Kondenzatorji (CAP) so pomembne komponente v avdio sistemih. Imajo različne napetosti, toka in oblike. Da bi izbrali, kateri kondenzatorji so najboljši za zvok, morajo moderatorji razumeti vse parametre CAP. Celovitost zvočnega signala je v veliki meri odvisna od izbire kondenzatorjev. Zato je treba pri izbiri prave naprave upoštevati vse pomembne dejavnike.
Parametri avdio CAP so posebej optimizirani za visoko zmogljive aplikacije in ponujajo učinkovitejše zvočne kanale kot standardne komponente. Vrste kondenzatorjev, ki se običajno uporabljajo v avdio kanalih, so aluminijasti elektrolitski in filmski CAP, in kateri kondenzatorji so najboljši za zvok v določenih pogojih, je odvisno od uporabljenih vezij in naprav: zvočniki, predvajalniki CD in glasbil, bas kitare indrugi.
Zgodovina zvočnega kondenzatorja
Kondenzator je ena najstarejših elektronskih komponent. Leta 1729 so odkrili električne prevodnike. Leta 1745 je nemški izumitelj Ewald Georg von Kleist odkril plovilo Leiden, ki je postalo prva CAP. Fizik Pieter van Müssenbrook, fizik z univerze v Leidnu, je leta 1746 sam odkril Leidenski kozarec.
Trenutno je kozarec Leiden steklena posoda, prekrita s kovinsko folijo znotraj in zunaj. CAP služi kot sredstvo za shranjevanje električne energije in kateri kondenzatorji so najboljši za zvok, bo odvisno od kapacitivnosti, saj večja kot je ta številka, več električne energije bo shranil. Kapacitivnost je odvisna od velikosti nasprotnih plošč, razdalje med ploščama in narave izolatorja med njimi.
Kondenzatorji, ki se uporabljajo v avdio ojačevalnikih, so na voljo v več vrstah, kot je običajni CAP s kovinsko folijo za obe plošči in impregniran papir med njima. Kondenzatorji iz metaliziranega papirja (MP), imenovani tudi CAP iz oljnega papirja, in enoslojni kondenzatorji iz metaliziranega papirja (MBGO) za zvok, ki se uporabljajo v AC, DC in impulznih vezjih.
Pozneje so postali pogostejši mylar (poliester) in drugi sintetični izolatorji. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je postal zelo priljubljen kovinski CAP z mylar. Dve prednosti teh naprav sta njihova manjša velikost in dejstvo, da se samozdravijo. Danes so to najboljši kondenzatorji za zvok, uporabljajo se v skoraj vsaki elektronski napravi. Zaradi velikega obsega trgovine in proizvodnje tovrstnih kondenzatorjev so precej poceni.
Druga vrsta CAP je elektrolitska s posebno zasnovo s pretežno visokimi in zelo visokimi vrednostmi, ki segajo od 1 uF do nekaj deset tisoč uF. Uporabljajo se predvsem za ločitev ali filtriranje v napajanju. Najpogostejši pri oblikovanju ojačevalnika so metalizirani Mylar ali poliestrski kondenzatorji (MKT). Visokokakovostni ojačevalniki večinoma uporabljajo metaliziran polipropilen (MPP).
Tehnologija komponent
CAP tehnologija v veliki meri določa značilnosti naprav, kateri kondenzatorji so najboljši za zvok pa je odvisno od razreda opreme. Izdelki višjega cenovnega razreda imajo tesne tolerance in so dražji od kondenzatorjev za splošno uporabo. Poleg tega je tako visokokakovostne CAP mogoče ponovno uporabiti. Visokokakovostni avdio sistemi zahtevajo visokokakovostne CAP za zagotavljanje vrhunske kakovosti zvoka.
Zmogljivost oziroma kako kondenzatorji vplivajo na zvok, je v veliki meri odvisno od tega, kako so spajkani na PCB. Spajkanje obremenjuje pasivne komponente, kar lahko povzroči piezoelektrične napetosti in razpoke površinsko nameščenih CAP. Pri spajkanju kondenzatorjev morate uporabiti pravilen vrstni red spajkanja in upoštevati priporočilaprofil.
Vsi avdio kondenzatorji mylar niso polarizirani, kar pomeni, da jih ni treba označiti kot pozitivne ali negativne. Njihova povezava v verigi ni pomembna. Prednost imajo v visokokakovostnih zvočnih vezjih zaradi nizke izgube in zmanjšanega popačenja, kadar velikost izdelka to dovoljuje.
MKC metalizirani polikarbonat se skoraj ne uporablja več. Znano je, da se vrste ERO MKC še vedno pogosto uporabljajo, ker imajo uravnotežen glasbeni zvok z zelo malo obarvanosti. Vrste MKP imajo svetlejši zvok in širši razpon zvoka.
Malo znan tip MKV kondenzatorja je metaliziran polipropilenski CAP v olju. Je najboljši kondenzator za zvok, ker ima močnejše lastnosti kot oljno prevlečen metaliziran papir.
Kakovost pasivnih elementov
Kondenzatorji, še posebej, če so na izhodni signalni liniji, močno vplivajo na kakovost zvoka avdio sistema.
Obstaja več dejavnikov, ki določajo kakovost CAP, nedvomno so zelo pomembni za zvok:
- Za uporabo v filtrih sta potrebna toleranca in dejanska zmogljivost.
- Kapacitivnost v primerjavi s frekvenco, zato 1 mikrofarad pri 1000 Hz ne pomeni 1 mikrofarad pri 20 kHz.
- Notranji upor (ESR).
- Tok uhajanja.
- Staranje je dejavnik, ki se bo sčasoma razvijal za kateri koli izdelek.
Najboljša izbira kondenzatorskih aplikacij je odvisna od aplikacije v vezju in zahtevane kapacitivnosti:
- Razpon od 1 pF do 1 nF - krmilna in povratna vezja. Ta obseg se uporablja predvsem za odpravo visokofrekvenčnega šuma na avdio kanalu ali za povratne informacije, kot je ojačevalni most Quad 606. Kondenzator SGM v zvoku je najboljša izbira v tem območju. Ima zelo dobro toleranco (do 1%) in zelo nizko popačenje in šum, a precej drago. ISS ali MCP je dobra alternativa. Na signalni liniji se je treba izogibati keramičnim CAP, saj lahko povzročijo dodatno nelinearno popačenje do 1%.
- Od 1 nF do 1 uF - spajanje, ločevanje in dušenje vibracij. Najpogosteje se uporabljajo v avdio sistemih in tudi med stopnjami, kjer je razlika v nivoju enosmernega toka, odpravljanju vibracij in v povratnih vezjih. Običajno se v tem območju uporabljajo filmski kondenzatorji do 4,7 mikrofarad. Najboljša izbira kondenzatorja za zvok in zvok je polistiren (MKS), polipropilen (MKP). Polietilen (MKT) je cenejša alternativa.
- 1 Ф in višje - napajalniki, izhodni kondenzatorji, filtri, izolacija. Prednost je zelo visoka kapacitivnost (do 1 farad). Vendar obstaja nekaj slabosti. Elektrolitski CAP so podvrženi staranju in sušenju. Po 10 letih ali več se olje izsuši in spremenijo se pomembni dejavniki, kot je ESR. So polarizirane in jih je treba zamenjati vsakih 10 let, sicer bodo negativno vplivale na zvok. Pri načrtovanju povezovalnega tokokroga elektrolitov naTežavam s signalno linijo se je pogosto mogoče izogniti s ponovnim izračunom časovne konstante (RxC) za nizko kapacitivnost pod 1 mikrofarad. To bo pomagalo ugotoviti, kateri elektrolitski kondenzatorji so najboljši za zvok. Če to ni mogoče, je pomembno, da je elektrolit manjši od 1 V DC in da se uporablja visokokakovosten CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Z izbiro najboljše rešitve za vsak program lahko razvijalec doseže najboljšo kakovost zvoka. Vlaganje v visokokakovostne CAP ima pozitiven učinek na kakovost zvoka bolj kot katera koli druga komponenta.
Testiranje elementov CAP za aplikacije
Obstaja splošno razumevanje, da lahko različne CAP spremenijo kakovost zvoka zvočnih aplikacij pod različnimi pogoji. Katere kondenzatorje namestiti, v katera vezja in pod kakšnimi pogoji - ostajajo najbolj razpravljane teme med strokovnjaki. Zato je bolje, da v tej zapleteni temi ne izumljate kolesa, ampak uporabite rezultate preizkušenih testov. Nekatera avdio vezja so ponavadi zelo velika in onesnaženje v zvočnih okoljih, kot so ozemljitev in ohišje, je lahko velik problem kakovosti. Priporočljivo je, da testu dodate nelinearnost in naravno popačenje s testiranjem ostankov mostov od začetka.
| Dielektrik | polistiren | polistiren | polipropilen | poliester | Silver-mica | keramika | Polycarb |
| temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| napetostna stopnja | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Toleranca % | 2,5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Napaka % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Scattering | 0,000053 | 0,000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0,000168 | 0,000108 | 0,000705 |
| Absorpcija | 0, 02% | 0, 02% | 0, 04% | 0, 23% | 0, 82% | 0, 34% | n / |
| DCR, 100 V | 3,00E + 13 | 2,00E + 15 | 3,50E + 14 | 9,50E +10 | 2,00E + 12 | 3,00E + 12 | n / |
| faza, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Nativna ločljivost, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| most | nizko | nizko | zelo nizko | visoko | nizko | nizko | visoko |
Značilnosti modelov
V idealnem primeru bi oblikovalec pričakoval, da bo kondenzator natančno njegova projektna vrednost, medtem ko bi bila večina drugih parametrov nič ali neskončna. Glavne meritve kapacitivnosti tukaj niso tako vidne, saj so deli običajno znotraj toleranc. Vsi filmski CAP imajo pomemben temperaturni koeficient. Zato, da bi ugotovili, kateri filmski kondenzatorji so najboljši za zvok, se izvaja testiranje z laboratorijskimi instrumenti.
Difuzijski koeficient je uporaben pri ocenjevanju učinkovitosti elektrolitskega napajanja. Ta učinek na zvočno zmogljivost signalnih CAP ni dosleden in je lahko precej majhen. Številka predstavlja notranje izgube in se lahko po želji pretvori v efektivni serijski upor (ESR).
ESR ni konstantna vrednost, vendar je pri visokokakovostnih kondenzatorjih tako nizka, da nima velikega vpliva na zmogljivost vezja. Če bi bila zgrajena visokokvalitetna resonančna vezja, bi bila to povsem druga zgodba. Vendar pa je nizek faktor disipacije značilnost dobrih dielektrikov, ki lahko služijo kot dober namig pri nadaljnjih raziskavah.
Dielektrična absorpcija je lahko bolj zaskrbljujoča. To je bila velika težava zgodnjih analognih računalnikov. Visoki dielektrični absorpciji se je mogoče izogniti, zato lahko avdio kondenzatorji iz sljude zagotovijo omrežjem RIAA zelo dober zvok.
Meritve puščanja DC ne smejo vplivati na nič, saj mora biti upor katerega koli signalnega kondenzatorja zelo visok. Z višjimi dielektričnimi materiali je potrebna manjša površina in puščanje je skoraj zanemarljivo.
Za materiale z nižjo dielektrično konstanto, kot je teflon, bo kljub osnovni visoki upornosti morda potrebnovelika površina. Potem lahko puščanje povzroči najmanjša kontaminacija ali nečistoče. Uhajanje enosmernega toka je verjetno dobra kontrola kakovosti, vendar nima nič opraviti s kakovostjo zvoka.
Neželene parazitske komponente
Tranzistorji, integrirana vezja in druge aktivne komponente pomembno vplivajo na kakovost zvočnih signalov. Za spreminjanje značilnosti signala uporabljajo moč iz tokovnih virov. Za razliko od aktivnih komponent idealne pasivne komponente ne porabljajo energije in ne bi smele spreminjati signalov.
V elektronskih vezjih se upori, kondenzatorji in induktorji dejansko obnašajo kot aktivne komponente in porabijo energijo. Zaradi teh lažnih učinkov lahko znatno spremenijo zvočne signale, zato je za izboljšanje kakovosti potrebna skrbna izbira komponent. Vedno večje povpraševanje po zvočni opremi z boljšo kakovostjo zvoka sili proizvajalce CAP, da proizvajajo naprave z boljšo zmogljivostjo. Posledično imajo sodobni kondenzatorji za uporabo v avdio aplikacijah boljšo zmogljivost in višjo kakovost zvoka.
Lažni učinki CAP v akustičnem vezju so sestavljeni iz enakovredne zaporedne upornosti (ESR), ekvivalentne zaporedne induktivnosti (ESL), serijskih virov napetosti zaradi Seebeckovega učinka in dielektrične absorpcije (DA).
Tipično staranje, spremembe delovnih pogojev in posebne značilnosti otežujejo te neželene parazitske komponente. Vsak parazitkomponenta vpliva na delovanje elektronskega vezja na različne načine. Za začetek učinek upora povzroči uhajanje enosmernega toka. V ojačevalnikih in drugih vezjih, ki vsebujejo aktivne komponente, lahko to puščanje povzroči znatno spremembo napetosti pristranskosti, kar lahko vpliva na različne parametre, vključno s faktorjem kakovosti (Q).
Zmožnost kondenzatorja, da obvladuje valovanje in prenaša visokofrekvenčne signale, je odvisna od komponente ESR. Majhna napetost se ustvari na točki, kjer sta povezani dve različni kovini zaradi pojava, znanega kot Seebeckov učinek. Majhne baterije zaradi teh parazitskih termoelementov lahko bistveno vplivajo na delovanje vezja. Nekateri dielektrični materiali so piezoelektrični in hrup, ki ga dodajajo kondenzatorju, je posledica majhne baterije v komponenti. Poleg tega imajo elektrolitski CAP parazitske diode, ki lahko povzročijo spremembe pristranskosti ali značilnosti signala.
Parametri, ki vplivajo na signalno pot
V elektronskih vezjih se pasivne komponente uporabljajo za določanje ojačenja, vzpostavitev enosmernega blokiranja, zatiranje hrupa napajalnika in zagotavljanje pristranskosti. V prenosnih avdio sistemih se običajno uporabljajo poceni komponente majhnih dimenzij.
Zmogljivost pravih polipropilenskih avdio kondenzatorjev je drugačna od zmogljivosti idealnih komponent v smislu ESR, ESL, dielektrične absorpcije,uhajalni tok, piezoelektrične lastnosti, temperaturni koeficient, toleranca in napetostni koeficient. Čeprav je pri načrtovanju CAP za uporabo v poti zvočnega signala pomembno upoštevati te parametre, se dva, ki imata največji vpliv na signalno pot, imenujeta napetostni faktor in inverzni piezoelektrični učinek.
Tako kondenzatorji kot upori kažejo spremembo fizičnih lastnosti, ko se uporabljena napetost spremeni. Ta pojav se običajno imenuje stresni faktor in se razlikuje glede na kemijo, zasnovo in vrsto CAP.
Povratni piezo učinek vpliva na električno oceno kondenzatorjev za ojačevalnik zvoka. V avdio ojačevalnikih ta sprememba električne vrednosti komponente povzroči spremembo ojačanja, odvisno od signala. Ta nelinearni učinek povzroči popačenje zvoka. Reverzni piezoelektrični učinek povzroča znatno popačenje zvoka pri nižjih frekvencah in je glavni vir napetostnega faktorja v keramičnih CAP-jih razreda II.
Napetost, ki se uporablja na CAP, vpliva na njegovo delovanje. V primeru keramičnih CAP razreda II se kapacitivnost komponente zmanjša z naraščajočo pozitivno enosmerno napetostjo. Če je nanj priložena visoka izmenična napetost, se kapacitivnost komponente zmanjša na enak način. Vendar, ko se uporabi nizka izmenična napetost, se kapacitivnost komponente nagiba k povečanju. Te spremembe zmogljivosti lahko bistveno vplivajo na kakovostzvočni signali.
THD skupno harmonično popačenje
THD zvočnih kondenzatorjev je odvisen od dielektričnega materiala komponente. Nekateri od njih lahko zagotovijo impresivno THD zmogljivost, drugi pa jih lahko resno poslabšajo. Poliestrski kondenzatorji in aluminijasti elektrolitski kondenzatorji so med CAP, ki dajejo najnižji THD. V primeru dielektričnih materialov razreda II ponuja X7R najboljšo THD zmogljivost.
CAP za uporabo v avdio opremi so na splošno razvrščeni glede na uporabo, za katero se uporabljajo. Tri aplikacije: signalna pot, funkcionalne naloge in aplikacije za podporo napetosti. Zagotavljanje uporabe optimalnega avdio MKT kondenzatorja na teh treh področjih pomaga izboljšati izhodni ton in zmanjšati popačenje zvoka. Polipropilen ima nizek faktor sipanja in je primeren za vsa tri področja. Medtem ko vsi CAP, uporabljeni v avdiosistemu, vplivajo na kakovost zvoka, imajo komponente na poti signala največji vpliv.
Uporaba visokokakovostnih avdio kondenzatorjev lahko močno zmanjša poslabšanje kakovosti zvoka. Zaradi odlične linearnosti se filmski kondenzatorji običajno uporabljajo v zvočni poti. Ti nepolarni zvočni kondenzatorji so idealni za vrhunske avdio aplikacije. Dielektriki, ki se običajno uporabljajo v zasnovah filmskih kondenzatorjev s kakovostjo zvoka zasignalne poti vključujejo poliester, polipropilen, polistiren in polifenilen sulfid.
CAP za uporabo v predojačevalnikih, digitalno-analognih pretvornikih, analogno-digitalnih pretvornikih in podobnih aplikacijah so skupaj razvrščeni kot funkcionalni referenčni kondenzatorji. Čeprav ti nepolarizirani zvočni kondenzatorji niso na poti signala, lahko tudi znatno poslabšajo kakovost zvočnega signala.
Kondenzatorji, ki se uporabljajo za vzdrževanje napetosti v avdio opremi, imajo minimalen vpliv na zvočni signal. Ne glede na to je potrebna previdnost pri izbiri CAP, ki vzdržujejo napetost za opremo višjega razreda. Uporaba komponent, optimiziranih za zvočne aplikacije, pomaga izboljšati zmogljivost zvočnega vezja.
Dielektrični blok polistirenske plošče
Polistirenski kondenzatorji so izdelani z navijanjem lamelarno-dielektričnega bloka, podobnega elektrolitskemu, ali z polaganjem v zaporednih plasteh, kot je knjiga (prepognjena filmska folija). Uporabljajo se predvsem kot dielektriki v različnih plastičnih masah, kot so polipropilen (MKP), poliester/milar (MKT), polistiren, polikarbonat (MKC) ali teflon. Za plošče se uporablja aluminij visoke čistosti.
Odvisno od vrste uporabljenega dielektrika se kondenzatorji proizvajajo v različnih velikostih in zmogljivostih z delovno napetostjo. Visok dielektrikMoč poliestra omogoča izdelavo najboljših elektrolitskih kondenzatorjev za zvok v majhnih velikostih in z relativno nizkimi stroški za vsakodnevno uporabo, kjer posebne lastnosti niso potrebne. Kapacitivnosti so na voljo od 1000 pF do 4,7 mikrofarada pri delovnih napetostih do 1000 V.
Faktor dielektrične izgube poliestra je relativno visok. Za zvok lahko polipropilen ali polistiren močno zmanjšata dielektrične izgube, vendar je treba tukaj opozoriti, da sta veliko dražja. Polistiren se uporablja v filtrih/crossoverjih. Ena od pomanjkljivosti polistirenskih kondenzatorjev je nizko tališče dielektrika. Zato se polipropilenski avdio kondenzatorji običajno razlikujejo med seboj, saj je dielektrik zaščiten z ločitvijo kablov za spajkanje od ohišja kondenzatorja.
Tehnologija FIM z visoko gostoto energije
High power film CAP ponuja tri kategorije te vrste: TRAFIM (standardni in posebni), FILFIM in PPX. FIM tehnologija temelji na konceptu nadzorovanih samozdravilnih lastnosti segmentiranih aluminijastih metalizacijskih folij.
Zmogljivost je razdeljena na več milijonov osnovnih elementov, združenih in zaščitenih z varovalkami. Šibki dielektrični elementi so izolirani, pred prebijanjem varovalk pa se poškodovani elementi izolirajo, s katerimi kondenzator normalno deluje brez kratkega stika ali eksplozije, kot je to lahko v primeru elektrolitskegakondenzatorji za zvok.
Pod ugodnimi pogoji pričakovana življenjska doba za to vrsto CAP ne bi smela biti daljša od 200.000 ur in MTBF 10.000.000 ur. Ti kondenzatorji, ki delujejo kot baterija, porabijo majhno količino zmogljivosti zaradi postopne razgradnje posameznih celic skozi življenjsko dobo komponente.
Serija TRAFIM in FILFIM ponujata neprekinjeno filtriranje za visoke napetosti/moči (do 1kV). Kapaciteta se razlikuje:
- 610uF do 15625uF za standardni TRAFIM;
- 145uF do 15460uF za posebne TRAFIM;
- 8,2uF do 475uF za FILFIM.
Območje enosmerne napetosti je:
- 1,4KV do 4,2KV za standardni TRAFIM;
- 1,3kV do 5,3kV za personaliziran TRAFIM;
- in od 5,9 kV do 31,7 kV za FILFIM.
Kondenzatorji serije PPX ponujajo celotno paleto omrežnih rešitev za zatiranje GTO in blokiranje CAP, ki ponujajo kapacitivnosti od 0,19uF do 6,4uF. Razpon napetosti za PPX se giblje od 1600V do 7500V z zelo nizko samoinduktivnostjo.
filmski kondenzatorji za zvok imajo na splošno odlične visokofrekvenčne zmogljivosti, vendar je to pogosto ogroženo zaradi njihove velike velikosti in dolge žice. Vidi se, da ima Panasonicov mali radialni kondenzator veliko višjo lastno resonanco (9,7 MHz) kot občinski (4,5 MHz). To pa ne zaradi vgrajenega teflonskega pokrova, ampak zato, ker je dolg nekaj centimetrov.in ga ni mogoče pritrditi na telo. Če oblikovalec potrebuje visokofrekvenčno zmogljivost, da ohrani stabilnost v polprevodnikih z visoko pasovno širino, zmanjšajte velikost in dolžino žice na absolutni minimum.
Zmogljivost zvočnih vezij je močno odvisna od pasivnih komponent, kot so kondenzatorji in upori. Dejanski CAP vsebujejo neželene lažne komponente, ki lahko znatno popačijo značilnosti zvočnih signalov. Kondenzatorji, ki se uporabljajo v signalni poti, v veliki meri določajo kakovost zvočnega signala. Zaradi tega je potrebna skrbna izbira CAP, da se zmanjša poslabšanje signala.
Audio grade kondenzatorji so optimizirani za izpolnjevanje potreb današnjih visokokakovostnih avdio sistemov. Kondenzatorji iz plastične folije za zvok se uporabljajo v visokokakovostnih avdio sistemih in imajo širok spekter uporabe.
