Kondensatorer (CAP) är viktiga komponenter i ljudsystem. De har olika spännings-, ström- och formfaktorer. För att välja vilka kondensatorer som är bäst för ljud måste moderatorer förstå alla CAP-parametrar. Ljudsignalens integritet beror till stor del på valet av kondensatorer. Därför måste alla viktiga faktorer beaktas när du väljer rätt enhet.
Audio CAP-parametrarna är speciellt optimerade för högpresterande applikationer och erbjuder effektivare ljudkanaler än standardkomponenter. De typer av kondensatorer som vanligtvis används i ljudkanaler är aluminiumelektrolytiska och film-CAP, och vilka kondensatorer som är bäst för ljud under särskilda förhållanden beror på de kretsar och enheter som används: högtalare, CD- och musikinstrumentspelare, basgitarrer ochandra.
Historia för ljudkondensatorn
Kondensatorn är en av de äldsta elektroniska komponenterna. Elektriska ledare upptäcktes 1729. År 1745 upptäckte den tyske uppfinnaren Ewald Georg von Kleist det Leidenska fartyget som blev den första CAP. Fysikern Pieter van Müssenbrook, fysiker vid universitetet i Leiden, upptäckte Leidenburken på egen hand 1746.
För närvarande är Leiden-burken ett glaskärl täckt med metallfolie inifrån och ut. CAP fungerar som ett sätt att lagra elektricitet, och vilka kondensatorer som är bäst för ljud beror på kapacitansen, eftersom ju större denna siffra, desto mer elektricitet kommer den att lagra. Kapacitansen beror på storleken på de motsatta plattorna, avståndet mellan plattorna och typen av isolator mellan dem.
Kondensatorer som används i ljudförstärkare finns i flera typer, till exempel den vanliga CAP med metallfolie för båda plattorna och impregnerat papper mellan dem. Metalliserade papper (MP) kondensatorer, även kallade oljepappers capacitors och metalliserade papper single-layer capacitors (MBGOs) för ljud, som används i AC, DC och pulskretsar.
Senare blev mylar (polyester) och andra syntetiska isolatorer vanligare. På 1960-talet blev metall CAP med mylar mycket populärt. Två styrkor med dessa enheter är deras mindre storlek och det faktum att de är självläkande. Idag är dessa de bästa kondensatorerna för ljud, de används i nästan alla elektroniska enheter. På grund av den enorma volymen av handel och produktion av dessa typer av kondensatorer är de ganska billiga.
En annan typ av CAP är elektrolytisk med en speciell design med övervägande höga och mycket höga värden från 1 uF till flera tiotusentals uF. De används främst för frånkoppling eller filtrering i strömförsörjningen. De vanligaste i förstärkardesign är metalliserade Mylar- eller polyesterkondensatorer (MKT). Förstärkare av högre kvalitet använder oftast metalliserad polypropen (MPP).
Komponentteknik
CAP-tekniken avgör till stor del egenskaperna hos enheter, och vilka kondensatorer som är bäst för ljud beror på utrustningsklassen. Avancerade produkter har snäva toleranser och är dyrare än kondensatorer för allmänna ändamål. Dessutom kan sådana CAPs av hög kvalitet vara återanvändbara. Högkvalitativa ljudsystem kräver CAPs av hög kvalitet för att leverera ljudkvalitet i högsta klass.
Prestandan, eller hur kondensatorerna påverkar ljudet, beror mycket på hur de är lödda till PCB:n. Lödning belastar passiva komponenter, vilket kan orsaka piezoelektriska spänningar och sprickbildning av ytmonterade CAP:er. Vid lödning av kondensatorer måste du använda rätt lödordning och följa rekommendationernaprofil.
Alla mylar-ljudkondensatorer är opolariserade, vilket innebär att de inte behöver märkas som positiva eller negativa. Deras koppling i kedjan spelar ingen roll. De föredras i högkvalitativa ljudkretsar på grund av deras låga förlust och minskade distorsion när produktstorleken tillåter.
MKC metalliserad polykarbonattyp används knappt längre. Det är känt att ERO MKC-typerna fortfarande används i stor utsträckning eftersom de har ett balanserat musikaliskt ljud med väldigt lite färg. MKP-typerna har ett ljusare ljud samt ett bredare ljudområde.
En föga känd typ av MKV-kondensator är en metalliserad polypropen-CAP i olja. Det är den bästa kondensatorn för ljud eftersom den har mer kraftfulla egenskaper än oljebelagt metalliserat papper.
Kvalitet på passiva element
Kondensatorer, särskilt när de är på utsignalslinjen, påverkar i hög grad ljudkvaliteten i ett ljudsystem.
Det finns flera faktorer som avgör kvaliteten på CAP, utan tvekan mycket viktigt för ljud:
- Tolerans och faktisk kapacitet krävs för användning i filter.
- Kapacitans kontra frekvens, så 1 mikrofarad vid 1 000 Hz betyder inte 1 mikrofarad vid 20 kHz.
- Internt motstånd (ESR).
- Läckström.
- Åldrande är en faktor som kommer att utvecklas över tiden för alla produkter.
Det bästa valet av kondensatorapplikationer beror på applikationen i kretsen och den erforderliga kapacitansen:
- Omfång från 1 pF till 1 nF - styr- och återkopplingskretsar. Detta intervall används främst för att eliminera högfrekvent brus på ljudkanalen eller för återkopplingsändamål som Quad 606 förstärkarbrygga. SGM-kondensatorn i ljud är det bästa valet i detta intervall. Den har mycket bra tolerans (upp till 1%) och mycket låg distorsion och brus, men ganska dyr. ISS eller MCP är ett bra alternativ. Keramiska CAPs bör undvikas på signallinjen eftersom de kan orsaka ytterligare icke-linjär distorsion upp till 1%.
- Från 1 nF till 1 uF - koppling, frånkoppling och vibrationsdämpning. De används oftast i ljudsystem och även mellan steg där det är skillnad i DC-nivå, vibrationseliminering och i återkopplingskretsar. Typiskt kommer filmkondensatorer att användas i detta intervall upp till 4,7 mikrofarad. Det bästa kondensatorvalet för ljud och ljud är polystyren (MKS), polypropen (MKP). Polyeten (MKT) är ett billigare alternativ.
- 1 Ф och mer - strömförsörjning, utgångskondensatorer, filter, isolering. Fördelen är mycket hög kapacitans (upp till 1 farad). Men det finns några nackdelar. Elektrolytiska CAPs är föremål för åldrande och torkning. Efter 10 år eller mer torkar oljan ut och viktiga faktorer som ESR förändras. De är polariserade och måste bytas ut vart tionde år annars kommer de att påverka ljudet negativt. Vid design av anslutningskretsen av elektrolyter påsignallinjeproblem kan ofta undvikas genom att räkna om tidskonstanten (RxC) för låg kapacitans under 1 mikrofarad. Detta kommer att hjälpa till att avgöra vilka elektrolytkondensatorer som är bäst för ljud. Om detta inte är möjligt är det viktigt att elektrolyten är mindre än 1V DC och en högkvalitativ CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic) används.
Genom att välja den bästa lösningen för varje program kan utvecklaren uppnå den bästa ljudkvaliteten. Att investera i CAPs av hög kvalitet har en positiv effekt på ljudkvaliteten mer än någon annan komponent.
Testar CAP-element för applikationer
Det finns en gemensam uppfattning att olika CAP:er kan ändra ljudkvaliteten för ljudapplikationer under olika förhållanden. Vilka kondensatorer som ska installeras, i vilka kretsar och under vilka förhållanden - förblir de mest diskuterade ämnena bland specialister. Det är därför det är bättre att inte återuppfinna hjulet i detta komplexa ämne, utan att använda resultaten av beprövade tester. Vissa ljudkretsar tenderar att vara mycket stora, och föroreningar i ljudmiljöer som jord och chassi kan vara ett stort kvalitetsproblem. Det rekommenderas att lägga till icke-linjäritet och naturlig distorsion till testet genom att testa bryggrester från grunden.
| Dielectric | polystyren | polystyren | Polypropen | polyester | Silver-glimmer | Ceramic | Polycarb |
| Temperature | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Spänningsnivå | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerans % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Fel % | 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 |
| Absorption | 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 / |
| Fas, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Native resolution, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Bridge | low | low | mycket låg | high | low | low | high |
Modellers egenskaper
I det ideala fallet skulle konstruktören förvänta sig att kondensatorn är exakt dess designvärde, medan de flesta andra parametrar skulle vara noll eller oändlig. Huvudkapacitansmätningarna är inte lika synliga här då delarna vanligtvis ligger inom toleranser. Alla film CAPs har en signifikant temperaturkoefficient. Därför, för att avgöra vilka filmkondensatorer som är bäst för ljud, utförs testning med laboratorieinstrument.
Diffusionskoefficienten är användbar för att utvärdera effektiviteten hos en elektrolytisk strömförsörjning. Denna effekt på ljudprestandan hos signalerings-CAP är inte konsekvent och kan vara ganska liten. Siffran representerar interna förluster och kan konverteras till effektiv serieresistans (ESR) om så önskas.
ESR är inte ett konstant värde, men tenderar att vara så lågt i högkvalitativa kondensatorer att det inte har någon större effekt på kretsens prestanda. Om hög-Q-resonanskretsar byggdes, då skulle det vara en helt annan historia. En låg förlustfaktor är dock ett kännetecken för bra dielektrikum, vilket kan fungera som en bra ledtråd i vidare forskning.
Dielektrisk absorption kan vara mer oroande. Detta var ett stort problem med tidiga analoga datorer. Hög dielektrisk absorption kan undvikas, så glimmerljudkondensatorer kan ge RIAA-nätverk mycket bra ljud.
DC-läckagemätningar bör inte påverka någonting, eftersom resistansen hos en signalkondensator bör vara mycket hög. Med högre dielektriska material krävs mindre ytarea och läckaget är praktiskt taget försumbart.
För material med en lägre dielektricitetskonstant som teflon kan det, trots dess grundläggande höga resistivitet, vara nödvändigt attstor yta. Då kan läckan orsakas av minsta förorening eller föroreningar. DC-läckage är förmodligen en bra kvalitetskontroll, men det har inget med ljudkvalitet att göra.
Oönskade parasitkomponenter
Transistorer, integrerade kretsar och andra aktiva komponenter har en betydande inverkan på ljudsignalernas kvalitet. De använder ström från strömkällor för att ändra signalegenskaper. Till skillnad från aktiva komponenter förbrukar inte idealiska passiva komponenter ström och bör inte ändra signaler.
I elektroniska kretsar beter sig motstånd, kondensatorer och induktorer som aktiva komponenter och förbrukar ström. På grund av dessa falska effekter kan de avsevärt förändra ljudsignaler, och noggrant komponentval krävs för att förbättra kvaliteten. Den ständigt ökande efterfrågan på ljudutrustning med bättre ljudkvalitet tvingar CAP-tillverkare att producera enheter med bättre prestanda. Som ett resultat har moderna kondensatorer för användning i ljudapplikationer bättre prestanda och högre ljudkvalitet.
Fantastiska CAP-effekter i en akustisk krets består av ekvivalent serieresistans (ESR), ekvivalent serieinduktans (ESL), seriespänningskällor på grund av Seebeck-effekten och dielektrisk absorption (DA).
Typiskt åldrande, förändringar i driftsförhållanden och specifika egenskaper gör dessa oönskade parasitkomponenter svårare. Varje parasitkomponent påverkar den elektroniska kretsens prestanda på olika sätt. Till att börja med orsakar motståndseffekten DC-läckage. I förstärkare och andra kretsar som innehåller aktiva komponenter kan detta läckage leda till en betydande förändring av förspänningen, vilket kan påverka olika parametrar, inklusive kvalitetsfaktorn (Q).
Förmågan hos en kondensator att hantera rippel och skicka högfrekventa signaler beror på ESR-komponenten. En liten spänning skapas vid den punkt där två olika metaller är bundna på grund av ett fenomen som kallas Seebeck-effekten. Små batterier på grund av dessa parasitiska termoelement kan avsevärt påverka kretsens prestanda. Vissa dielektriska material är piezoelektriska och bruset de tillför kondensatorn beror på det lilla batteriet inuti komponenten. Dessutom har elektrolytiska CAP parasitdioder som kan orsaka förändringar i signalförspänning eller egenskaper.
Parametrar som påverkar signalvägen
I elektroniska kretsar används passiva komponenter för att bestämma förstärkning, upprätta DC-blockering, undertrycka strömförsörjningsbrus och ge bias. Billiga komponenter med små dimensioner används vanligtvis i bärbara ljudsystem.
Prestandan hos ljudkondensatorer av äkta polypropen skiljer sig från den för idealiska komponenter när det gäller ESR, ESL, dielektrisk absorption,läckström, piezoelektriska egenskaper, temperaturkoefficient, tolerans och spänningskoefficient. Även om det är viktigt att beakta dessa parametrar när man designar en CAP för användning i ljudsignalvägen, kallas de två som har störst inverkan på signalvägen som spänningsfaktor och invers piezoelektrisk effekt.
Både kondensatorer och motstånd uppvisar en förändring i fysiska egenskaper när den pålagda spänningen ändras. Detta fenomen kallas vanligtvis stressfaktorn och det varierar beroende på kemi, design och typ av CAP.
Den omvända piezoeffekten påverkar den elektriska märkningen av kondensatorer för en ljudförstärkare. I ljudförstärkare resulterar denna förändring i det elektriska värdet för en komponent i en förändring i förstärkning beroende på signalen. Denna icke-linjära effekt resulterar i ljuddistorsion. Den omvända piezoelektriska effekten orsakar betydande ljuddistorsion vid lägre frekvenser och är huvudkällan till spänningsfaktorn i Klass II keramiska CAP:er.
Spänningen som appliceras på CAP påverkar dess prestanda. I fallet med klass II keramiska CAP:er minskar kapacitansen för komponenten när en ökande positiv likspänning appliceras. Om en hög växelspänning appliceras på den, minskar kapacitansen för komponenten på samma sätt. Men när en låg växelspänning påläggs, tenderar kapacitansen hos komponenten att öka. Dessa förändringar i kapacitet kan avsevärt påverka kvalitetenljudsignaler.
THD total harmonisk distorsion
THD för ljudkondensatorer beror på komponentens dielektriska material. Vissa av dem kan ge imponerande THD-prestanda, medan andra kan försämra den allvarligt. Polyesterkondensatorer och elektrolytkondensatorer av aluminium är bland de CAP som ger lägst THD. När det gäller dielektriska material av klass II erbjuder X7R den bästa THD-prestandan.
CAPs för användning i ljudutrustning klassificeras i allmänhet enligt applikationen de används för. Tre applikationer: signalväg, funktionella uppgifter och spänningsstödapplikationer. Att säkerställa att den optimala ljud-MKT-kondensatorn används i dessa tre områden hjälper till att förbättra utsignalen och minska ljuddistorsion. Polypropen har låg spridningsfaktor och är lämplig för alla tre områden. Medan alla CAP:er som används i ett ljudsystem påverkar ljudkvaliteten, har komponenterna i signalvägen störst inverkan.
Att använda högkvalitativa ljudkvalitetskondensatorer kan avsevärt minska försämringen av ljudkvaliteten. På grund av sin utmärkta linjäritet används filmkondensatorer vanligtvis i ljudvägen. Dessa opolära ljudkondensatorer är idealiska för premiumljudapplikationer. Dielektrik som vanligtvis används i filmkondensatorkonstruktioner med ljudkvalitet förAnvändning av signalvägar inkluderar polyester, polypropen, polystyren och polyfenylensulfid.
CAP för användning i förförstärkare, digital-till-analog-omvandlare, analog-till-digital-omvandlare och liknande applikationer klassificeras kollektivt som funktionella referenskondensatorer. Även om dessa opolariserade ljudkondensatorer inte är i signalvägen, kan de också avsevärt försämra kvaliteten på ljudsignalen.
Kondensatorer, som används för att upprätthålla spänning i ljudutrustning, har minimal effekt på ljudsignalen. Oavsett vilket krävs försiktighet när man väljer CAP:er som upprätthåller spänningen för avancerad utrustning. Att använda komponenter som är optimerade för ljudapplikationer hjälper till att förbättra ljudkretsens prestanda.
Dielektriskt block av polystyrenplatta
Polystyrenkondensatorer tillverkas genom att linda ett lamellärt dielektriskt block, liknande ett elektrolytiskt, eller genom att lägga i på varandra följande lager, såsom en bok (vikt filmfolie). De används främst som dielektrikum i olika plaster såsom polypropen (MKP), polyester/mylar (MKT), polystyren, polykarbonat (MKC) eller teflon. Högrent aluminium används för plattorna.
Beroende på vilken typ av dielektrikum som används, tillverkas kondensatorer i olika storlekar och kapaciteter med driftsspänning. Hög dielektrikumPolyesterns styrka gör det möjligt att tillverka de bästa elektrolytkondensatorerna för ljud i små storlekar och till relativt låg kostnad för dagligt bruk där speciella kvaliteter inte krävs. Kapacitanser tillgängliga från 1 000 pF till 4,7 mikrofarad vid driftspänningar upp till 1 000 V.
Den dielektriska förlustfaktorn för polyester är relativt hög. För ljud kan polypropen eller polystyren avsevärt minska dielektriska förluster, men det bör noteras här att de är mycket dyrare. Polystyren används i filter/crossovers. En nackdel med polystyrenkondensatorer är den låga smältpunkten för dielektrikumet. Det är därför polypropenljudkondensatorer vanligtvis skiljer sig från varandra, eftersom dielektrikumet skyddas genom att separera lödledningarna från kondensatorkroppen.
FIM-teknik med hög energidensitet
High power film CAPs erbjuder tre kategorier av denna typ: TRAFIM (standard och special), FILFIM och PPX. FIM-teknologin är baserad på konceptet med kontrollerade självläkande egenskaper hos segmenterade aluminiummetalliseringsfilmer.
Kapaciteten är uppdelad i flera miljoner elementära element, kombinerade och skyddade av säkringar. Svaga dielektriska element isoleras, och innan säkringarna stansas isoleras de skadade elementen, med vilka kondensatorn fortsätter att fungera norm alt utan kortslutning eller explosion, vilket kan vara fallet med elektrolytikkondensatorer för ljud.
Under gynnsamma förhållanden bör den förväntade livslängden för denna typ av CAP inte förväntas överstiga 200 000 timmar och MTBF 10 000 000 timmar. Dessa kondensatorer fungerar som ett batteri och förbrukar en liten mängd kapacitet på grund av den gradvisa nedbrytningen av enskilda celler under komponentens livslängd.
TRAFIM- och FILFIM-serierna erbjuder kontinuerlig filtrering för höga spänningar/effekter (upp till 1kV). Kapaciteten varierar:
- 610uF till 15625uF för standard TRAFIM;
- 145uF till 15460uF för special TRAFIM;
- 8,2uF till 475uF för FILFIM.
DC-spänningsområde är:
- 1,4KV till 4,2KV för standard TRAFIM;
- 1,3kV till 5,3kV för personlig TRAFIM;
- och från 5,9 kV till 31,7 kV för FILFIM.
PPX-seriens kondensatorer erbjuder ett komplett utbud av nätverkslösningar för GTO-undertryckning såväl som blockerande CAP:er, med kapacitanser från 0,19uF till 6,4uF. Spänningsområdet för PPX sträcker sig från 1600V till 7500V med mycket låg självinduktans.
filmkondensatorer för ljud har i allmänhet utmärkta högfrekvensprestanda, men detta äventyras ofta av deras stora storlek och långa trådlängd. Det kan ses att Panasonics lilla radiella kondensator har en mycket högre självresonans (9,7 MHz) än Audiences (4,5 MHz). Detta beror inte på den installerade Teflon-kåpan, utan för att den är flera centimeter lång.och kan inte fästas på kroppen. Om en konstruktör behöver högfrekvensprestanda för att bibehålla stabilitet i halvledare med hög bandbredd, minska trådstorlek och längd till ett absolut minimum.
Prestandan hos ljudkretsar är starkt beroende av passiva komponenter som kondensatorer och motstånd. Faktiska CAP:er innehåller oönskade falska komponenter som avsevärt kan förvränga ljudsignalernas egenskaper. Kondensatorerna som används i signalvägen bestämmer till stor del kvaliteten på ljudsignalen. Som ett resultat krävs noggrant CAP-val för att minimera signalförsämring.
Ljudkondensatorer är optimerade för att möta behoven hos dagens högkvalitativa ljudsystem. Plastfilmkondensatorer för ljud används i högkvalitativa ljudsystem och har ett brett utbud av tillämpningar.
