Miksi vastuilla käytetään standardiarvoja kuten 47 kΩ eikä pyöristettyjä lukuja

Monet sähköpiirien suunnittelun aloittelijat saattavat löytää vakiointuisten vastustimien arvot hämmentävinä. Miksi yleisiä arvoja, kuten 4,7 kΩ tai 5,1 kΩ, eivät ole pyöristettyjä lukuja, kuten 5 kΩ?

Syy on eksponentiaalisen jakaumajärjestelmän käytössä vastustimien arvoissa, jota on standardoitu Kansainvälisen sähkötekniikan komission (IEC) toimesta. Tämä järjestelmä määrittelee sarjan suosittuja arvoja, mukaan lukien E3, E6, E12, E24, E48, E96 ja E192-sarjat.

Esimerkiksi:

• E6-sarja käyttää suhdetta noin 10^(1/6) ≈ 1,5

• E12-sarja käyttää suhdetta noin 10^(1/12) ≈ 1,21

Käytännössä vastustimia ei voida valmistaa täydellisellä tarkkuudella – niillä on määritelty toleranssi. Esimerkiksi 100 Ω vastus 1 % toleranssilla on hyväksyttävä, jos sen todellinen arvo on välillä 99 Ω ja 101 Ω. Tuotannon optimoimiseksi Amerikan elektroniikkateollisuuden liitto perusti standardin suosittujen arvojen järjestelmälle.

Harkitse 10 % toleranssin vastustimia: jos 100 Ω vastus on jo saatavilla (toleranssivalilta 90 Ω - 110 Ω), ei tarvitse tuottaa 105 Ω vastusta, koska se olisi samassa tehokkaassa alueessa. Seuraava tarvittava arvo olisi 120 Ω, jonka toleranssivali (108 Ω - 132 Ω) alkaa, kun edellinen päättyy. Näin ollen 100 Ω - 1000 Ω välillä tarvitaan vain tiettyjä arvoja, kuten 100 Ω, 120 Ω, 150 Ω, 180 Ω, 220 Ω, 270 Ω ja 330 Ω. Tämä vähentää eri arvojen määrää tuotannossa, mikä alentaa valmistuskustannuksia.

Tämä eksponentiaalinen jakaumaperiaate esiintyy myös muissa alueissa. Esimerkiksi kiinalaiset valuutan denominoinnit sisältävät 1, 2, 5 ja 10 yuania, muttei 3 tai 4 yuania – koska 1, 2 ja 5 voidaan yhdistää tehokkaasti muodostaakseen minkä tahansa summan, vähentäen tarvittavien denominoiden määrää. Samalla tavalla kynäpään koot usein seuraavat järjestystä, kuten 0,25, 0,35, 0,5 ja 0,7 mm.

Lisäksi vastustimien arvojen logaritminen välistys varmistaa, että käyttäjä voi aina löytää sopivan vakioluvun tietyssä toleranssissa. Kun vastustimien arvot noudattavat eksponentiaalista etenemistä, joka on yhtenevä niiden toleranssien kanssa, yleisten matemaattisten operaatioiden (yhteenlasku, vähennyslasku, kertolasku, jakolasku) tulokset pysyvät ennakoitavissa olevissa toleranssirajoissa.