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容差与测量不确定度需要独立预算

选择验收范围前,先计算转折频率与增益极值。

标称值是模型的中心

标称值是设计计算使用的数字。元件容差定义其附近的范围,仪表不确定度则定义测量能确认什么。两者不同于数值仿真器容差。SPICE 中的理想 10 kΩ 电阻,除非刻意改变其值,否则不会成为 ±1% 元件。

考虑 10 kΩ、100 nF 低通,R 容差 ±1%、C 容差 ±5%。标称转折频率为 159.154943 Hz。最低转折频率使用两个最大值:159.154943/(1.01×1.05)=150.075382159.154943/(1.01\times1.05)=150.075382 Hz。最高频率使用两个最小值:159.154943/(0.99×0.95)=169.223757159.154943/(0.99\times0.95)=169.223757 Hz。这是在独立允许范围下的最坏情况界限,不是概率估计。

电阻比例示例

Rf = 100 kΩ、Rg = 10 kΩ 的同相级,标称增益为 11。两个电阻均为 ±1% 时,最小增益为 1+100(0.99)/(10(1.01))=10.8019801+100(0.99)/(10(1.01))=10.801980,最大增益为 1+100(1.01)/(10(0.99))=11.2020201+100(1.01)/(10(0.99))=11.202020。比例并不会仅因各个电阻满足这一容差,就自动具有 ±1% 容差。匹配网络可能具有独立比例容差规格。

温度漂移可能使数值超出室温容差计算。50 ppm/°C 电阻经过 40°C 变化,假定温度系数线性,额外比例变化约为 0.2%。电容的电压依赖也可能是重要项;实体设计应使用实际特性数据。

计划有用的测量

根据设计要求和已知不确定度,写出验收区间。如果仪表报告 160 Hz、不确定度 ±2 Hz,它支持的是区间,而不是精确 160.000 Hz 声明。接近限值的结果可能需要更好测量,不能自动通过。

随机蒙特卡洛研究前,先扫描最坏元件组合。随机采样可能漏掉合法极值,并需要分布假设。保留模型、测试值、测量设置和验收规则,使其他学习者能复现判断,而不仅是图形。

自己试试

R = 15.9 kΩ ±1%、C = 100 nF ±5% 时,估算低通转折频率界限。

阅读解释

标称 fc = 100.097448 Hz。最小值为标称/(1.01×1.05) ≈ 94.387033 Hz;最大值为标称/(0.99×0.95) ≈ 106.430036 Hz。

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