最壞情況的電路設(shè)計包括元件公差，第一部分

構(gòu)建可靠的硬件要求我們在設(shè)計階段考慮所有公差。許多參考文獻討論了參數(shù)偏差導(dǎo)致的有源元件誤差——展示了如何計算運算放大器失調(diào)電壓、輸入電流和類似參數(shù)的影響——但很少有人考慮無源元件容差。確實考慮了組件容差的參考文獻是從科學(xué)家而不是電路設(shè)計人員的角度出發(fā)的。

但是，我們可以通過使用基本電路方程和組件的極限值來計算最壞情況值的范圍，從而了解最壞情況設(shè)計，例如輸出電壓等電路參數(shù)可以在設(shè)備的整個生命周期內(nèi)假設(shè)。最壞情況設(shè)計讓組件采用廣泛的值，從而產(chǎn)生廣泛的解決方案;其中一些解決方案可能是不可取的。

被動元件公差計數(shù)

電阻器是所有電子電路中的基礎(chǔ)，因此我們應(yīng)該詳細考慮它們。電阻器使用購買公差 P 指定，我們以百分比測量;流行的例子包括 0.5、1、2、5 和 10%。購買公差保證我們收到的電阻器在其標稱值范圍內(nèi)。當我們購買電阻器時，它的值通常接近其極限，因為許多制造商在對電阻器進行分級時選擇并移除分布的中心，作為其更嚴格的公差等級進行銷售。

外部應(yīng)力(例如焊接)會導(dǎo)致電阻值在組裝過程中發(fā)生變化。因此，在完成組裝離開工廠之前，電阻值可能會超出購買公差。組件值在其生命周期內(nèi)不斷變化，因為外部應(yīng)力(例如溫度、老化、壓力、濕度、安裝、陽光和灰塵)會改變組件的成分、尺寸和表面特性。在操作過程中經(jīng)歷的組件值變化稱為漂移容差 D，我們可以用百分比來衡量它們。

表 1顯示了估計的電阻器容差。請注意，購買公差與漂移公差是分開的，因為我們可以通過微調(diào)來減少或消除購買公差，但漂移公差發(fā)生在正常操作期間并會導(dǎo)致錯誤，除非系統(tǒng)在測量前執(zhí)行校準。某些電阻器的漂移容差大于購買容差。

電阻器制造工藝及其操作環(huán)境決定了漂移容差。供應(yīng)商使用穩(wěn)定、受控的方法和抗漂移的材料制造公差更小的電阻器，因為過度的漂移會導(dǎo)致制造廢品。將工廠漂移降至最低的嚴格工藝和材料控制技術(shù)可能無法將現(xiàn)場漂移降至最低。表 1中的漂移容差是 –25 至 +85°C 環(huán)境溫度和合理外部應(yīng)力的最差情況。除非制造商另有說明，否則溫度漂移是不可預(yù)測的，電阻值會因溫度升高而增加或減少。在使用較低的漂移容差之前，設(shè)計人員應(yīng)咨詢電阻器制造商。

電阻器通常表示為 R 1或 R 2。保留此命名法，我們可以將最終電阻值計算為 (1±T)R 1以獲得最壞情況下的電阻值，其中 T 是以小數(shù)表示的總?cè)莶?。我們使用加?減號，因為公差的極性取決于外部條件、制造方法、材料和內(nèi)部應(yīng)力。在計算過程中，我們應(yīng)該假設(shè)最壞情況下的容差極性。我們必須將單個電阻器的容差表示為正或負，使用產(chǎn)生最壞情況的計算，除非數(shù)據(jù)表規(guī)定所有電阻器都沿規(guī)定方向漂移。計算 R 1的絕對最壞情況最大值時=10 kΩ，5%，你應(yīng)該使用(1+0.01(5)+0.01(5))R 1 =1.1R 1 =11 kΩ。該電阻器的絕對最壞情況最小值為 (1–0.01P–0.01D)R 1 =(1–0.05–0.05)R 1 =9 kΩ。

我們以相同的方式處理這些計算未詳細討論的電容器容差。由于供應(yīng)商用于制造它們的方法完全不同，它們在電容器類型之間的差異比電阻器要大得多。電解電容器的采購公差通常為 80, –20%，但一些玻璃和 NPO 陶瓷電容器的采購公差為 1%。一般來說，除非制造商的數(shù)據(jù)表有不同的建議，否則最好將所有電容器容差增加三倍。這種做法在保守方面是錯誤的，但當你還沒有完成作業(yè)時，這是一個很好的判斷。