Kondenzátory (CAP) sú dôležitými komponentmi v audio systémoch. Majú rôzne napätie, prúd a tvarové faktory. Aby mohli moderátori vybrať, ktoré kondenzátory sú pre zvuk najlepšie, musia pochopiť všetky parametre CAP. Integrita zvukového signálu do značnej miery závisí od výberu kondenzátorov. Preto pri výbere správneho zariadenia treba zvážiť všetky dôležité faktory.
Parametre audio CAP sú špeciálne optimalizované pre vysokovýkonné aplikácie a ponúkajú efektívnejšie zvukové kanály ako štandardné komponenty. Typy kondenzátorov, ktoré sa bežne používajú v audio kanáloch, sú hliníkové elektrolytické a filmové CAP, a ktoré kondenzátory sú najlepšie pre zvuk v konkrétnych podmienkach, závisí od použitých obvodov a zariadení: reproduktory, prehrávače CD a hudobných nástrojov, basgitary aostatné.
História zvukového kondenzátora
Kondenzátor je jedným z najstarších elektronických komponentov. Elektrické vodiče boli objavené v roku 1729. V roku 1745 objavil nemecký vynálezca Ewald Georg von Kleist plavidlo Leiden, ktoré sa stalo prvým CAP. Fyzik Pieter van Müssenbrook, fyzik na univerzite v Leidene, objavil Leidenskú nádobu sám v roku 1746.
V súčasnosti je Leidenská nádoba sklenená nádoba pokrytá zvnútra aj zvonka kovovou fóliou. CAP slúži ako prostriedok na ukladanie elektriny a to, ktoré kondenzátory sú najlepšie pre zvuk, bude závisieť od kapacity, pretože čím je toto číslo väčšie, tým viac elektriny uloží. Kapacita závisí od veľkosti protiľahlých dosiek, vzdialenosti medzi doskami a povahy izolátora medzi nimi.
Kondenzátory používané v audio zosilňovačoch sa dodávajú v niekoľkých typoch, ako napríklad bežný CAP s kovovou fóliou pre obe dosky a impregnovaným papierom medzi nimi. Metalizované papierové (MP) kondenzátory, tiež nazývané olejovo-papierové CAP a metalizované papierové jednovrstvové kondenzátory (MBGO) pre audio, ktoré sa používajú v AC, DC a pulzných obvodoch.
Neskôr sa mylar (polyester) a iné syntetické izolátory stali bežnejšími. V 60. rokoch sa kovová CAP s mylarom stala veľmi populárnou. Dve silné stránky týchto zariadení sú ich menšie rozmery a skutočnosť, že sú samoliečivé. Dnes sú to najlepšie kondenzátory pre zvuk, používajú sa takmer v každom elektronickom zariadení. Vzhľadom na obrovský objem obchodu a výroby týchto typov kondenzátorov sú pomerne lacné.
Ďalší typ CAP je elektrolytický so špeciálnym dizajnom s prevažne vysokými a veľmi vysokými hodnotami v rozmedzí od 1 uF do niekoľkých desiatok tisíc uF. Používajú sa hlavne na oddelenie alebo filtrovanie v napájacom zdroji. Najbežnejšie v dizajne zosilňovačov sú metalizované mylarové alebo polyesterové kondenzátory (MKT). Kvalitnejšie zosilňovače väčšinou používajú metalizovaný polypropylén (MPP).
Technológia komponentov
Technológia CAP do značnej miery určuje vlastnosti zariadení a to, ktoré kondenzátory sú najlepšie pre zvuk, závisí od triedy zariadenia. Špičkové produkty majú tesné tolerancie a sú drahšie ako kondenzátory na všeobecné použitie. Navyše, takéto vysokokvalitné CAP môžu byť opakovane použiteľné. Vysokokvalitné audio systémy vyžadujú vysokokvalitné CAP na poskytovanie špičkovej kvality zvuku.
Výkon alebo to, ako kondenzátory ovplyvňujú zvuk, do značnej miery závisí od toho, ako sú prispájkované k doske plošných spojov. Spájkovanie namáha pasívne súčiastky, čo môže spôsobiť piezoelektrické napätie a praskanie povrchovo namontovaných CAP. Pri spájkovaní kondenzátorov musíte použiť správne poradie spájkovania a dodržiavať odporúčaniaprofil.
Všetky mylarové audio kondenzátory sú nepolarizované, čo znamená, že nemusia byť označené ako pozitívne alebo negatívne. Na ich spojení v reťazci nezáleží. Sú preferované vo vysokokvalitných audio obvodoch kvôli ich nízkej strate a zníženému skresleniu, keď to veľkosť produktu dovoľuje.
Typ metalizovaného polykarbonátu MKC sa už takmer nepoužíva. Je známe, že typy ERO MKC sú stále široko používané, pretože majú vyvážený hudobný zvuk s veľmi malým zafarbením. Typy MKP majú jasnejší zvuk, ako aj širší rozsah zvuku.
Málo známym typom kondenzátora MKV je metalizovaný polypropylénový CAP v oleji. Je to najlepší kondenzátor pre zvuk, pretože má výkonnejšie vlastnosti ako olejom potiahnutý metalizovaný papier.
Kvalita pasívnych prvkov
Kondenzátory, najmä ak sú na linke výstupného signálu, výrazne ovplyvňujú kvalitu zvuku audio systému.
O kvalite CAP rozhoduje niekoľko faktorov, ktoré sú nepochybne veľmi dôležité pre zvuk:
- Tolerancia a skutočná kapacita požadovaná na použitie vo filtroch.
- Kapacita verzus frekvencia, takže 1 mikrofarad pri 1 000 Hz neznamená 1 mikrofarad pri 20 kHz.
- Vnútorný odpor (ESR).
- Unikajúci prúd.
- Starnutie je faktor, ktorý sa pri každom produkte časom vyvíja.
Najlepší výber aplikácií kondenzátora závisí od aplikácie v obvode a požadovanej kapacity:
- Rozsah od 1 pF do 1 nF - riadiace a spätnoväzbové obvody. Tento rozsah sa používa hlavne na elimináciu vysokofrekvenčného šumu na audio kanáli alebo na účely spätnej väzby, ako je most zosilňovača Quad 606. Kondenzátor SGM v audio je najlepšou voľbou v tomto rozsahu. Má veľmi dobrú toleranciu (až 1%) a veľmi nízke skreslenie a šum, ale je dosť drahý. Dobrou alternatívou je ISS alebo MCP. Na signálovom vedení by ste sa mali vyhnúť keramickým CAP, pretože môžu spôsobiť dodatočné nelineárne skreslenie až do 1 %.
- Od 1 nF do 1 uF - väzba, oddelenie a potlačenie vibrácií. Najčastejšie sa používajú v audio systémoch a tiež medzi stupňami, kde je rozdiel v úrovni DC, eliminácii vibrácií a v spätnoväzbových obvodoch. Typicky sa použijú filmové kondenzátory v tomto rozsahu až do 4,7 mikrofaradov. Najlepšou voľbou kondenzátora pre zvuk a zvuk je polystyrén (MKS), polypropylén (MKP). Polyetylén (MKT) je lacnejšia alternatíva.
- 1 Ф a vyššie - napájacie zdroje, výstupné kondenzátory, filtre, izolácia. Výhodou je veľmi vysoká kapacita (až 1 farad). Existuje však niekoľko nevýhod. Elektrolytické CAP podliehajú starnutiu a vysychaniu. Po 10 a viac rokoch olej vyschne a zmenia sa dôležité faktory ako ESR. Sú polarizované a musia sa každých 10 rokov vymeniť, inak negatívne ovplyvnia zvuk. Pri návrhu pripojovacieho okruhu elektrolytov naProblémom so signálnym vedením sa často dá vyhnúť prepočítaním časovej konštanty (RxC) pre nízku kapacitu pod 1 mikrofarad. To pomôže určiť, ktoré elektrolytické kondenzátory sú najlepšie pre zvuk. Ak to nie je možné, je dôležité, aby bol elektrolyt nižší ako 1 V DC a použil sa vysokokvalitný CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Výberom najlepšieho riešenia pre každý program môže vývojár dosiahnuť najlepšiu kvalitu zvuku. Investovanie do vysoko kvalitných CAP má pozitívny vplyv na kvalitu zvuku viac ako ktorýkoľvek iný komponent.
Testovanie prvkov CAP pre aplikácie
Všeobecne platí, že rôzne CAP môžu zmeniť kvalitu zvuku zvukových aplikácií za rôznych podmienok. Ktoré kondenzátory inštalovať, do akých obvodov a za akých podmienok - zostávajú najdiskutovanejšími témami medzi odborníkmi. Preto je lepšie nevynájsť koleso v tejto zložitej téme, ale použiť výsledky overených testov. Niektoré zvukové obvody majú tendenciu byť veľmi veľké a kontaminácia zvukových prostredí, ako sú uzemnenia a šasi, môže predstavovať veľký problém s kvalitou. Odporúča sa pridať do testu nelinearitu a prirodzené skreslenie testovaním zvyškov mosta od začiatku.
| Dielektrikum | Polystyrén | Polystyrén | Polypropylén | Polyester | Strieborno-sľudové | Keramické | Polycarb |
| Teplota | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Úroveň napätia | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerancia % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Chyba % | 2, 18% | 0, 28 % | 0, 73 % | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09 % | -1, 72 % |
| Rozptyl | 0,000053 | 0,000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0,000168 | 0,000108 | 0,000705 |
| Absorpcia | 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 / |
| Fáza, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Natívne rozlíšenie, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Bridge | low | low | veľmi nízka | vysoké | low | low | vysoké |
Charakteristiky modelov
V ideálnom prípade by dizajnér očakával, že kondenzátor bude presne jeho konštrukčnou hodnotou, zatiaľ čo väčšina ostatných parametrov by bola nulová alebo nekonečná. Hlavné merania kapacity tu nie sú také viditeľné, pretože časti sú zvyčajne v rámci tolerancií. Všetky filmové CAP majú významný teplotný koeficient. Preto, aby sa určilo, ktoré filmové kondenzátory sú najlepšie pre zvuk, vykonáva sa testovanie pomocou laboratórnych prístrojov.
Difúzny koeficient je užitočný pri hodnotení účinnosti elektrolytického zdroja energie. Tento vplyv na zvukový výkon signalizačných CAP nie je konzistentný a môže byť dosť malý. Číslo predstavuje vnútorné straty a v prípade potreby ho možno previesť na efektívny sériový odpor (ESR).
ESR nie je konštantná hodnota, ale vo vysokokvalitných kondenzátoroch býva taká nízka, že nemá veľký vplyv na výkon obvodu. Ak by boli postavené vysokoQ rezonančné obvody, potom by to bol úplne iný príbeh. Nízky rozptylový faktor je však charakteristickým znakom dobrých dielektrík, čo môže slúžiť ako dobré vodítko pri ďalšom výskume.
Dielektrická absorpcia môže byť znepokojivejšia. Toto bol hlavný problém skorých analógových počítačov. Je možné vyhnúť sa vysokej dielektrickej absorpcii, takže sľudové zvukové kondenzátory môžu poskytnúť sieťam RIAA veľmi dobrý zvuk.
Merania úniku jednosmerného prúdu by nemali nič ovplyvniť, pretože odpor akéhokoľvek signálového kondenzátora by mal byť veľmi vysoký. S vyššími dielektrickými materiálmi je potrebný menší povrch a únik je prakticky zanedbateľný.
Pri materiáloch s nižšou dielektrickou konštantou, ako je teflón, môže byť napriek jeho základnému vysokému odporu potrebnéveľká plocha. Potom môže byť únik spôsobený najmenšou kontamináciou alebo nečistotami. DC únik je pravdepodobne dobrá kontrola kvality, ale nemá to nič spoločné s kvalitou zvuku.
Nežiaduce parazitické zložky
Tranzistory, integrované obvody a ďalšie aktívne komponenty majú významný vplyv na kvalitu audio signálov. Na zmenu charakteristík signálu využívajú energiu z prúdových zdrojov. Na rozdiel od aktívnych komponentov ideálne pasívne komponenty nespotrebúvajú energiu a nemali by meniť signály.
V elektronických obvodoch sa rezistory, kondenzátory a induktory skutočne správajú ako aktívne komponenty a spotrebúvajú energiu. Kvôli týmto rušivým efektom môžu výrazne zmeniť zvukové signály a na zlepšenie kvality je potrebný starostlivý výber komponentov. Neustále sa zvyšujúci dopyt po audio zariadeniach s lepšou kvalitou zvuku núti výrobcov CAP vyrábať zariadenia s lepším výkonom. Výsledkom je, že moderné kondenzátory na použitie v audio aplikáciách majú lepší výkon a vyššiu kvalitu zvuku.
Rušivé CAP efekty v akustickom obvode pozostávajú z ekvivalentného sériového odporu (ESR), ekvivalentnej sériovej indukčnosti (ESL), sériových zdrojov napätia v dôsledku Seebeckovho efektu a dielektrickej absorpcie (DA).
Typické starnutie, zmeny prevádzkových podmienok a špecifické vlastnosti sťažujú tieto nežiaduce parazitické zložky. Každý parazitkomponent ovplyvňuje výkon elektronického obvodu rôznymi spôsobmi. Na začiatok odporový efekt spôsobuje únik jednosmerného prúdu. V zosilňovačoch a iných obvodoch obsahujúcich aktívne komponenty môže tento únik viesť k významnej zmene predpätia, čo môže ovplyvniť rôzne parametre vrátane faktora kvality (Q).
Schopnosť kondenzátora zvládnuť vlnenie a prechádzať vysokofrekvenčné signály závisí od komponentu ESR. V mieste, kde sa spájajú dva rozdielne kovy, vzniká malé napätie v dôsledku javu známeho ako Seebeckov efekt. Malé batérie v dôsledku týchto parazitných termočlánkov môžu výrazne ovplyvniť výkon obvodu. Niektoré dielektrické materiály sú piezoelektrické a hluk, ktorý pridávajú do kondenzátora, je spôsobený malou batériou vo vnútri komponentu. Okrem toho majú elektrolytické CAP parazitné diódy, ktoré môžu spôsobiť zmeny v skreslení signálu alebo charakteristiky.
Parametre ovplyvňujúce signálovú cestu
V elektronických obvodoch sa pasívne súčiastky používajú na určenie zisku, blokovanie jednosmerného prúdu, potlačenie šumu napájacieho zdroja a zabezpečenie predpätia. V prenosných audio systémoch sa bežne používajú lacné komponenty s malými rozmermi.
Výkon skutočných polypropylénových audio kondenzátorov sa líši od výkonu ideálnych komponentov z hľadiska ESR, ESL, dielektrickej absorpcie,zvodový prúd, piezoelektrické vlastnosti, teplotný koeficient, tolerancia a napäťový koeficient. Aj keď je dôležité zvážiť tieto parametre pri navrhovaní CAP na použitie v ceste audio signálu, dva, ktoré majú najväčší vplyv na cestu signálu, sa označujú ako napäťový faktor a inverzný piezoelektrický efekt.
Kondenzátory aj odpory vykazujú zmenu fyzikálnych charakteristík pri zmene použitého napätia. Tento jav sa bežne označuje ako stresový faktor a mení sa v závislosti od chémie, dizajnu a typu CAP.
Reverzný piezo efekt ovplyvňuje elektrický výkon kondenzátorov pre zosilňovač zvuku. V audio zosilňovačoch táto zmena elektrickej hodnoty komponentu vedie k zmene zisku v závislosti od signálu. Tento nelineárny efekt má za následok skreslenie zvuku. Reverzný piezoelektrický efekt spôsobuje výrazné skreslenie zvuku pri nižších frekvenciách a je hlavným zdrojom napäťového faktora v keramických CAP triedy II.
Napätie aplikované na CAP ovplyvňuje jeho výkon. V prípade keramických CAP triedy II sa kapacita súčiastky znižuje so zvyšujúcim sa kladným jednosmerným napätím. Ak je naň privedené vysoké striedavé napätie, kapacita súčiastky klesá rovnakým spôsobom. Keď sa však použije nízke striedavé napätie, kapacita súčiastky má tendenciu sa zvyšovať. Tieto zmeny kapacity môžu výrazne ovplyvniť kvalituzvukové signály.
THD celkové harmonické skreslenie
THD audio kondenzátorov závisí od dielektrického materiálu komponentu. Niektoré z nich môžu poskytnúť pôsobivý výkon THD, zatiaľ čo iné ho môžu vážne zhoršiť. Polyesterové kondenzátory a hliníkové elektrolytické kondenzátory patria medzi CAP, ktoré poskytujú najnižšie THD. V prípade dielektrických materiálov triedy II ponúka X7R najlepší THD výkon.
CAP na použitie v audio zariadeniach sú vo všeobecnosti klasifikované podľa aplikácie, na ktorú sa používajú. Tri aplikácie: signálová cesta, funkčné úlohy a aplikácie na podporu napätia. Zabezpečenie použitia optimálneho zvukového kondenzátora MKT v týchto troch oblastiach pomáha zlepšiť výstupný tón a znížiť skreslenie zvuku. Polypropylén má nízky rozptylový faktor a je vhodný pre všetky tri oblasti. Zatiaľ čo všetky CAP použité v audio systéme ovplyvňujú kvalitu zvuku, najväčší vplyv majú komponenty v signálovej ceste.
Používanie vysokokvalitných kondenzátorov pre zvuk môže výrazne znížiť zhoršenie kvality zvuku. Filmové kondenzátory sa vďaka svojej vynikajúcej linearite bežne používajú v audio ceste. Tieto nepolárne zvukové kondenzátory sú ideálne pre prémiové zvukové aplikácie. Dielektrika bežne používané v konštrukciách filmových kondenzátorov s kvalitou zvuku prepoužitie signálnych ciest zahŕňa polyester, polypropylén, polystyrén a polyfenylénsulfid.
CAP na použitie v predzosilňovačoch, digitálno-analógových prevodníkoch, analógovo-digitálnych prevodníkoch a podobných aplikáciách sú súhrnne klasifikované ako funkčné referenčné kondenzátory. Hoci tieto nepolarizované zvukové kondenzátory nie sú v signálovej ceste, môžu tiež výrazne zhoršiť kvalitu zvukového signálu.
Kondenzátory, ktoré sa používajú na udržiavanie napätia v audio zariadeniach, majú minimálny vplyv na audio signál. Bez ohľadu na to je potrebná opatrnosť pri výbere CAP, ktoré udržujú napätie pre špičkové zariadenia. Používanie komponentov optimalizovaných pre audio aplikácie pomáha zlepšiť výkon audio obvodu.
Dielektrický blok z polystyrénovej dosky
Polystyrénové kondenzátory sa vyrábajú navíjaním lamelového dielektrického bloku, podobného elektrolytickému bloku, alebo ukladaním do po sebe nasledujúcich vrstiev, ako je napríklad kniha (skladaná fólia). Používajú sa hlavne ako dielektrikum v rôznych plastoch ako polypropylén (MKP), polyester/mylar (MKT), polystyrén, polykarbonát (MKC) alebo teflón. Na dosky sa používa hliník vysokej čistoty.
V závislosti od typu použitého dielektrika sa kondenzátory vyrábajú v rôznych veľkostiach a kapacitách s prevádzkovým napätím. Vysoké dielektrikumSila polyesteru umožňuje vyrábať najlepšie elektrolytické kondenzátory pre zvuk v malých rozmeroch a pri relatívne nízkych nákladoch na každodenné použitie, kde nie sú potrebné špeciálne vlastnosti. Dostupné kapacity od 1 000 pF do 4,7 mikrofaradov pri prevádzkovom napätí do 1 000 V.
Činiteľ dielektrickej straty polyesteru je relatívne vysoký. Pre audio môže polypropylén alebo polystyrén výrazne znížiť dielektrické straty, ale tu je potrebné poznamenať, že sú oveľa drahšie. Polystyrén sa používa vo filtroch/krížoch. Jednou nevýhodou polystyrénových kondenzátorov je nízka teplota topenia dielektrika. To je dôvod, prečo sa polypropylénové zvukové kondenzátory zvyčajne navzájom líšia, pretože dielektrikum je chránené oddelením spájkovacích vodičov od tela kondenzátora.
FIM technológia s vysokou hustotou energie
Fóliové CAP s vysokým výkonom ponúkajú tri kategórie tohto typu: TRAFIM (štandardné a špeciálne), FILFIM a PPX. FIM technológia je založená na koncepte riadených samoliečebných vlastností segmentovaných hliníkových metalizovaných fólií.
Kapacita je rozdelená do niekoľkých miliónov elementárnych prvkov, kombinovaných a chránených poistkami. Slabé dielektrické prvky sú izolované a pred prerazením poistiek sú poškodené prvky izolované, s ktorými kondenzátor ďalej pracuje normálne bez skratu alebo výbuchu, ako to môže byť v prípade elektrolytickéhokondenzátory pre zvuk.
Za priaznivých podmienok by sa pri tomto type CAP nemala očakávať, že očakávaná dĺžka života prekročí 200 000 hodín a MTBF 10 000 000 hodín. Tieto kondenzátory fungujú ako batérie a spotrebúvajú malé množstvo kapacity v dôsledku postupnej degradácie jednotlivých článkov počas životnosti komponentu.
Série TRAFIM a FILFIM ponúkajú nepretržité filtrovanie vysokého napätia/výkonu (až do 1kV). Kapacita sa líši:
- 610uF až 15625uF pre štandardný TRAFIM;
- 145uF až 15460uF za špeciálny TRAFIM;
- 8,2uF až 475uF pre FILFIM.
Rozsah jednosmerného napätia je:
- 1,4KV až 4,2KV pre štandardný TRAFIM;
- 1,3kV až 5,3kV pre personalizovaný TRAFIM;
- a od 5,9 kV do 31,7 kV pre FILFIM.
Kondenzátory série PPX ponúkajú kompletný rad sieťových riešení na potlačenie GTO, ako aj blokovanie CAP, ponúkajúce kapacity od 0,19uF do 6,4uF. Rozsah napätia pre PPX sa pohybuje od 1600V do 7500V s veľmi nízkou vlastnou indukčnosťou.
filmové kondenzátory pre zvuk majú vo všeobecnosti vynikajúci vysokofrekvenčný výkon, čo je však často ohrozené ich veľkými rozmermi a dlhou dĺžkou vodičov. Je vidieť, že malý radiálny kondenzátor Panasonic má oveľa vyššiu vlastnú rezonanciu (9,7 MHz) ako Audience (4,5 MHz). Nie je to kvôli nainštalovanému teflónovému uzáveru, ale preto, že je dlhý niekoľko palcov.a nedá sa pripevniť k telu. Ak dizajnér potrebuje vysokofrekvenčný výkon na udržanie stability v polovodičoch s veľkou šírkou pásma, znížte veľkosť a dĺžku drôtu na absolútne minimum.
Výkon audio obvodov vo veľkej miere závisí od pasívnych komponentov, ako sú kondenzátory a odpory. Skutočné CAP obsahujú nežiaduce rušivé komponenty, ktoré môžu výrazne skresliť charakteristiky zvukových signálov. Kondenzátory použité v signálovej ceste do značnej miery určujú kvalitu zvukového signálu. V dôsledku toho je potrebný starostlivý výber CAP, aby sa minimalizovala degradácia signálu.
Kondenzátory audio triedy sú optimalizované tak, aby vyhovovali potrebám dnešných vysokokvalitných audio systémov. Plastové filmové kondenzátory pre zvuk sa používajú vo vysokokvalitných audio systémoch a majú širokú škálu aplikácií.
