A kondenzátorok (CAP) az audiorendszerek fontos összetevői. Különböző feszültséggel, árammal és alaktényezővel rendelkeznek. Annak érdekében, hogy kiválaszthassák, mely kondenzátorok a legjobbak a hangzáshoz, a moderátoroknak meg kell érteniük a CAP összes paraméterét. Az audiojel integritása nagymértékben függ a kondenzátorok megválasztásától. Ezért a megfelelő eszköz kiválasztásakor minden fontos tényezőt figyelembe kell venni.
Az audio CAP paramétereket kifejezetten a nagy teljesítményű alkalmazásokhoz optimalizálták, és hatékonyabb hangcsatornákat kínálnak, mint a szabványos alkatrészek. Az audiocsatornákban általánosan használt kondenzátortípusok az alumínium elektrolitikus és filmes CAP-ok, és hogy adott körülmények között mely kondenzátorok a legjobbak a hangzáshoz, az a használt áramköröktől és eszközöktől függ: hangszórók, CD- és hangszerlejátszók, basszusgitárok ésmások.
A hangkondenzátor története
A kondenzátor az egyik legrégebbi elektronikus alkatrész. Az elektromos vezetékeket 1729-ben fedezték fel. 1745-ben Ewald Georg von Kleist német feltaláló felfedezte a leideni hajót, amely az első CAP lett. Pieter van Müssenbrook fizikus, a Leideni Egyetem fizikusa 1746-ban egyedül fedezte fel a Leideni tégelyt.
Jelenleg a Leideni tégely egy kívül-belül fémfóliával borított üvegedény. A CAP az elektromos áram tárolására szolgál, és a kapacitástól függ, hogy mely kondenzátorok a legjobbak a hangzáshoz, mert minél nagyobb ez a szám, annál több áramot tárol. A kapacitás függ a szemben lévő lemezek méretétől, a lemezek közötti távolságtól és a közöttük lévő szigetelő jellegétől.
Az audioerősítőkben használt kondenzátorok többféle típusban kaphatók, ilyen például a közös CAP, mindkét lemezhez fémfóliával és közöttük impregnált papírral. Fémezett papír (MP) kondenzátorok, más néven olaj-papír CAP és fémezett papír egyrétegű kondenzátorok (MBGO) hanghoz, amelyeket AC, DC és impulzus áramkörökben használnak.
Később a mylar (poliészter) és más szintetikus szigetelők egyre gyakoribbá váltak. Az 1960-as években a mylarral ellátott fém sapka nagyon népszerűvé vált. Ezeknek az eszközöknek két erőssége a kisebb méretük és az, hogy öngyógyítóak. Ma ezek a legjobb hangkondenzátorok, szinte minden elektronikus eszközben használják. Az ilyen típusú kondenzátorok hatalmas kereskedelme és gyártása miatt meglehetősen olcsóak.
A CAP egy másik típusa az elektrolitikus, speciális kialakítású, túlnyomóan magas és nagyon magas értékekkel, amelyek 1 uF-tól több tízezer uF-ig terjednek. Főleg a tápegység szétválasztására vagy szűrésére szolgálnak. Az erősítők tervezésében a legelterjedtebbek a fémezett Mylar vagy poliészter kondenzátorok (MKT). A jobb minőségű erősítők többnyire fémezett polipropilént (MPP) használnak.
Alkatrész-technológia
A CAP technológia nagymértékben meghatározza az eszközök jellemzőit, és hogy mely kondenzátorok a legjobbak a hangzáshoz, az a berendezés osztályától függ. A csúcskategóriás termékek szűk tűréssel rendelkeznek, és drágábbak, mint az általános célú kondenzátorok. Ezenkívül az ilyen kiváló minőségű CAP-ok újrafelhasználhatók. A kiváló minőségű audiorendszerekhez kiváló minőségű CAP-ekre van szükség a kiváló hangminőség biztosításához.
A teljesítmény, vagy hogy a kondenzátorok hogyan hatnak a hangra, nagyban függ attól, hogy hogyan vannak a PCB-re forrasztva. A forrasztás megfeszíti a passzív alkatrészeket, ami piezoelektromos feszültséget és a felületre szerelt CAP-ok megrepedését okozhatja. A kondenzátorok forrasztásakor a megfelelő forrasztási sorrendet kell alkalmazni, és követni kell az ajánlásokatprofil.
Minden mylar audiokondenzátor nem polarizált, vagyis nem kell pozitív vagy negatív címkével ellátni. A láncban való kapcsolatuk nem számít. Előnyben részesítik a kiváló minőségű audio áramkörökben alacsony veszteségük és csökkentett torzításuk miatt, ha a termék mérete megengedi.
Az MKC fémezett polikarbonát típust már alig használják. Ismeretes, hogy az ERO MKC típusokat még mindig széles körben használják, mert kiegyensúlyozott zenei hangzásúak, nagyon kevés színezéssel. Az MKP típusok fényesebb hangzással és szélesebb hangtartománysal rendelkeznek.
Az MKV kondenzátorok egyik kevéssé ismert típusa egy fémezett polipropilén CAP olajban. Ez a legjobb hangkondenzátor, mert erősebb tulajdonságokkal rendelkezik, mint az olajjal bevont fémezett papír.
Passzív elemek minősége
A kondenzátorok, különösen, ha a kimeneti jelvonalon vannak, nagymértékben befolyásolják az audiorendszer hangminőségét.
Több tényező határozza meg a CAP minőségét, ami kétségtelenül nagyon fontos a hang szempontjából:
- Szűrőkben való használathoz szükséges tűrés és tényleges kapacitás.
- Kapacitás a frekvencia függvényében, tehát 1 mikrofarad 1000 Hz-en nem jelent 1 mikrofarad 20 kHz-en.
- Belső ellenállás (ESR).
- Szivárgó áram.
- Az öregedés olyan tényező, amely idővel minden termék esetében megváltozik.
A kondenzátoralkalmazások legjobb választása az áramkör alkalmazásától és a szükséges kapacitástól függ:
- Tartomány 1 pF és 1 nF között - vezérlő és visszacsatoló áramkörök. Ezt a tartományt elsősorban az audiocsatornák nagyfrekvenciás zajának kiküszöbölésére vagy visszacsatolási célokra használják, mint például a Quad 606 erősítőhíd. Az SGM kondenzátor a hangban a legjobb választás ebben a tartományban. Nagyon jó a toleranciája (akár 1%), és nagyon alacsony a torzítása és a zajszintje, de meglehetősen drága. Az ISS vagy az MCP jó alternatíva. A kerámia CAP-eket kerülni kell a jelvezetéken, mivel további nemlineáris torzítást okozhatnak, akár 1%.
- 1 nF-től 1 uF-ig - csatolás, szétkapcsolás és rezgéscsillapítás. Leggyakrabban audiorendszerekben és olyan fokozatok között használatosak, ahol különbség van a DC-szintben, a rezgéscsökkentésben és a visszacsatoló áramkörökben. Ebben a tartományban jellemzően 4,7 mikrofaradig filmkondenzátorokat használnak. A legjobb hang- és hangkondenzátor választás a polisztirol (MKS), a polipropilén (MKP). A polietilén (MKT) olcsóbb alternatíva.
- 1 Ф és nagyobb - tápegységek, kimeneti kondenzátorok, szűrők, szigetelés. Előnye a nagyon nagy kapacitás (akár 1 farad). De van néhány hátránya. Az elektrolitikus CAP-ok öregedésnek és szárításnak vannak kitéve. 10 vagy több év elteltével az olaj kiszárad, és olyan fontos tényezők, mint például az ESR megváltozik. Polarizáltak, és 10 évente ki kell cserélni, különben negatívan befolyásolják a hangot. Az elektrolitok csatlakozó áramkörének tervezésekor beA jelvonali problémák gyakran elkerülhetők az időállandó (RxC) újraszámításával 1 mikrofarad alatti kis kapacitás esetén. Ez segít meghatározni, hogy mely elektrolitkondenzátorok a legjobbak a hangzáshoz. Ha ez nem lehetséges, fontos, hogy az elektrolit feszültsége 1 V-nál kisebb legyen, és jó minőségű CAP-t (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic) használjon.
Ha minden programhoz a legjobb megoldást választja, a fejlesztő a legjobb hangminőséget érheti el. A jó minőségű CAP-ekbe való befektetés minden más összetevőnél jobban befolyásolja a hangminőséget.
CAP-elemek tesztelése alkalmazásokhoz
Általános értelmezés szerint a különböző CAP-ok különböző körülmények között megváltoztathatják az audioalkalmazások hangminőségét. Milyen kondenzátorokat kell telepíteni, milyen áramkörökben és milyen feltételek mellett - továbbra is a legtöbbet vitatott téma a szakemberek körében. Éppen ezért ebben az összetett témában jobb nem feltalálni újra a kereket, hanem bevált tesztek eredményeit felhasználni. Egyes audioáramkörök általában nagyon nagyok, és az audiokörnyezetekben, például a földeléssel és a házzal való szennyeződés komoly minőségi problémát jelenthet. Javasoljuk, hogy a teszthez adjunk nemlinearitást és természetes torzítást a hídmaradványok nulláról történő tesztelésével.
| Dielektromos | Polisztirol | Polisztirol | Polipropilén | poliészter | Ezüst-csillám | kerámia | Polycarb |
| Hőmérséklet | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Feszültségszint | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerancia % | 2,5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Hiba % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Szórás | 0,000053 | 0,000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0,000168 | 0,000108 | 0,000705 |
| Abszorpció | 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 / |
| Fázis, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Natív felbontás, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Híd | alacsony | alacsony | nagyon alacsony | magas | alacsony | alacsony | magas |
A modellek jellemzői
Ideális esetben a tervező azt várja el, hogy a kondenzátor pontosan a tervezési értéke legyen, míg a legtöbb egyéb paraméter nulla vagy végtelen. A fő kapacitásmérés itt nem annyira látható, mivel az alkatrészek általában tűréshatáron belül vannak. Minden filmes CAP jelentős hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik. Ezért annak meghatározásához, hogy melyik filmkondenzátor a legjobb hangzáshoz, laboratóriumi műszerekkel tesztelik.
A diffúziós együttható hasznos az elektrolitikus tápegység hatékonyságának értékelésében. Ez a hatás a jelző CAP-ok hangteljesítményére nem konzisztens, és meglehetősen kicsi is lehet. A szám a belső veszteségeket jelöli, és szükség esetén effektív soros ellenállásra (ESR) konvertálható.
Az ESR nem állandó érték, de általában olyan alacsony a jó minőségű kondenzátorokban, hogy nincs nagy hatása az áramkör teljesítményére. Ha nagy Q rezonáns áramköröket építenének, akkor teljesen más történet lenne. Az alacsony disszipációs tényező azonban a jó dielektrikum jellemzője, ami jó támpontként szolgálhat a további kutatásokhoz.
A dielektromos abszorpció aggasztóbb lehet. Ez komoly probléma volt a korai analóg számítógépeknél. A nagy dielektromos abszorpció elkerülhető, így a csillámos hangkondenzátorok nagyon jó hangot tudnak biztosítani a RIAA hálózatoknak.
Az egyenáramú szivárgás mérése nem befolyásolhat semmit, mivel minden jelkondenzátor ellenállásának nagyon magasnak kell lennie. Magasabb dielektromos anyagok esetén kisebb felületre van szükség, és a szivárgás gyakorlatilag elhanyagolható.
Az alacsonyabb dielektromos állandójú anyagoknál, mint például a teflon, alapvetően nagy ellenállása ellenére szükséges lehetnagy felületű. Ekkor a szivárgást a legkisebb szennyeződés vagy szennyeződés okozhatja. Az egyenáramú szivárgás valószínűleg jó minőségszabályozás, de semmi köze a hangminőséghez.
Nem kívánt parazita összetevők
A tranzisztorok, integrált áramkörök és egyéb aktív alkatrészek jelentős hatással vannak az audiojelek minőségére. Áramforrásból származó áramot használnak a jel jellemzőinek megváltoztatására. Az aktív komponensekkel ellentétben az ideális passzív alkatrészek nem fogyasztanak áramot, és nem változtathatják meg a jeleket.
Az elektronikus áramkörökben az ellenállások, a kondenzátorok és az induktorok ténylegesen aktív komponensként viselkednek, és áramot fogyasztanak. Ezen hamis effektusok miatt jelentősen megváltoztathatják az audiojeleket, és a minőség javításához gondos komponensválasztás szükséges. A jobb hangminőségű audioberendezések iránti egyre növekvő kereslet arra kényszeríti a CAP gyártókat, hogy jobb teljesítményű eszközöket gyártsanak. Ennek eredményeként az audioalkalmazásokban használt modern kondenzátorok jobb teljesítményt és jobb hangminőséget mutatnak.
A hamis CAP hatások egy akusztikus áramkörben ekvivalens soros ellenállásból (ESR), ekvivalens soros induktivitásból (ESL), a Seebeck-effektus miatti soros feszültségforrásokból és dielektromos abszorpcióból (DA) állnak.
A tipikus öregedés, a működési feltételek változása és a speciális jellemzők megnehezítik ezeket a nem kívánt parazita összetevőket. Minden parazitaösszetevő különböző módon befolyásolja az elektronikus áramkör teljesítményét. Először is, az ellenállási hatás egyenáramú szivárgást okoz. Az erősítőkben és más, aktív komponenseket tartalmazó áramkörökben ez a szivárgás az előfeszítő feszültség jelentős változásához vezethet, ami számos paramétert befolyásolhat, beleértve a minőségi tényezőt (Q).
A kondenzátor azon képessége, hogy képes kezelni a hullámzást és a nagyfrekvenciás jeleket, az ESR összetevőtől függ. Kis feszültség keletkezik azon a ponton, ahol két különböző fém kötődik a Seebeck-effektusként ismert jelenség miatt. Ezeknek a parazita hőelemeknek köszönhetően a kis akkumulátorok jelentősen befolyásolhatják az áramkör teljesítményét. Egyes dielektromos anyagok piezoelektromosak, és a kondenzátorhoz adódó zaj az alkatrészben lévő kis akkumulátornak köszönhető. Ezenkívül az elektrolitikus CAP-ok parazita diódákkal rendelkeznek, amelyek megváltoztathatják a jel torzítását vagy jellemzőit.
A jelútvonalat befolyásoló paraméterek
Az elektronikus áramkörökben passzív alkatrészeket használnak az erősítés meghatározására, az egyenáram-blokkolás létrehozására, a tápegység zajának elnyomására és a torzítás biztosítására. A hordozható audiorendszerekben általában olcsó, kis méretű alkatrészeket használnak.
A valódi polipropilén audiokondenzátorok teljesítménye eltér az ideális alkatrészekétől ESR, ESL, dielektromos abszorpció,szivárgó áram, piezoelektromos tulajdonságok, hőmérsékleti együttható, tűrés és feszültség együttható. Bár fontos figyelembe venni ezeket a paramétereket az audiojelútban használható CAP tervezésekor, a jelútra legnagyobb hatást gyakorló kettőt feszültségtényezőnek és inverz piezoelektromos hatásnak nevezzük.
Mind a kondenzátorok, mind az ellenállások fizikai jellemzői megváltoznak az alkalmazott feszültség változásával. Ezt a jelenséget általában stressztényezőnek nevezik, és a CAP kémiai összetételétől, kialakításától és típusától függően változik.
A fordított piezoeffektus hatással van a hangerősítők kondenzátorainak elektromos névleges teljesítményére. Az audioerősítőkben egy alkatrész elektromos értékének ez a változása a jeltől függő erősítést eredményez. Ez a nemlineáris hatás hangtorzulást eredményez. A fordított piezoelektromos effektus jelentős hangtorzítást okoz alacsonyabb frekvenciákon, és a II. osztályú kerámia CAP-k feszültségtényezőjének fő forrása.
A CAP-ra adott feszültség befolyásolja a teljesítményét. A II. osztályú kerámia CAP-ok esetében az alkatrész kapacitása csökken, ha növekvő pozitív egyenfeszültséget kapcsolunk. Ha nagy váltakozó feszültséget kapcsolunk rá, akkor az alkatrész kapacitása ugyanúgy csökken. Ha azonban alacsony váltakozó feszültséget alkalmaznak, az alkatrész kapacitása nő. Ezek a kapacitásváltozások jelentősen befolyásolhatják a minőségethangjelek.
THD teljes harmonikus torzítás
Az audiokondenzátorok THD értéke az alkatrész dielektromos anyagától függ. Némelyikük lenyűgöző THD teljesítményt nyújt, míg mások komolyan ronthatják azt. A poliészter kondenzátorok és az alumínium elektrolitkondenzátorok a legalacsonyabb THD-t adó CAP-k közé tartoznak. A II. osztályú dielektromos anyagok esetében az X7R nyújtja a legjobb THD teljesítményt.
Az audioberendezésekben használt CAP-okat általában aszerint osztályozzák, hogy melyik alkalmazáshoz használják őket. Három alkalmazás: jelút, funkcionális feladatok és feszültségtámogatási alkalmazások. Az optimális audio MKT kondenzátor használatának biztosítása ezen a három területen javítja a kimeneti hangot és csökkenti a hangtorzítást. A polipropilén alacsony szórási tényezővel rendelkezik, és mindhárom területen alkalmas. Míg az audiorendszerben használt összes CAP befolyásolja a hangminőséget, a jelútban lévő összetevők gyakorolják a legnagyobb hatást.
A jó minőségű hangkondenzátorok használata nagymértékben csökkentheti a hangminőség romlását. Kiváló linearitásuk miatt a filmkondenzátorokat gyakran használják a hangútban. Ezek a nem poláris audiokondenzátorok ideálisak a prémium audio alkalmazásokhoz. A filmkondenzátorok tervezésében általánosan használt dielektrikumok hangminőséggela jelútvonalak közé tartozik a poliészter, polipropilén, polisztirol és polifenilén-szulfid.
Az előerősítőkben, digitális-analóg konverterekben, analóg-digitális átalakítókban és hasonló alkalmazásokban használt CAP együttesen funkcionális referenciakondenzátorok közé sorolható. Bár ezek a nem polarizált hangkondenzátorok nincsenek a jelútban, jelentősen ronthatják az audiojel minőségét is.
A kondenzátorok, amelyeket az audioberendezések feszültségének fenntartására használnak, minimális hatást gyakorolnak az audiojelre. Ettől függetlenül körültekintően kell eljárni, amikor olyan CAP-okat választunk, amelyek feszültséget tartanak fenn a csúcskategóriás berendezésekhez. Az audioalkalmazásokhoz optimalizált komponensek használata javítja az audio áramkör teljesítményét.
Polisztirol lemezes dielektromos blokk
A polisztirol kondenzátorok egy elektrolitikushoz hasonló lamellás-dielektromos blokk feltekercselésével vagy egymás után következő rétegekbe fektetéssel, például könyvvel (hajtogatott filmfólia) készülnek. Főleg különféle műanyagok, például polipropilén (MKP), poliészter/milar (MKT), polisztirol, polikarbonát (MKC) vagy teflon dielektrikumként használják őket. A lemezekhez nagy tisztaságú alumíniumot használnak.
A használt dielektrikum típusától függően a kondenzátorok különböző méretű és kapacitású üzemi feszültséggel készülnek. Magas dielektrikumA poliészter szilárdsága lehetővé teszi a legjobb elektrolit kondenzátorok előállítását kis méretben és viszonylag alacsony költséggel mindennapi használatra, ahol nincs szükség különleges minőségekre. 1000 pF-től 4,7 mikrofaradig elérhető kapacitások 1000 V üzemi feszültségig.
A poliészter dielektromos veszteségi tényezője viszonylag magas. Hang esetében a polipropilén vagy polisztirol nagyban csökkentheti a dielektromos veszteséget, de itt meg kell jegyezni, hogy ezek sokkal drágábbak. A polisztirol szűrőket/crossovereket használnak. A polisztirol kondenzátorok egyik hátránya a dielektrikum alacsony olvadáspontja. Ez az oka annak, hogy a polipropilén audiokondenzátorok általában különböznek egymástól, mivel a dielektrikum védelmét a forrasztó vezetékek és a kondenzátortest elválasztása biztosítja.
Nagy energiasűrűségű FIM technológia
A nagy teljesítményű filmes CAP-ok három kategóriát kínálnak ebből a típusból: TRAFIM (standard és speciális), FILFIM és PPX. A FIM technológia a szegmentált alumínium fémező fóliák ellenőrzött öngyógyító tulajdonságainak koncepcióján alapul.
A kapacitás több millió elemre oszlik, amelyeket biztosítékok kombinálnak és védenek. A gyenge dielektromos elemeket szigetelik, és a biztosítékok átlyukasztása előtt a sérült elemeket leválasztják, amivel a kondenzátor normálisan működik tovább, rövidzárlat vagy robbanás nélkül, ahogyan az elektrolit esetében is előfordulhat.hangkondenzátorok.
Kedvező feltételek mellett az ilyen típusú CAP várható élettartama nem haladhatja meg a 200 000 órát és a 10 000 000 MTBF-et. Az akkumulátorként működő kondenzátorok kis mennyiségű kapacitást fogyasztanak, mivel az egyes cellák az alkatrész élettartama során fokozatosan leépülnek.
A TRAFIM és FILFIM sorozat folyamatos szűrést kínál nagy feszültségekhez/teljesítményekhez (1 kV-ig). A kapacitás változó:
- 610uF – 15625uF normál TRAFIM esetén;
- 145-15460 uF a különleges TRAFIM-ért;
- 8,2 uF – 475 uF a FILFIM esetében.
DC feszültségtartomány:
- 1,4 KV – 4,2 KV normál TRAFIM esetén;
- 1,3kV–5,3kV a személyre szabott TRAFIM-hoz;
- és 5,9 kV-ról 31,7 kV-ra a FILFIM esetében.
A PPX sorozatú kondenzátorok a hálózati megoldások teljes skáláját kínálják a GTO-elnyomáshoz, valamint a CAP-ok blokkolásához, 0,19 uF és 6,4 uF közötti kapacitással. A PPX feszültségtartománya 1600 V és 7500 V között van, nagyon alacsony öninduktivitás mellett.
A hangfilmes kondenzátorok általában kiváló nagyfrekvenciás teljesítményt nyújtanak, de ezt gyakran veszélyezteti nagy méretük és hosszú vezetékhosszuk. Látható, hogy a Panasonic kis radiális kondenzátora jóval nagyobb önrezonanciával rendelkezik (9,7 MHz), mint az Audience-é (4,5 MHz). Ez nem a beépített teflon kupak miatt van, hanem azért, mert több centi hosszú.és nem rögzíthető a testhez. Ha a tervezőnek nagyfrekvenciás teljesítményre van szüksége a nagy sávszélességű félvezetők stabilitásának fenntartásához, csökkentse a vezeték méretét és hosszát az abszolút minimumra.
Az audioáramkörök teljesítménye nagymértékben függ az olyan passzív alkatrészektől, mint a kondenzátorok és ellenállások. A tényleges CAP-ok nem kívánt hamis összetevőket tartalmaznak, amelyek jelentősen torzíthatják az audiojelek jellemzőit. A jelútban használt kondenzátorok nagymértékben meghatározzák az audiojel minőségét. Ennek eredményeként gondos CAP-választás szükséges a jelromlás minimalizálása érdekében.
A hangminőségű kondenzátorokat úgy optimalizálták, hogy megfeleljenek a mai kiváló minőségű audiorendszerek igényeinek. Az audioműanyag fóliakondenzátorokat kiváló minőségű audiorendszerekben használják, és széleskörű felhasználási területük van.
