerstände.
0,5% ist auch nicht teurer. 0,1% kann man sich problemlos leisten.
Selektieren ist genau das Gleiche wie genauere Widerstände. Nur, dass du
alles selber machen darfst.
Peter D. schrieb:> Sebi schrieb:>> Wie geht den die Industie mit solchen problemen um?>> Man legt die Schaltung so aus, daß sie immer eine Reserve hat.> Z.B. für 4V nimmt man einen 5V-DAC bzw. 5V-ADC. Und im EEPROM speichert> man dann die Abgleichwerte (Gain, Offset).
Wie schon erwähnt, bedeutet die Speicherung der Abgleichwerte auch, dass
man diese ggf. über den gesamten Produktlebenszyklus aufbewahren und bei
Wartungen und Kalibrierungen wieder eingeziehen muss. Da kann es je nach
Anwendung billiger/einfacher werden, enger tolerierte Bauteile
einzusetzen.
Wolfgang schrieb:> Solange in dem Spannungsteiler zwei Widerstände mit halbwegs gleichem TK> verbaut werden, dürfte die Temperaturstabilität des Teilerverhältnis in> erster Ordnung gegeben sein.
Der TK ist immer mit ±x% angegeben. Und auch Widerstände aus dem selben
Lot können auch diesen Bereich abdecken, man erhält kein Set, bei dem
alle im eng im gleichen Bereich liegen werden.
Meine Vermutung: der Hersteller versucht zwar, den TK möglichst auf Null
zu bekommen und sein Widerstandsmaterial setzt sich aus mehreren
Materialien zusammen, die bei richtigem Mischungsverhältnis einen TK
nahe Null haben sollen. Aber er wird es nicht schaffen, die Homogenität
der Masse so hin zu bekommen, dass alle Rs aus der Charge mit ihrem
tatsächlichen TK eng beieinander bleiben. Und niemand weiß, ob die Rs im
Gurt auch alle aus der selben Charge sind.
Klar, mit etwas Glück ist das so, aber darauf bauen kann man nicht;
keiner spezifiziert oder garantiert einem das.
jemand schrieb:> Man nimmt genauere Widerstände.> 0,5% ist auch nicht teurer. 0,1% kann man sich problemlos leisten.
Ich möchte noch dazu sagen, dass diese Toleranzangaben die
Auslieferungstoleranz ist. Hinzu kommen weitere Ablagen; hervorgerufen
durch den TK, die Lötung, Alterung und ESD-Einflüsse bei der
Verarbeitung.
Ein R mit spezifizierten 0.1% Auslieferungstoleranz kann im worst case
fertig verarbeitet (aufgelötet auf die Platine) über Lifetime fast 1%
Ablage bekommen.
Im Einzelfall wird man mit großer Wahrscheinlichkeit enger bleiben; für
eine Serie mit vielen tausend Stück wird es die Ausreißer dabei haben.
Andreas S. schrieb:> Da kann es je nach> Anwendung billiger/einfacher werden, enger tolerierte Bauteile> einzusetzen.
In einer Anwendung für PT1000 habe ich einen teuren Referenzwiderstand
eingesetzt, um mir die aufwendige Kalibration zu sparen. Mit 0,44€
(Susumi: RR1220P-4991-B-M-T5) war er deutlich teurer, als andere
Widerstände.
Aber es war nur ein genauer Widerstand nötig und alle anderen
Fehlerquellen (Stromquelle, Referenzspannung usw.) rechnet der
ratiometrische ADC (AD7793) heraus.
Sebi schrieb:> Ich habe ein Spannungsteiler aus 2 Metalschichtwiderständen mit 1%> Toleranz.
(...)
> Eine verwendng genauerer Widerstände ist nicht möglich.>> Nun meine Frage gibt es eine Möglichkeit die Toleranzen zu minimieren?
Evtl. könnte ein Widerstandarray hier vorteilhaft sein, wenn die
Einzelwiderstände im selben Toleranzfeld liegen. Die Einzelwiderstände
eines Arrays können dann in Parallel- und/oder Reihenschaltung
verdrahtet werden.
Du kannst dann den Controlling auch gleich noch erklären, dass Du die
Bestückkosten erfolgreich reduziert hast :-)
Grüßle
Volker
Ernst schrieb:> Vielleicht ist die Loesung so einfach wie der Rauscharme Vorverstaerker,> der vor eingen Jahrzehnten in einer Zeitschrift,glaube es war Elektor,> veroeffentlicht wurde. Da wurden einfach mehrere Verstaerkerstufen> parallelgeschaltet
Vielleicht bist du einfach nur zu leichtgläubig, nimmst der Elektor "von
Laien für Laien" zu viel ihres Geschwurbels ab ?
Ja, man kann durch Parallelschaltung Rauschen reduzieren, aber wenn man
einfach 4 Bauteile parallel schaltet, bestimmt das am stärksten
rauschende Exemplar das Gesamtrauschen. Man wäre besser gefahren, von
den 4 sich das am wenigsten rauschende Exemplar zu selektieren, das
rauscht nämlich weniger als der kombinierte.
Vergiss also die Methode. There aint no thing such as a free lunch.
HildeK schrieb:> Ich möchte noch dazu sagen, dass diese Toleranzangaben die> Auslieferungstoleranz ist. Hinzu kommen weitere Ablagen; hervorgerufen> durch den TK, die Lötung, Alterung und ESD-Einflüsse bei der> Verarbeitung.> Ein R mit spezifizierten 0.1% Auslieferungstoleranz kann im worst case> fertig verarbeitet (aufgelötet auf die Platine) über Lifetime fast 1%> Ablage bekommen.
Guter Hinweis, das stimmt. Das ist bei der Toleranzbetrachtung natürlich
mitzubetrachten.
Bei Präzisionswiderstände ist es aber so, dass das diese Dinge im
Datenblatt angegeben sind. Meistens sind die 0,1%-Typen in der Hinsicht
auch besser, als die 1%igen. Aber nicht zwingend.
jemand schrieb:> Bei Präzisionswiderstände ist es aber so, dass das diese Dinge im> Datenblatt angegeben sind. Meistens sind die 0,1%-Typen in der Hinsicht> auch besser, als die 1%igen. Aber nicht zwingend.
Das mag früher so gewesen sein. Damals(tm) waren Widerstände mit 0,1%
noch richtige Präzisionswiderstände, aber ich habe doch bereits
geschrieben, dass heutzutage viele Widerstände mit sehr guter initialer
Toleranz nur durch das Selektieren der "Ramschware" gewonnen werden. Der
Vorteil solcher Widerstände besteht darin, dass man in der
Serienfertigung, insbesondere beim ICT, ebenfalls recht enge
Toleranzfenster verwenden kann, ohne dass zu viele eigentlich gute
Baugruppen aussortiert werden. Für den eigentlich Betrieb des Geräts
genügen dann die eher mäßigen Drift- und Langzeiteigenschaften.
Mit SMD-Bauteilen erreicht man hinsichtlich der Toleranzen und
Drifteigenschaften ohnehin keine spektakulär guten Werte, da es zu viele
mechanischen Spannungen zwischen Bauteil, Lot, Leiterplatte und Gehäuse
gibt. Wer es wirklich langzeitstabil haben will, verwendet z.B.
Widerstandsarrays auf Keramikträger, die mit einem Glasfenster
verschlossen sind und natürlich als bedrahtete Module auf der
Leiterplatte bestückt werden.
https://xdevs.com/doc/Fluke/8846A/img/mbtop_1.jpghttps://xdevs.com/doc/Fluke/8846A/img/refrn_1.jpg
Andreas S. schrieb:> Das ist aber nochmals deutlich länger her, dass man so etwas in der> Serienproduktion verwendete, d.h. vermutlich so aus den 1960er bis> 1970er Jahren.
ich meine noch min. '80er bis '90er.
