Por que os capacitores são vendidos com tolerâncias desequilibradas?

Versão curta: Alguns capacitores (e presumivelmente outros componentes) são vendidos com tolerâncias desequilibradas / assimétricas. Por quê?

Explicação:

Muitos capacitores de cerâmica são marcados com, por exemplo, tolerância de + 80% a 20% ou algo igualmente desequilibrado.

Por exemplo, digamos que eu tenho um capacitor com o valor (admitidamente inventado) de 17pF e uma tolerância de + 80%, -20%.

(Por favor, ignore o abuso de números significativos.)

• Valor máximo: 17pF * (1 + 80%) = 17pF * 1,8 ≈ 30,6pF
• Valor mínimo: 17pF * (1 - 20%) = 17pF * 0,8 ≈ 13,6pF
• Valor médio: (30,6pF + 13,6pF) / 2 ≈ 22,1pF
• Tolerância acima da média: (30.6pF - 22.1pF) /22.1pF ≈ + 38.5%
• Tolerância abaixo da média: (13,6pF - 22,1pF) /22,1pF ≈ -38,5%

Seria justo dizer que esse capacitor supostamente "17pF" é praticamente idêntico a um capacitor 22pF com tolerância de ± 40%.

Por um processo semelhante, um capacitor de 10000pF + 80% -20% (um valor real de um catálogo, não artificial) deve ser o mesmo que um 13000pF em torno de ± 40%.

Então, se eu digo que quero um componente de um determinado valor, por que estou sendo vendido com algo que é muito mais provável que ultrapasse do que subvalorize esse valor? Esse desequilíbrio é útil para alguém?

Diferentemente dos resistores, cujo preço é essencialmente independente da resistência, exceto por valores extremos que representam menos de 0,01% do mercado, a maioria dos tipos de capacitores tem um custo fortemente vinculado à capacitância - custa mais para fazer uma tampa grande do que uma pequena 1. Além disso, os capacitores são frequentemente usados ​​em circunstâncias em que um limite maior que o especificado pode funcionar melhor que o especificado, até um certo limite, mas o limite maior pode não valer um preço mais alto.

Suponha que um designer determine que um dispositivo precisa de no mínimo 8uF para funcionar corretamente em uma situação específica, mas qualquer coisa até 20uF funcionaria da mesma maneira. Alguns fabricantes podem produzir dispositivos dentro de +/- 20% da sua meta; outros fabricantes são capazes de +/- 33% de sua meta. Se as tolerâncias publicadas fossem simétricas, seria necessário especificar que a peça poderia ser 10uF +/- 20% ou 12uF +/- 33% - um pouco estranho. Se, no entanto, os fabricantes, por convenção, usarem -20% para a tolerância mais baixa e ajustar a tolerância superior conforme necessário, será possível comparar e substituir diretamente as peças com tolerâncias diferentes, sem afetar a operação do circuito.

Você vê principalmente a tolerância de -20% + 80% para cerâmica com Y em seu nome. Essas cerâmicas têm uma boa densidade de energia, mas são "desleixadas", pois a capacitância final varia com a temperatura, a tensão aplicada e possui variações significativas de fabricação.

Esses tipos de capacitores fazem sentido em aplicações de alto volume, pois são um pouco mais baratos de fabricar do que aqueles com outras cerâmicas e tolerâncias mais rígidas. Seu principal uso é para tampas de desvio e filtragem secundária em fontes de alimentação. Nessas aplicações, o circuito pode depender de alguma capacitância mínima, mas muito mais não causa problemas. Os fabricantes sabem disso e, portanto, especificam esses capacitores mais pelo seu valor mínimo garantido, em oposição ao valor central mais provável.

A menos que você tenha uma aplicação de alto volume em que as pequenas economias extras para a cerâmica do tipo Y façam a diferença, eu ficaria longe delas.

Para tolerância, a classificação é a variação permitida do valor nominal . Como Supercat salienta, isso normalmente é mais útil se não variar muito do lado negativo, pois para muitas aplicações (por exemplo, capacitância em massa), geralmente você não se importa se a capacitância aumenta significativamente, mas uma redução significativa pode causar problemas .

Para contrastar a tolerância ao coeficiente de temperatura, observe que uma classificação de tolerância EIA de Z é -20%, + 80%. Essa é a assimetria oposta a uma classificação de coeficiente de temperatura V de + 22%, -82%.

Para o coeficiente de temperatura:

Penso que os valores -20%, + 80% dados para tolerância significam a variação máxima de capacitância na faixa de temperatura nominal.
Se olharmos para um dielétrico Y5V típico (de uma das folhas de dados da Vishays), você pode ver que a curva não é simétrica em torno de 25 dec C (que geralmente é a origem do valor marcado). Isso seria classificado como + 20, -70.

Aqui está outro gráfico para um eletrolítico de alumínio, com uma curva diferente (mas ainda assimétrica - provavelmente classificada em +10, -20):

Parece que os códigos de tolerância são os que a tolerância real testada "se encaixa" (ou seja, a alteração máxima permitida); portanto, por exemplo, +20, -70 provavelmente receberia o código V (+22, -82), pois é garantido estar dentro dessa classificação (daí Y5V)