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抵抗の許容差

抵抗など大量に生産される受動部品は工場で全数検査して出荷しているとは思えないので、いわゆる統計的管理によって許容差を保証していると勝手に想定しているのですが、たとえば許容差5%というのはどの程度の不良率なのかはメーカーカタログなどを見ても当たり前ですが全くわかりません。
抵抗値のバラツキ具合が正規分布に従うとして、仮に3σだと1,000本中3本程度の不良率に相当しますが電子部品たるものがそんなに悪い不良率とも思えないし、やはり巷で言われるように4~5σぐらいなんでしょうか?
たとえば許容差5%が5σに相当するとすると誤差2%が2σ内に収まるので、100本の袋を買ったら約95本は±2%以内の誤差に収まって、ほとんど全てが±3%以内の誤差に入っているという勘定になるのかな。
これで「ハズレ」を引いた人はよっぽど「くじ運」が悪いのかもしれない。(いや逆に宝くじを買えばあたるかもしれない…)

<抵抗1kΩ 許容差5% 「バラツキ」シミュレーション>

こんなややこしいことを考えなくても精度が必要なら許容差1%の金被抵抗を使えばいいじゃんという話になりますが、手元には許容差5%のカーボン抵抗セットで揃えているので金被抵抗のセットをまた全部揃えるのが大変と言う理由とTCRを無視した上で2%程度までの精度を要求している回路であれば、まぁ95%の確率であればカーボン抵抗を使ってみるかという極めてアマチュア的発想です。(ハズレなら交換すればいいかな的な…)

で、あまり、この抵抗の許容差について深く掘り下げた資料やページはこれまで見たことがないんですけど、
LTspiceモンテカルロ解析の定数分布 その2 - ねがてぃぶろぐ
では実際に秋月の抵抗袋を実測しています。(意外とバラツキが少ない…)

# トランジスタのマッチングなど、アナログシンセ作りはある意味確率を楽しむ工作なのかもしれない…(それってギャンブルですか?)

コメント

URLのように秋月キンピ1%ものを300本 測ったことがあります。しかしまったく正規分布な気がしませんでした。確かに1%なんですけど、ヒストグラムはメディアン抜けのようです。
選別抜き取りして、青とか緑の級に詰めてるんだと思っています。
ちなみにきちんと数を数えて集計していないのは、手で触った温度で抵抗値が変化している可能性を排除しきれず、統計量として発表するに足る精密さで計測できていないと思われるからです。

僕も抵抗の選別(さすがに最近はやらないけど)やった経験的には,傾向はあるけど,それは,センターによってない気がする。(あ,気温のせいかな...)

やっぱ,1本づつ計測してる気がする。その計測器の誤差が5%というオチかと...。

中央値が抜けているということは、もしかして0.25%選別品の抜け殻とかですか?
そもそも秋月でキンピ1%とか扱ってたのは知りませんでした。

実測してセンターがずれているのは、やはり温度、測定器の誤差がメインでしょうね。
多少のバラツキはあっても中央値が大きくズレているというのは製品として結構致命的だったりする(納入先の評判が悪くなる?)ので、この辺はメーカーも結構気を遣っているのではと思います。

参考値としては次のようなものでした。
49鍵盤相当MIDI-CV変換機用に抵抗選別していて、99.95~100.05Ω が26本/300本でした。100.05~100.15Ωなら50本ちょっと揃ったので製作にはこの値を使いました。
300本測ったうち最低値が99.76Ωで最高値が100.77Ω。分布も少し上に寄っていたようにも思いますが、これは手先の熱が移ったためかも? とはいえ12月末のことです(室温は記録していませんでした)。

秋月でのキンピは、店員さんに言うと出てきます。300円/100本。通販でも扱っていません。
RJBさんがご存じなかったのは意外でした。

全然意外じゃないですー(笑
秋月の謎?、他にも知らないこと沢山あると思います。
で、分布が0.1~0.2Ω程度上にずれているというのは、測定上のコンタクト抵抗の影響というのは考えられませんでしょうか?

はじめまして、ねがてぃぶろぐの中の人です。
記事のご紹介ありがとうございます。

記事にも書きましたが、測定には秋月で購入した安物デジタルテスターMASTECH MAS830Lを使いました。カタログスペックを信じるならResolution:10Ω Accuracy:±0.8% of rdg ± 3 digitsと言うことなので、10kΩの測定では最悪で110Ωの誤差がある計算になります。μの公称値からのズレは100Ω程度なので、測定器の誤差で説明しようと思えばできる値です。

測定時の温度は測定していませんが、空調の聞いた室内なので27℃前後であり、測定中のドリフトは大きく見積もっても1~2℃程度で、温度ドリフトに起因する相対精度に対する誤差は無視できるレベルだろうと考えています。

とはいえ、所詮カーボン抵抗なので、ロットごとにμが1%ぐらいばらついていたとしても私は驚きません。逆にテスターの実力値は、公称値ギリギリと言うことは無いだろう、と思っています。

gomisaiさん、はじめまして。コメントありがとうございます。
仰るように、許容差5%のカーボン抵抗なら中央値が1%ぐらいずれていても十分許容差内には収まるレベルですね。
自分でもこの問題を考えている内によく分からなくなってきたんですが、「誤差=測定値-真の値」
ですが、結局「真の値」が不明である以上、我々が計測する測定値だけで誤差を求めるのは不可能なんですよね。アマチュアレベルの測定器でどれほどのトレーサビリティがあるかという問題もあり、あまり深く考えないで市販部品を使った方が精神衛生的に良さそうな気がしてきました(笑

問題の核となっているのは、観測値と公称値のズレが、測定器の誤差に起因するものなのか抵抗器の誤差に起因するものなのかの区別ができないということですね。
そういう時は、どちらかの誤差をあらかじめ排除すればよいのです。

より高確度の測定器を用意する方法もありますが、真の値が分かっている測定試料を用意して測定器の誤差を校正するほうが安価に実現できるでしょう。
今回の例で言えば、千石の地下に売っている精密抵抗が使えます。確か1本100円ぐらいです。精密抵抗の誤差は0.1%なので、μのズレである1%の誤差は十分区別できるはずです。

なるほど~、もっと精度の高いとされる試料と比較すればある程度クリアできる問題ですね。
あとは個々の試料を測定したときの測定上の誤差(接触抵抗など)がどれくらい見込まれるのかということでしょうか…

以前、ミノムシケーブルの抵抗(配線抵抗と接触抵抗)を測ってしまったこと(http://gomisai.blog75.fc2.com/blog-entry-389.html)があります。テスターの経路上の寄生抵抗(配線抵抗と接触抵抗)は、これとほぼ同程度か、大きても数Ω程度と、今回の測定では測定分解能以下だろうと考えています。

また、仮に接触抵抗が無視できないレベルで存在していたとしても、その影響は見掛けの抵抗値を大きくする方向なので、測定したロットのμ(の真の値)が公称値よりも低抵抗側にあるという論旨には影響しません。

一方、接触抵抗が無視できないほど小さな抵抗を測定する場合は、四端子法を使うのが普通です。

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