Какие бывают конденсаторы? Типы конденсаторов, их характеристики. Какие конденсаторы идут в конденсаторных микрофонах


Конденсаторы для усилителя мощности

 

КАКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ ПОСТАВИТЬ В УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

            Любой усилитель мощности состоит из компонентов, объединенных тем или иным способом. Количество компонентов может исчисляться десятками, а то и сотнями единиц и от каждого компонента что то зависит - это как кирпичики одного здания, от которых зависит и высота, и красота, и прочноcть всей конструкции. Об этих "кирпичиках" и пойдет речь в этой статье.      "Имеет ли смысл гнаться за нулями после запятой в Кг?"       В разумных пределах конечно имеет, поскольку звуковой тракт должен повторять задумку композитора и исполнителей максимально точно, не внося своих собственных "дополнений", не говоря уже о потрескиваниях и пошипываниях. Хотя многое зависит от использования аудиотракта. Если строится система для шумового сопровождения, типа балабонящего радиоприемника и не особо вникать в качество прослушиваемых фонограмм, то Кг и в 1% мешать не будет, поскольку подобные тракты эксплуатируются при выходных мощностях не более 3-5 Вт, а обычно гораздо меньше. Если же планируется целевое прослушивание, хотя бы время от времени, то к вносимым в тракт искажениям стоит подойти более серьезно и постараться обеспечить хотя бы один нолик после запятой на мощностях 2/3, в идеале 3/4 от максимальной. Дальнейшая гонка за нулями после запятой уже чревата серьезными экономическими вложениями и более тщательному подходу к схемотехнике усилителя, а так же однозначно предъявляет повышенные требования к используемым АС, поскольку каким хорошим не был тракт все может загубить именно АС.           

КОНДЕНСАТОРЫ

      Про устройство конденсатора, пожалуй, рассказывать смысла не имеет - на эту тему достаточно много написано, поэтому сразу перейдем к параметрам, но для начала вспомним обозначение:

      В зависимости от используемой при производсте технологии конденсаторы деляться на на серии:     

Серия

Краткое описание серии

Основные применения

Постоянной ёмкости

К10

Керамические на номинальное напряжение ниже 1600 В

Для высокочастотных конденсаторов: термокомпенсация, ёмкостная связь, фиксированная настройка контуров на ВЧ;

Для низкочастотных конденсаторов: шунтирующие, блокирующие и фильтрующие цепи, междукаскадная связь на НЧ.

К15

Керамические на номинальное напряжение 1600 В и выше

Ёмкостная связь, фиксированная настройка мощных ВЧ-контуров, импульсные устройства

К21

Стеклянные

Блокировка, фиксированная настройка ВЧ-контуров, ёмкостная связь, шунтирующие цепи

К22

Стеклокерамические

К23

Стеклоэмалевые

К26

Тонкоплёночные с неорганическим диэлектриком

 

К31

Слюдяные малой мощности

Блокировочные и шунтирующие цепи, ВЧ фильтрующие цепи, ёмкостная связь, фиксированная настройка контуров

К32

Слюдяные большой мощности

К40

Бумажные на номинальное напряжение ниже 2 кВ, фольговые

Блокировочные, буферные, шунтирующие, фильтрующие цепи, ёмкостная связь

К41

Бумажные на номинальное напряжение 2 кВ и выше, фольговые

К42

Бумажные металлизированные

Цепи развязок и фильтры; в качестве ёмкостей связи не применяются

К50

Оксидно-электролитические алюминиевые

Шунтирующие и фильтрующие цепи, накопление энергии в импульсных устройствах

К51

Оксидно-электролитические танталовые, ниобиевые и т.д.

Применяются вместо электролитических алюминиевых конденсаторов, в основном в полупроводниковой аппаратуре, при повышенных требованиях к параметрам конденсаторов

К52

Объёмно-пористые

К53

Оксидно-полупроводниковые

К60

С воздушным диэлектриком

Эталоны ёмкости и образцовые конденсаторы, блокировочные высоковольтные, развязывающие и контурные

К61

Вакуумные

К71 (К70)

Полистирольные

Точные временные цепи, интегрирующие устройства, контура высокой добротности, образцовые ёмкости

К72

Фторопластовые

Применяются аналогично полистирольным конденсаторам, при повышенных требованиях к температуре и электрическим параметрам

К73 (К74)

Полиэтилентерафталатные

Применяются аналогично бумажным конденсаторам при повышенных требованиях к электрическим параметрам

К75

Комбинированные (диэлектрик состоит из определённого сочетания слоёв различных материалов)

Применяются аналогично бумажным конденсаторам при повышенных требованиях к надёжности

К76

Лакоплёночные

Применяются аналогично бумажным и металлобумажным конденсаторов, а также частично могут заменять электролитические конденсаторы, особенно при повышенных значениях переменной составляющей.

К77

Поликарбонатные

Применяются аналогично полиэтилентерафталатным конденсаторам, но на более высоких частотах

К78

Полипропиленовые

Телевизионная и бытовая РЭА, электротехника

Подстроечные

КТ1

Вакуумные

Специальная аппаратура

КТ2

С воздушным диэлектриком

Радиоприёмная аппаратура

КТ3

С газообразным диэлектриком

Специальная аппаратура

КТ4

С твёрдым диэлектриком

Радиоприёмная и телевизионная аппаратура

Переменной ёмкости

КП1

Вакуумные

Специальная аппаратура

КП2

С воздушным диэлектриком

Радиоприёмная аппаратура

КП3

С газообразным диэлектриком

Специальная аппаратура

КП4

С твёрдым диэлектриком

Радиоприёмная и телевизионная аппаратура

            К основным параметрам конденсатора является емкость, т.е. способность конденсатора накапливать электрический заряд.       Далее идет плотность энергии, в основном применяется к электролитическим конденсаторам. Этот параметр важен при использовании конденсатора как накопителя энергии и последующей ее мгновенной отдачей, например накопительные конденсаторы фотовспышки.       Номинальное напряжение - параметр описывающий при каком напряжении конденсатор может эксплуатироваться непрерывно, круглосуточно. Превышение этого параметра ведет пробою диэлектрика и выходу конденсатора из строя. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.      Кроме этого у электролитических конденсаторов существует полярность, поскольку конструктивно выполнены на основе химических элементов, при смене полярности которые разрушаются и приводят к закипанию электролита, пары которого приводят к взрыву конденсатора.      Эквивалентная схема конденсатора пиведена ниже и на ней видно, что у конденсатора есть еще "дополнительные" элементы:

      R1 - электрическое сопротивление изоляции конденсатора, отвечающий за ток утечки - чем выше сопротивление R1, тем меньше ток утечки.      R2 - эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС (англ. ESR), внутреннее сопротивление) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.      L1 - эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора.       С1 - собственно сама емоксть конденсатора.      Так же у конденсаторов есть еще параметры, за которыми следует приглядывать, поскольку "забывчивость" на этот счет может привести к весьма не приятным эффектам. Особое внимание следует уделять при проектировании частото заивимых цепей температурному коэффициенту ёмкости (ТКЕ). ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). При использовании конденсаторов с высоким ТКЕ в эквалайзерах частотный диапаозн регулировко будет изменяться в зависимости от окружающей температуры, а так же от внутреней температуры. Например эквалайзер устноавлен сверху усилителя мощности. Зимой, впрохладной квартире в момент включения частотный диапазон будет смещен в область НЧ, но по мере прогрева диапазон будет перемещаться в область ВЧ. На слух такое измение возможно и будет не замечено, однако при использовании эквалайзера для редактирования музыкальных фонограмм возможны недоразумения.      Диэлектрическая абсорбция - появление напряжения на обкладках конденсатора после быстрого разряда и снятия нагрузки. Эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т.п.      Многие керамические материалы обладают пьезоэффектом — способностью генерировать разность потенциалов при механических деформациях. Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать таким свойством. Обычно это проявляется в возникновении помех в электрических цепях вследствие шума или вибрации, поэтому этот эффект довольно часто называют "микрофонным".       Конденсаторы технологически отличаются друг от друга использумемыми при их производстве материалами все параметры в разных конденсаторах будут проявляться по разному, а поскольку целью статьи является ознакомление с элементной базой, то наиболее интересными будут свойства конденсаторов, которые применяются в звукотехнике.      НЕПОЛЯРНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ      Неполярные конденсаторы в усилителях мощности используются весьма интенсивно, причем используются не только для накопления энергии.      Основных сфер использования конденсаторов в усилителях несколько:      - фильтрация напряжения питания, где как раз и используется свойство конденсатора накапливать и отдавать энергию;      - отсекание постоянного напряжения в трактах усиления, в которых используется перезарядка конденсатора переменным напряжением;      - частотозависимые параметры, позволяющие изменять коф усиления каскада в зависимости от частоты проходящего сигнала.      О последнем использования стоит поговорить более подробно. Дело в том, что кроме перечисленных выше параметров у конденсатора есть еще один - реактивное сопротивление. Этот параметр основан на скорости заряда-разряда конденсатора, которая определяет через какой промежуток времени конденсатор будет полностью заряжен или полностью заряжен. При подаче переменного напряжение скорость перезаряда будет определять на сколько процентов успел зарядится-разрядится конденсатор, а это зависит от емкости конденсатора и от подаваемой частоты.      Для наглядности обратимся к схеме:

      Здесь V1 является генератором прямоугольных импульсов с длительностью 1 мС (1000 Гц) и амплитудой 10 В.      На левом выводе конденсатора С1 присутствуют эти самые импульсы:

      По мере заряда конденсатора C1 напряжение на резисторе R1 уменьшается, поскольку через конденсатор перестает протекать ток:

      Кроме этого, в момент окончания импульса (на 0,5 мС) конденсатор начинает разряжаться, поскольку напряжение на генераторе равно нулю, а R1 не имеет источника ЭДС. Это означает, что ток меняет свое направление на противоположное, т.е. на верхнем выводе R1 появляется отрицательное напряжение и оно присутствует до тех пор пока конденсатор не разрядится.      Но разрядится полностью он не успевает - снова появляется импульс на генераторе (1 мС), ток через С1 снова меняет свое направление и на R1 появляется положительное напряжение. Однако его величина уже меньше, чем в момент поялвения первого импульса - сказывается остаточный заряд в конденсаторе.      По мере заряда конденсатора напряжение на R1 начинает уменьшаться, но до нуля не успевает дойти - импульс снова исчезает ( 1,5 мС) и конденсатор начинает разряжаться, т.е. процесс начинает повторяться с спотепенным выравниванием положительного и отрицательного напряжений на R1 и буквально через 3-4 такта генератора напряжение на R1 будет полноценным переменным, т.е. положительное напряжение будет достигать 7,5 В и отрицательное напряжение будет достигать 7,5 В:

      Кроме того, что на R1 теперь приходит переменное напряжение его стало меньше - форма напряжение отличается от изначальной прямоугольной довольно сильно, следовательно С1имеет какое то сопротивление, но конденсатор по определению не может иметь сопротивления, поскольку между обкладками конденсатора находится изолятор. Именно поэтому этот эквивалент конденсатора называют реактивным сопротивлением.       Для уточнения правоты утверждения, что конденсатор выступает вроли сопротивление увеличим его емоксть в 10 раз, т.е. используем конденсатора на 470 нФ:

      Из рисунка видно, что напряжение на R1 приобрело более прямоугольную форму, т.е. очевидно, что действующее напряжение, приложенное к R1 возросло, слдеовательно реактивное сопротивление С1 уменьшилось.      Тепреь изменим генерируемую генератором частоту, чтобы убедится, чтореактивное сопротивление зависит и от емкости конденсатора и от частоты. После уменьшения частоты в 10 раз прилагаемое к R1 напряжение приобретает вид:

      Рисунок один в один повторяет тот, который был при емкости в 47 нФ и частоте 1 кГц, только теперь частота 100 Гц, а емкость 470 нФ. Это подтверждает, что реактивное сопротивление конденсатора зависит и от частоты и от емкости самого конденсатора.      Само сопротивление расчитывается по формуле:

      где F - частота в Герцах, С - емкость в Фаррадах.      Используя эту формулу можно достаточно просто определить на какой частоте что будет происходить в частотозависимых цепях, а так же определить необходимый номинал разделительных конденсаторов, но это вопросы схемотехники, здесь же знакомство с самими компонентами, поэтому вернемся к конеднсаторам.      Поскольку у конденсатора кроме полезных параметров есть еще и вредные не трудно сделать вывод, что проходя через конденсатор переменное напряжение будет искажаться. Величины искажений каждого типа конденсаторов различны, отсюда и пошло определение "звуковые конденсаторы", вносящие миимальные искажения в сигнал и остальные, пригодные для шунтирования питания.       Для проверки конденсаторов использовалась следующая схема:

      Со звуковой карты подавалось синусоидальное напряжение максимальной амплитуды (2В эфф.), резистор подбирался так, чтобы напряжение на конденсаторе было в пределах 2...2,5 В амплитудного (т.е. примерно 1,5 вольта действующего) значения. Кроме напряжения на конденсаторе, измерялось и выходное напряжение звуковой карты, чтобы контролировать ее искажения. Из измерений видно, что искажения самой карты намного меньше, и не влияют на точность (искажения карты вычитались из результатов, вычитание было абсолютно правильным: корень квадратный из разности квадратов амплитуд соответствующей гармоники).

      В результате тестов было выяснено, что минимальные искажения вносят конденсаторы МБМ, а максимальные многослойная керамика КМ-5, остальные "кандидаты" расположились следующим образом:           

Место

Тип

"Обычный" Кг

Нормированный К'г

1

МБМ

0,0014

0,0067

         

2

К78-19

0,0015

0,0049

         

3

К71-7

0,0016

0,0061

         

4

EPKOS

0,0017

0,0053

         

5

К73-16

0,0017

0,0091

         

6

К73-17

0,0019

0,0074

         

7

К78-2

0,0022

0,0064

         

8

ФТ-1

0,0023

0,0098

         

9

К42У-2

0,0023

0,0078

         

10

"Зеленый нонейм"

0,0025

0,024

         

11

Импортный "К73"

0,0027

0,012

         

12

К10-17а

0,83

2,2

         

13

КМ-5

2,1

6,1

         
  в защиту последних двух строчек следует сказать, что у них Кг сильно зависит от емкости конденсатора - чем больше емкость - тем больше Кг. Вывод напрашивается сам собой - их можно использовать в цепях коррекции, где емкость не более 100 пкФ, но нельзя использовать в качестве разделительных, где емкость должна быть более 1 мкФ.

      Кроме обычного способа использовался еще один способ вычислений Кг - нормированный. Этот способ нормирования придумали инженеры из лаборатории английской компании ВВС в 50-х годах ХХ века. И такой способ, когда напряжение гармоники умножается на квадрат ее номера, позволяет учесть ширину спектра гармоник. Зачем это нужно? А затем, что чем больше порядок нелинейности и шире спектр гармоник, тем хуже звук:

      Другими словами, если удасться собрать идеальный усилитель с Кг равным нулю, то используя в качестве разделительного конденсатора C1 конденсаторы МБМ на выходе получим Кг равным 0,0014%, а используя К10-17А - 0,8%:

      Примерно так же обстоят дела у электролитических конденсаторов - все "болячки" конденсаторов у них присутствуют, только для электролитических конденсаторов наиболее интересным является ESR, покольку электролитические конденсаторы больше применяются в цепях питания, т.е. используется их свойство накапливать и отдавать энергию. Обычно ESR указывается для определенной частоты/ емкости/рабочего напряжения, а также типоразмера корпуса конденсатора.       Как правило, конденсаторы в высоких и узких корпусах имеют лучшие характеристики, чем низкие и широкие. Это связано с особенностями конструкции - в высоком и узком корпусе алюминиевая лента свернута в меньшее количество витков и имеет бОльшую ширину, а это- меньшая индуктивность и паразитное сопротивление конденсатора. Естественно, это замечание справедливо при сравнении конденсаторов одной серии одного производителя, низкокачественные поделки нонейм производителей форма корпуса не спасет.       Ниже приведена таблица рейтинга электролитических конденсаторов, составленная на основании ислодований как поклоников аналоговой техники, так и цифровой, причем в рейтингах отсутствуют СУПЕРБРЕНДЫ, хотя их производители присутствуют. Позиция в левой колонке составлена звуковиками, которые отталкивались от надежности, а левую половину таблицы заполнили компьютерщики на основе раскопанных на конденсаторы даташитов:     

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

ПРИМЕЧАНИЯ

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ

Sanyo Серия WG, сверхнизкое сопротивление, 0.016 om/100kHz для номинала 1800 мкф.
SP серия, конденсаторы с органическим полупроводниковым электролитом и сверхнизким сопротивлением, и вообще, крутая, но редкая штука. 0.008 om/300kHz для номинала 1500 мкф.
SVPC серия, алюминиевые с полимерным электролитом. повышенные частоты и надежность, сверхнизкое сопротивление, 0.01 om/300kHz для номинала 1500 мкф
   
Rubycon MCZ, ультра низкое сопротивление, повышенные рабочие частоты, 0.016 om/100kHz для номинала 1500/6.3
серия MBZ ультра низкое сопротивление, 0.026 om/100kHz для номинала 1500/6.3. Серия уже снята с производства, на смену ей выпускается серия MCZ
серия YXG низкое сопротивление, 0.046 om/100kHz для номинала 1500/6.3. Это обычный хороший электролит с улучшенными параметрами. Для испльзования в фильтрах импульсных преобразователей питания процессоров /памяти не позиционируется, хотя для замены неисправных при отсуствии других вариантов сойдут. Для линейных стабилизаторов - более чем хороши.
   
Elna Данных нет, но есть комент "слухача", тестировавшего конденсаторы в блоке питания усилителя:      Elna Silmic II является лучшим устройством этого теста. По сравнению с очень хорошим Black Gate, Elna звучит лучше. Разница между Sprage и Black Gate такая же как между Black Gate и Elna. Это, безусловно, лучший выбор для электролитического конденсатора в фильтре питания усилителя мощности.
   
Nippon Chemi-Con серия KZG, ультра низкое сопротивление (здесь, и дальше, будет иметься в виду ESR), 0.026 om/100kHz для номинала 1500/6.3 На некоторых форумах эту серию считают не очень надежной (первая партия, с кривым электролитом, досталась производителю материнкских плат ABIT, отсюда и пошли слухи).
PSC, алюминиевые с полимерным электролитом, сверхнизкое сопротивление, высокие частоты. 0.01 om/300kHz для номинала 1500 мкф
   
Nichicon НМ, повышенное качество, свернизкое сопротивление, 0,016 ом/100kHz для номинала 1500/6.3.
НN имеет еще более низкое сопротивление, 0,012 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
НZ имеет еще более низкое сопротивление, 0,009 ом/100kHz для номинала 1500/6.3, но уже не позиционируется производителем, как имеющая повышенную надежность
   
Fujitsu Нет данных
   
Samsung TLQ, повышенное качество, свернизкое сопротивление, 0,015 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
   
EPCOS В41886, ультра низкое сопроитвление, повышенная надежность. 0,028 ом/100kHz для номинала 1500/6.3. Если попадутся - смело берите, несмотря на средние показатели ESR, зато качество гарантировано
   
CapXon LZ, ультра низкое сопротивление, 0,02 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
   
Jamicon WL низкое сопротивление, пониженное на высоких частотах 0,036 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
MZ пониженное низкое сопротивление, long life, 0,018 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
   
Matsushita      (Panasonic) Серии FC, FK и FM имеют малое ERS, и сравнительно не так дороги.
   
Hitachi НЕТ ДАННЫХ
HITANO
SAMWHA
Vishay
Teapo
OST
   

НЕ РЕКОМЕНДУЕМЫЕ

D.S (VENT)  
Chhsi (HK(M), WG(M))  
G-LUXON (SM)  
GSC  
Fuhjyyu  
HEC  
Jackcon  
Jee  
Li-con (Licon)  
Jenpo  
JPCON  
JODEN  
Rulycon  
Rubysun  
Tayeh  
Lelon  
Ltec  
E.V.A.TOP  
JunFu (WG, HK)  
FULLTEC  
KYS  
SOWA  
Su'scon  
EASICON  
Gjt  
Elite  
TREC  
GLORIA (GAE)  
MK (M)P8  
Samxon  

      Разумеется, что при использовании конденсаторов с низким ESR к раcположению проводников на печатной плате предъявляются более жесткие требования - не правильная разводка платы может, если и не перечеркнуть полностью, то существенно снизить эффективность этих кондесаторов:

      Кроме упомянутых конденсатров существуют дополнительные серии "For Audio" - "СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ АУДИО" и имеющие сверхмалое ERS, повышенную плотность энергии и конечно же не копеечную стоимость. Использовать такие кондесаторы стоит в сверхвысококачественных усилителях, а если речь идет уже о таком качестве звукового тракта, то уже имеется и соответствующий опыт, следовательно расписывать все прелести "For Audio" не имеет смысла.      При использовании электролитических конденсаторов в качестве разделительных рекомендуется последовательно-параллельное включение, которое позволяет избавится от проблем полярности электролитов и компенсирует возрастающий у них с частотой ERS:

      Сумарную емоксть получившегося конденсатора можно вычилить в два этапа:      сначала вычисляется емкость двух последовательно соединенных конденсаторов      , а затем к получившемуся результату прибавляется емскость С2, поскольку при параллельном соединении емкости конденсаторов суммируются.       Напоследок осталось добавить, что механическая прочность выводов конденсатора гораздо меньше, чем это кажется, поэтому при монтаже на плату высоких конденсаторов лучше их дополнительно закрепить к плате при помощи клея или герметика, а расположенные близко друг к другу можно и "законтрить" между собой. Это особенно актуально при сборки автомобильной техники:

КАКИЕ РЕЗИСТОРЫ И ПРОВОДА ИСПОЛЬЗОВАТЬ В УСИЛИТЕЛЕ МОЩНОСТИ

Адрес администрации сайта: [email protected]   

 

soundbarrel.ru

Какие бывают конденсаторы? Типы конденсаторов, их характеристики

Многие интересуются, имеют ли конденсаторы типы? Конденсаторов в электронике существует множество. Такие показатели, как емкость, рабочее напряжение и допуск, являются основными. Не менее важен тип диэлектрика, из которого они состоят. В этой статье будет рассмотрено подробнее, какие типы конденсаторов бывают по виду диэлектрика.

Классификации конденсаторов

Конденсаторы являются распространенными компонентами в радиоэлектронике. Они классифицируются по множеству показателей. Важно знать, какими моделями, в зависимости от характера изменения величины, представлены разные конденсаторы. Типы конденсаторов:

  1. Устройства с постоянной емкостью.
  2. Приборы с переменным видом емкости.
  3. Построечные модели.

Тип диэлектрика конденсатора может быть разным:

  • бумага;
  • металлическая бумага;
  • слюда;
  • тефлон;
  • поликарбонат;
  • электролит.

По способу установки данные приборы предназначены для печатного и навесного монтажа. При этом типы корпусов конденсаторов SMD-модификации бывают:

  • керамическими;
  • пластиковыми;
  • металлическими (алюминиевыми).

Следует знать, что приборы из керамики, пленки и неполярные виды не обладают маркировкой. Показатель их емкости колеблется от 1 пф до 10 мкф. А электролитные типы имеют форму бочонков в корпусе из алюминия и маркируются.

Танталовый же тип производится в корпусах прямоугольной формы. Такие устройства бывают разного размера и расцветки: черные, желтые и оранжевые. На них также присутствует кодовая маркировка.

Электролитические конденсаторы из алюминия

Основой электролитических конденсаторов из алюминия являются две тонкие скрученные алюминиевые полоски. Между ними расположена бумага, содержащая электролит. Показатель емкости этого прибора равен 0,1-100 000 uF. Кстати, в этом и заключается его основное преимущество перед другими видами. Максимальное напряжение равно 500 V.

К минусам относятся повышенная утечка тока и уменьшение емкости с возрастанием частоты. Поэтому в платах часто вместе с электролитическим конденсатором используется и керамический.

Также следует отметить, что данный тип отличается полярностью. Это означает, что вывод устройства с минусовым показателем находится под отрицательным напряжением, в отличие от противоположного вывода. Если не придерживаться этого правила, то скорее всего, приспособление выйдет из строя. Поэтому рекомендуется применять его в цепях с наличием постоянного или пульсирующего тока, но ни в коем случае не переменного.

Электролитические конденсаторы: типы и предназначение

Типы электролитических конденсаторов представлены широким рядом. Они бывают:

  • полимерными;
  • полимерными радиальными;
  • с низким уровнем утечки тока;
  • стандартной конфигурации;
  • с широким диапазоном температур;
  • миниатюрными;
  • неполярными;
  • с наличием жесткого вывода;
  • низкоимпедансными.

Где применяются электролитические конденсаторы? Типы конденсаторов из алюминия используются в разных радиотехнических устройствах, деталях компьютера, периферийных приборах типа принтеров, графических устройствах и сканерах. Также они применяются в строительном оборудовании, промышленных приборах для измерения, в сфере вооружения и космоса.

Конденсаторы КМ

Существуют и глиняные конденсаторы типа КМ. Они используются:

  • в промышленном оборудовании;
  • при создании приборов для измерения, отличающихся высокоточными показателями;
  • в радиоэлектронике;
  • в сфере военной индустрии.

Устройства подобного типа отличаются высоким уровнем стабильности. Основу их функциональности составляют импульсные режимы в цепях с переменным и неизменным током. Их характеризует высокий уровень сцепления обкладок из керамики и долгая служба. Это обеспечивается низким значением коэффициента емкостного непостоянства температур.

Конденсаторы КМ при маленьких размерах имеют высокий показатель емкости, достигающий 2,2 мкФ. Изменение ее значения в интервале рабочей температуры у данного вида составляет от 10 до 90%.

Типы керамических конденсаторов группы Н, как правило, применяются как переходники или же блокирующие устройства и т. п. Современные приборы из глины изготавливаются при помощи прессовки под давлением в целостный блок тончайших металлизированных керамических пластинок.

Высокий уровень прочности этого материала дает возможность использовать тонкие заготовки. В итоге емкость конденсатора, пропорциональная показателю объема, резко возрастает.

Устройства КМ отличаются высокой стоимостью. Объясняется это тем, что при их изготовлении используются драгоценные металлы и их сплавы: Ag, Pl, Pd. Палладий присутствует во всех моделях.

Конденсаторы на основе керамики

Дисковая модель обладает высоким уровнем емкости. Ее показатель колеблется от 1 pF до 220 nF, а самое высокое рабочее напряжение не должно быть выше 50 V.

К плюсам данного типа можно отнести:

  • малые потери тока;
  • небольшой размер;
  • низкий показатель индукции;
  • способность функционировать при высоких частотах;
  • высокий уровень температурной стабильности емкости;
  • возможность работы в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Основу многослойного устройства составляют чередующиеся тонкие слои из керамики и металла.

Этот вид похож на однослойный дисковый. Но такие устройства обладают высоким показателем емкости. Максимальное рабочее напряжение на корпусе этих приборов не указывается. Так же как и на однослойной модели, напряжение не должно быть выше 50 V.

Устройства функционируют в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Плюсом высоковольных керамических конденсаторов является их способность функционировать под высоким уровнем напряжения. Диапазон рабочего напряжения колеблется от 50 до 15000 V, а показатель емкости может составлять от 68 до 150 pF.

Могут функционировать в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Танталовые устройства

Современные танталовые устройства являются самостоятельным подвидом электролитического вида из алюминия. Основу конденсаторов составляет пентаоксид тантала.

Конденсаторы обладают небольшим показателем напряжения и применяются в случае необходимости использования прибора с большим показателем емкости, но в корпусе малого размера. У данного типа есть свои особенности:

  • небольшой размер;
  • показатель максимального рабочего напряжения составляет до 100 V;
  • повышенный уровень надежности при долгом употреблении;
  • низкий показатель утечки тока;
  • широкий спектр рабочих температур;
  • показатель емкости может колебаться от 47 nF до 1000 uF;
  • устройства обладают более низким уровнем индуктивности и применяются в высокочастотных конфигурациях.

Минус этого вида заключен в высокой чувствительности к повышению рабочего напряжения.

Следует отметить, что, в отличие от электролитического вида, линией на корпусе помечается плюсовой вывод.

Разновидности корпусов

Какие разновидности имеют танталовые конденсаторы? Типы конденсаторов из тантала выделяются в зависимости от материала корпуса.

  1. SMD-корпус. Для изготовления корпусных устройств, которые используются при поверхностном монтаже, катод соединяется с терминалом посредством эпоксидной смолы с содержанием серебряного наполнителя. Анод приваривается к электроду, а стрингер отрезается. После формирования устройства на него наносится печатная маркировка. Она содержит показатель номинальной емкости напряжения.
  2. При формировании этого типа корпусного устройства анодный проводник должен быть приварен к самому выводу анода, а затем отрезается от стрингера. В этом случае терминал катода припаивается к основе конденсатора. Далее конденсатор заполняется эпоксидом и высушивается. Как и в первом случае, на него наносится маркировка

Конденсаторы первого типа отличаются большей степенью надежности. Но все типы танталовых конденсаторов применятся:

  • в машиностроении;
  • компьютерах и вычислительной технике;
  • оборудовании для телевизионного вещания;
  • электрических приборах бытового назначения;
  • разнообразных блоках питания для материнских плат, процессоров и т.д.

Поиск новых решений

На сегодняшний день танталовые конденсаторы являются самыми востребованными. Современные производители находятся в поисках новых методов повышения уровня прочности изделия, оптимизации его технических характеристик, а также существенного понижения цены и унификации производственного процесса.

С этой целью пытаются снизить стоимость на основе составляющих компонентов. Последующая роботизация всего процесса производства также способствует падению цены на изделие.

Важным вопросом считается и уменьшение корпуса устройства при сохранении высоких технических параметров. Уже проводятся эксперименты на новых типах корпусов в уменьшенном исполнении.

Конденсаторы из полиэстера

Показатель емкости этого типа устройства может колебаться от 1 nF до 15 uF. Спектром рабочего напряжения является показатель от 50 до 1500 V.

Существуют устройства с разной степенью допуска (допустимое отклонение емкости составляет 5%, 10% и 20%).

Это вид обладает стабильностью температуры, высоким уровнем емкости и низкой стоимостью, что и объясняет их широкое применение.

Конденсаторы с переменной емкостью

Типы переменных конденсаторов обладают определенным принципом работы, который заключается в накоплении заряда на пластинах-электродах, изолированных посредством диэлектрика. Пластины эти отличаются подвижностью. Они могут перемещаться.

Подвижная пластина называется ротором, а неподвижная — статором. При изменении их положения изменятся и площадь пересечения, и, как следствие, показатель емкости конденсатора.

Конденсаторы бывают с двумя типами диэлектриков: воздушным и твердым.

В первом случае в роли диэлектрика выступает обыкновенный воздух. Во втором случае применяют керамику, слюду и др. материалы. Для увеличения показателя емкости устройства статорные и роторные пластины собираются в блоки, закрепленные на единой оси.

Конденсаторы с воздушным типом диэлектрика применяются в системах с постоянной регулировкой емкости (например, в узлах настройки радиоприемников). Такой тип устройства обладает более высоким уровнем стойкости, чем керамический.

Построечный вид

Самым распространенным видом являются построечные конденсаторы. Они относятся к переменному типу, но обладают меньшей износостойкостью, так как регулируются реже.

Типы конденсаторов этой категории в основе содержат металлизированную керамику. Металл функционирует в качестве электрода, а керамика выступает в роли изолятора.

fb.ru

Конденсаторы для «чайников» / Geektimes

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого
Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости εr использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.

Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора

С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические
Танталовый конденсатор поверхностного размещения

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки
Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.

geektimes.ru

Звучание конденсаторов в фильтрах акустических систем. (Сравнение конденсаторов в кроссовере АС.)

Рассказать в: Звучание конденсаторов в фильтрах акустических систем Д. ГОРШЕНИН, г.Москва ; И. РОГОВ, г.Ростов-на-Дону Опубликовано в "Радио" №№ 8, 9, 10 за 2009 год. (Сравнение конденсаторов в кроссовере АС.)

В статье написанной двумя авторами из разных городов, рассказано об электрических свойствах конденсаторов с различными диэлектриками и результатах измерений параметров, которые могут влиять в кроссовере АС на качество звуковоспроизведения. Во второй части статьи описана методика слуховой экспертизы, а также приведены статистические обработанные результаты сравнительных оценок кроссоверов с этими конденсаторами, полученные при экспертном прослушиванииразличных музыкальных фрагментов. Современная аудиотехника класса Hi End усилиями рекламы, обслуживающей интересы соответствующих компаний, оказалась мифологизирована до такой степени, что кажется уже невозможно отличить правду от вымысла, а реальность от самовнушения.

Работа аудиотракта оценивается потребителем по личным слуховым ощущениям. Сложность и неоднозначность связи между объективными параметрами звукового сигнала и субъективными ощущениями слушателя и зависимость этой связи от множества посторонних факторов создает благоприятные условия для недобросовестного бизнеса. Потребителю «на слух» приходится оценивать, насколько свойства того, за что он заплатил иногда весьма солидную сумму, соответствуют обещанному рекламой. А разобраться в этом непросто. Как заметил в одном из интервью директор по экспорту компании МONITOR AUDIO Д. Хоббс: «Многие, купив кабели за 5000 долларов, уже подсознательно настроены на то, что система зазвучит лучше. Так ли это в реальности - большой вопрос. Более того, потратив столько денег, никто даже себе самому не признается, что остался в дураках» [1].

Довольно характерное высказывание профессионала, не занятого в «кабельном» бизнесе. Разумеется, многочисленные эксперты из аудиожурналов излагают совсем иную точку зрения.

Если у абсолютного большинства технически образованных людей сложилось вполне адекватное представление о «полезности» «суперкабелей», то в отношении других аудиофильских компонентов подобного единодушия нет. Вот уже много лет предметом острых споров остается целесообразность применения аудиофильских резисторов, дросселей и конденсаторов в кроссоверах акустических систем (АС). Здесь все не так очевидно. С одной стороны нельзя отрицать объективность различий некоторых технических характеристик аудифильских и обычных компонентов, а с другой, величина этих различий в большинстве случаев не дает оснований считать, что их можно зафиксировать «на слух».

Одни компании комплектуют кроссоверы АС аудиофильскими компонентами, не преминув, разумеется, сообщить об этом в рекламных проспектах. Другие не менее авторитетные производители аппаратуры, в том числе и профессиональной, применяют в своих АС электролитические конденсаторы и дроссели с ферромагнитными сердечниками, что по аудиофильским меркам считается абсолютно неприемлемым.

Еще радикальнее расходятся мнения радиолюбителей. Одни публикуют обширные отчеты о прослушивании конденсаторов, констатируя существенные отличия в их «звучании» [2]. Другие вообще отрицают какое-либо положительное влияние дорогих аудиофильских компонентов на звук.

«Дорогостоящие компоненты для кроссоверов - напрасная трата денег, не улучшающая звук» - категорично заявляет Дж. Крутке - известный не только среди любителей, но и среди профессионалов DIY-конструктор АС [3].

Какие элементы выбрать для кроссовера самодельной АС: обычные или аудиофильские - вопрос не простой. Пассивный кроссовер состоит из резисторов, конденсаторов и дросселей.

С резисторами - все просто. Чаще всего, доказывая необходимость применения специальных аудиофильских резисторов, ссылаются на наличие индуктивности у недорогих проволочных аналогов. При этом преднамеренно замалчивается тот факт, что величина этой паразитной индуктивности ничтожно мала, и ее влияние на полное сопротивление резистора начинает сказываться на частотах свыше 200 кГц. Этим исчерпываются технические аргументы, а остальные, вроде «плохого звучания высокоомного материала проволоки» - из области фантазий.

С катушками индуктивности ситуация не столь очевидна. Если наличие ферромагнитных сердечников действительно может повлиять на звук не лучшим образом, то применение проводов из сверхчистой меди или серебра с добавлением 1% золота «аргумент» того же ряда, что и «кабельный». Стоимость такой катушки может достигать нескольких тысяч долларов за штуку. Ленточные (фольговые) катушки индуктивности обладают некоторыми преимуществами, но стoят намного дороже обычных проволочных, поэтому имеют гораздо худшее соотношение цена/качество. Однако подробное их рассмотрение выходит за рамки настоящей статьи.

С выбором конденсаторов ситуация не проще. Их объективные характеристики зависят от конструкции и материала корпуса (металл, пластик, компаунд), обкладок (специальная фольга, обычная алюминиевая фольга, металлизация), от типа диэлектрика (полипропилен, лавсан, бумага, керамика, оксид) и, наконец, от качества изготовления (аудиофильские элементы могут иметь как лучшее качество изготовления, так и такое же, как у элементов общего применения).

Даже, если оставить за скобками рекламную шелуху вроде «натуральности звучания благодаря применению натуральных материалов», то список требований к аудиофильскому конденсатору окажется довольно солидным: корпус - из металла или массивного пластика для обеспечения акустической развязки. обкладки из тяжелой фольги для исключения вибраций, причем желательно серебряной или с добавлением серебра для снижения сопротивления; «правильный» диэлектрик; высокое качество изготовления, гарантируемое принадлежностью аудиофильскому брэнду.

Такой конденсатор обойдется в $30-50 (конденсатор с серебрянными обкладками – несколько сотен, а из «натуральных материалов» - несколько тысяч долларов). Но, может, прав Дж. Крутке, и все это напрасная трата денег? И десятирублевый конденсатор К73-17 на самом деле «сыграет» не хуже? Настоящая статья - попытка разобраться в этом вопросе.

Наличие в конденсаторе обкладок из фольги, особенно медной, серебряной или с добавлением золота, обычно воспринимается аудиофилами как признак элитарности. С технической точки зрения использование фольги в конденсаторах для АС не дает существенных объективных преимуществ, но заметно сказывается на себестоимости. Поэтому в большинстве даже очень дорогих конденсаторов «для аудио», кроме фольговых масляно-бумажных, вместо фольги используют в действительности металлизированную полимерную пленку. При этом, некоторые производители в маркетинговых целях при описании конструкции конденсатора идут на некорректную подмену понятий, называя полипропиленовую пленку «полипропиленовой фольгой» ( polypropylene capacitor foil ), как, например, в описании конденсатора Mundorf МСар RXF.

Другой важнейший признак аудиофильского конденсатора - применение диэлектрика «правильного» типа. Самым каноническим диэлектриком считается полипропилен (ПП, англ. РР). Большинство современных специализированных конденсаторов «для аудио» (далее для краткости аудиоконденсаторы) использует именно его. По объективным характеристикам ПП почти идеальный материал, обладающий высокой стабильностью, малыми диэлектрическими потерями и абсорбцией. Другой канонический аудиофильский диэлектрик - пропитанная маслом бумага - полная противоположность ПП. Масляно-бумажные (МБ) конденсаторы по тангенсу угла потерь и, особенно, по диэлектрической абсорбции заметно проигрывают всем видам пленочных конденсаторов. По этой причине они сегодня применяются, в основном, только в низкочастотной силовой электротехнике и в небольших объемах в аудиофильской аппаратуре: ламповых усилителях и кроссоверах АС.

Оксидные неполярные конденсаторы - самые «не аудиофильские» из применяемых в кроссоверах. По тангенсу угла потерь и абсорбции они уступают даже МБ конденсаторам. С другой стороны, по величине удельной емкости оксидные конденсаторы вне конкуренции, и поэтому вопреки расхожему мнению используются не только в дешевых мультимедийных колонках, но и в профессиональных АС и в дорогих АС класса Hi-Fi - везде, где требуется высокая емкость.

Еще один часто применяемый в кроссоверах АС тип конденсаторов использует в качестве диэлектрика пленку из полиэтилентерефталата (ПЭТ, ПЭТФ, англ. PET). Коммерческие названия полимера: лавсан, полиэстер, майлар и др. Являясь дешевой и доступной альтернативой специализированным ПП и МБ аудиоконденсаторам, ПЭТ конденсаторы общего применения очень популярны как у профессионалов, так и у радиолюбителей из-за хорошего соотношения качество-цена. В то же время, ни один другой тип конденсаторов не вызывает таких резко негативных оценок со стороны аудиофилов за «плохое звучание». Подобное мнение укоренилось настолько прочно, что ПЭТ конденсаторы, в прайс-листах отечественных продавцов аудиокомплектующих называются полистирольными, хотя полистирол и полиэстер при некоторой схожести названий абсолютно разные полимеры. Все это послужило причиной особого внимания, уделенного этому типу конденсаторов в настоящей статье.

Результаты сравнительной субъективной экспертизы ПЭТ, ПП и МБ конденсаторов приведены в третьей части статьи, а здесь остановимся на технической стороне вопроса.

Первый из приводимых обычно аргументов в пользу отказа от применения ПЭТ конденсаторов в кроссоверах - повышенные тангенс угла потерь и коэффициент абсорбции. В табл.1 приведены характеристики некоторых типов конденсаторов (по материалам [4]), которые могут использоваться в АС.

Из таблицы видно, что параметры ПЭТ конденсаторов действительно заметно хуже, чем у ПП, но несколько лучше, чем у МБ. Кроме того, емкость ПЭТ конденсаторов не постоянна и снижается примерно на 1,5-2% на самых верхних частотах звукового диапазона. Однако у МБ конденсаторов изменение емкости в диапазоне звуковых частот больше 2%.

На рис. 1 приведены зависимости тангенса угла потерь от частоты для ПП (КР, МКР), ПЭТ (КТ, МКТ) и МБ конденсаторов (для ПП и ПЭТ - по материалам [5], для МБ конденсаторов измерено).

Рис.1.

Выбирая тот или иной компонент для кроссовера, нужно четко понимать, что цифры технических параметров важны не сами по себе, а лишь как факторы, которые могут повлиять или не повлиять на качество звучания АС. При установке ПЭТ или МБ конденсаторов в ФВЧ второго порядка, изменение величины их емкости и тангенса угла потерь в полосе пропускания фильтра может привести к отклонению реальной АЧХ кроссовера от расчетной на величину до 0,3 дБ. Это означает, что установка в один и тот же кроссовер конденсаторов формально одинаковой емкости, но разного типа, действительно может создавать некоторые отличия в тональном балансе АС, однако эти отличия будут не более тех, что возникают из-за разброса параметров динамических головок одного типа или разброса характеристик других компонентов кроссовера, имеющих пяти- или десятипроцентный допуск на номинал. И даже если искушенному слушателю удастся уловить эту микроскопическую разницу в тональном балансе, то совсем не обязательно, что он предпочтет звучание дорогих ПП или МБ аудиоконденсаторов, а не дешевого ПЭТ, если не будет знать заранее, какой конденсатор установлен в кроссовере.

Влияние эффекта абсорбции заряда в конденсаторах на сигналы звуковых частот обычно сильно преувеличивают. Согласно отечественному стандарту измерение диэлектрической абсорбции производится после трехминутного пребывания конденсатора под напряжением неизменной величины и полярности, - в режиме, не имеющем ничего общего с работой конденсатора в кроссовере АС. При знакопеременном напряжении звуковой частоты абсорбция оказывается во много раз меньше величин, приводимых в соответствующих справочниках и указанных выше в табл.1. В частности, для ПЭТ конденсаторов диэлектрическая абсорбция за время равное 20мс составляет всего 0,1% [6], [7]. Согласно данным компании National Semiconductor [7], влияние абсорбции можно учесть введением в схему замещения конденсатора высокоомных RC -цепей. На рис. 2 показан пример такой эквивалентной схемы для ПЭТ конденсатора емкостью 1мкФ [7]. Эта схема замещения пригодна не только для широкого диапазона частот, но и в интеграторах и устройствах выборки-хранения АЦП – там, где важна задержка сигнала. Даже беглого взгляда на нее достаточно, чтобы понять, что влияние абсорбции в пленочных конденсаторах на АЧХ и ФЧХ кроссовера АС всегда пренебрежимо мало, а распространенное среди аудиофилов мнение о том, что будто бы повышенная (в сравнении с ПП) абсорбция ПЭТ конденсаторов ухудшает звук – аудиомиф.

Рис.2.

Вот и все объективные причины, по которым конденсаторы теоретически могли бы вносить дополнительные (т.е. не учитываемые при расчете) линейные искажения в звуковой сигнал. Их величина при использовании ПЭТ и МБ конденсаторов, не выходит за рамки отклонений из-за технологического разброса номиналов конденсаторов и других компонентов кроссовера. Следует особо подчеркнуть, что по уровню вносимых линейных искажений ПЭТ конденсаторы ничем не выделяются на фоне аудиоконденсаторов, занимая промежуточное положение между ПП и МБ.

Но раз линейные искажения конденсаторов настолько малы, что не могут объяснить существенных различий в звучании АС, то, значит, причину надо искать в нелинейных искажениях. В качественно изготовленном конденсаторе нелинейные искажения могут возникать только вследствие зависимости его емкости от приложенного напряжения, т.е. целиком определяются свойствами диэлектрика. Этот эффект сильно выражен у оксидно-полупроводниковых танталовых и некоторых разновидностей керамических конденсаторов [8],[9],[10]. Поэтому их не следует применять в сигнальных цепях. В частности, высокую нелинейность имеют отечественные конденсаторы из керамики типа II (НЧ керамики), имеющие ТКЕ: Н20, Н30, Н50, Н70, Н90 и оксидно-полупроводниковые танталовые конденсаторы К53-7.

Что касается пленочных конденсаторов вообще и ПЭТ конденсаторов в частности, то их нелинейность очень мала [8], что вызывает серьезные методические трудности при измерении искажений. Заслуживающих доверия результатов подобных измерений мало. В качестве примера можно привести статью [9] компании Maxim/Dallas. Испытывались электролитические (танталовые и алюминиевые) и ПЭТ конденсаторы. На рис.3 показан шум и гармонические искажения, полученные на выходе усилителя для телефонов до и после установки ФВЧ с ПЭТ конденсатором, с частотой среза 1кГц. В полосе пропускания ФВЧ искажения ПЭТ конденсатора фактически не были зафиксированы: их уровень оказался ниже порога измерения, примерно равного 0,0003-0,0005%. Рост же относительного уровня шумов и гармоник ниже частоты среза фильтра - следствие уменьшения амплитуды основного тона при его прохождении через ФВЧ, а отнюдь не роста уровня самих шумов и гармоник из-за установки конденсатора.

Рис.3.

Попытки измерения коэффициента гармоник (Кг) конденсаторов, в том числе и пленочных, предпринимались неоднократно. При традиционном способе измерения пороговая чувствительность метода определяется собственными искажениями измерительного стенда, и, как следует из [9], для тестирования пленочных конденсаторов, величина Кг стенда должен быть существенно ниже 0,0005%. Применительно к решаемой задаче - исследованию искажений конденсаторов в кросоверах АС - это требует наличия специального сверхлинейного усилителя мощности. Попытки обойти эту проблему путем вычитания искажений усилителя из общих искажений дают ненадежные результаты.

Чтобы избежать применения аппаратуры со сверхмалыми нелинейными искажениями, решено было измерять не гармонические, а интермодуляционные искажения. Тестируемый конденсатор включался в одну из типовых схем - фильтр второго порядка для ВЧ головки. Такой режим позволяет наиболее полно оценить качество конденсатора при соответствующем выборе тестовых частот. На фильтр с тестируемым конденсатором одновременно подавались два синусоидальных сигнала каждый напряжением 10В (эфф.), с частотами 70 Гц и 3кГц от двух разных усилителей мощности через специальный сумматор, развязывающий выходы усилителей. Это позволило полностью исключить интермодуляцию в самих усилителях. Полезный сигнал и искажения измерялись с помощью датчика тока в цепи резистора нагрузки, имитирующего ВЧ головку. Недостаток журнального места позволяет лишь очень выборочно ознакомить читателей с полученными результатами измерений.

Уровни максимальных интермодуляционных гармоник, полученных при тестировании, приведены в табл.2, а на рис.4 показаны наиболее характерные спектры искажений. Места локализации интермодуляционных гармоник отмечены маркерами, указывающими уровень и порядок гармоник, а числа, имеющие размерность процентов, - относительный уровень наиболее значимых из них.

Рис.4.

Как и ожидалось, наибольшие искажения были зафиксированы у танталовых электролитических и керамических конденсаторов, что в очередной раз подтвердило неприемлемость их использования в АС.

Извлеченные из кроссовера компании ELAC алюминиевые оксидные неполярные конденсаторы продемонстрировали довольно высокую нелинейность - на уровне усилителей мощности среднего класса. Для сравнения спектр искажений такого усилителя показан на рис.4ж.

У остальных типов конденсаторов уровень искажений оказался примерно в десять и более раз ниже, чем искажения усилителя, и, по крайней мере, в сто раз ниже, чем искажения лучших современных динамических головок в аналогичном режиме тестирования. При этом количество значимых интермодуляционных гармоник в спектре конденсаторов очень мало - только первого и второго порядка. Гармоники более высоких порядков у всех конденсаторов, кроме оксидных и керамических, оказались ниже порога измерения (0,0001%). Полученные уровни искажений пленочных конденсаторов представляют скорее академический интерес. Они не могут быть услышаны в реальном звуковом тракте. Тем не менее, стоит прокомментировать полученные результаты. Уровень искажений отечественного К73-16 (3,3мкФ, 250В) и всех аудиофильских конденсаторов, кроме Jantzen Cross cap, ввиду их малости зафиксировать не удалось. У двух других отечественных ПЭТ конденсаторов искажения лишь чуть превысили порог измерения, что явилось следствием их относительной низковольтности (63В). Неожиданно высокую линейность продемонстрировала связка из отечественных конденсаторов МБМ, лишь немного уступив датскому МБ суперконденсатору Jensen. И это несмотря на самый большой тангенс угла потерь среди всех пленочных и бумажных конденсаторов в данном тесте. Китайские ПЭТ конденсаторы MMD показали наихудший результат, по видимому, из-за некачественного контакта выводов с обкладками, на что указывает наличие в их спектре нетипичной для нелинейности диэлектрика интермодуляции первого порядка.

Назначение: А - для аудио, О - общего применения Материал корпуса: М - металл, П - полимер, К - компаунд Тип обкладок: М - металлизация, АФ - алюминиевая фольга Тип диэлектрика: ПП - полипропилен, ПЭТ - лавсан, МБ - бумага, О - оксид, К - керамика. Акустический шум: «-» – не измерялся, 0 (0дБ) –уровень шумового фона измерительного бокса (шум конденсатора не зафиксирован)

Результаты измерений наглядно показали, что связь нелинейных искажений с тангенсом угла потерь и диэлектрической абсорбцией - миф, заботливо культивируемый заинтересованными компаниями. Ни эти параметры, ни «не кошерный» тип диэлектрика ни «плебейское» происхождение конденсатора сами по себе не являются причинами нелинейных искажений. Дешевые отечественные МБМ и ПЭТ конденсаторы показали себя не хуже европейских аудиоконденсаторов с трех- четырехзначными ценниками и однозначно лучше «одноклассников» из Китая и Тайваня. Однако среди дешевых конденсаторов попадались и некачественные образцы. Среди протестированных конденсаторов МБМ один экземпляр имел очень высокую нелинейность. У одного из китайских ПЭТ конденсаторов тангенс угла потерь оказался в пять раз выше типового для данного вида диэлектрика. Отечественные конденсаторы К73-17 при общем очень неплохом качестве показали довольно большой разброс по нелинейности. Правда, несмотря на это, все имевшиеся К73-17 оказались лучше тайваньских Bennic MKT. Стабильно высокое качество изготовления показали конденсаторы К73-16.

Для исследования качества акустической развязки, обеспечиваемой конструкцией конденсаторов, был проведен еще один тест. Измерялась АЧХ звукового давления, создаваемого конденсатором в ближней зоне при подаче на него напряжения 10В (эфф.) через ограничительный резистор сопротивлением 3,9 Ом. АЧХ снималась в диапазоне частот 500 Гц - 20 кГц.

Все конденсаторы в металлических корпусах, кроме ОМБГ-2, а также аудиофильский МСар Supreme в массивном корпусе из пластика продемонстрировали отличную акустическую развязку. Пресловутый «микрофонный» эффект им явно не грозит. Несколько хуже обстоят дела у МСар Audiophiler, еще хуже у К73-17 и Jantzen Cross cap. Китайские ММD и тайваньские Bennic вообще провалились в этом тесте. В табл.2 приведены результаты теста, а на рис.5 - АЧХ акустического излучения некоторых конденсаторов. Красная линия – первая гармоника, голубая линия – вторая гармоника.

Рис.5.

Данный тест наглядно показал, что успешно решать проблемы акустического шума и «микрофонного» эффекта в конденсаторах можно и без применения обкладок из тяжелой фольги, как это делают некоторые производители аудиофильских компонентов. Применение обкладок из олова или других тяжелых металлов это не инженерное, а маркетинговое решение проблемы, позволяющее оправдать высокую цену продукта.

Получается, что дорогим аудиофильским конденсаторам объективно нечего предъявить в оправдание своей цены, кроме гарантированного качества изготовления и меньшего допуска на номинальную емкость.

Возвращаясь к свойствам ПЭТ конденсаторов можно утверждать, что имеющиеся на сегодняшний день объективные данные об их характеристиках не дают оснований утверждать, что их применение в кроссоверах АС может привести к снижению качества звука. Однако этот вывод противоречит утверждениям любителей высококачественного звучания, ссылающихся на свои субъективные ощущения. Объективные данные их не убеждают. В подобных случаях единственным способом выяснения истины остается проведение публичной субъективной экспертизы. Для того, чтобы результат экспертизы можно было считать объективным, она должна быть проведена с максимально возможным соблюдением правил, принятых для подобных мероприятий.

Для прояснения этого вопроса было решено провести собственный тест. 4-5 октября 2008 года в одном из московских аудиосалонов состоялась встреча радиолюбителей (рис. 6), главной целью которой было оценить, какой вклад оказывает проходной конденсатор, включенный последовательно с ВЧ головкой (тогда он оказывает наибольшее влияние на звук) в общее звучание системы. И действительно ли отечественные и доступные конденсаторы типа К73-16 настолько хуже дорогих аудиофильских, как про это говорят.

Рис.6.

Методика сравнения была следующей. В кроссовере (рис. 7) каждой из АС стереосистемы меняли конденсатор, включенный последовательно с ВЧ головкой. Для этого было собрано 2 коробочки, содержащих высококачественные переключатели. Для подключения конденсаторов были выведены 3 пары коротких проводов с зажимами «крокодил», маркированными разными цветами. Переключатели имели 6 положений (рис. 8). Таким образом, каждый из конденсаторов, подключенный к своему «крокодилу», участвовал в работе 2 раза. Сам кроссовер был сделан из высококачественных деталей и хорошо отстроен. Конденсаторы, участвовавшие в тесте, были подобраны по емкости с высокой точностью.

Рис.7.

Рис.8.

Все тесты были двойными слепыми – не только слушатели не знали, какой из конденсаторов в данный момент включен в цепь, этого не знали и операторы, переключавшие конденсаторы (чтобы даже неосознанно не подать слушателям какой-либо сигнал). Только после того, как были собраны и записаны в бланки все мнения, проверялось какому номеру соответствует какой из конденсаторов. Тестов было несколько, между ними слушатели отдыхали. На рис. 9 показан рабочий момент одного из тестов.

Рис.9.

В первом тесте сравнивали между собой три конденсатора: ‪1.‬ К 73-16 ‪2.‬ Jantzen Superior Z-cap ‪3.‬ Mundorf MCap MKP Audiophiler

Сначала в качестве «нулевого отсчета» включили один из них, чтобы слушатели привыкли к звуку. Этот вариант не оценивался. Потом пошел зачет. Поочередно включались конденсаторы, и качество (достоверность) звучания оценивалось по 10-ти бальной шкале. Длительность прослушивания каждого из них составляла несколько минут. После чего переключатель устанавливали в следующее положение и прослушивали тот же фрагмент записи. После теста все подписанные протоколы были сведены в одну общую ведомость. Протоколы писали 12 человек, по 2 раза слушали каждый конденсатор. Итого получилось по 24 оценки для каждого конденсатора.

Результат теста оказался очевидным – никто из собравшихся (их было порядка двадцати человек: не все из слушателей заполняли протоколы) не выделил какой-либо конденсатор как выдающийся или провальный по звучанию. Однако возникают вопросы: ‪1.‬ Насколько адекватна субъективная оценка, сделанная не профессиональными экспертами, а «простыми», пусть и подготовленными, слушателями? ‪2.‬ Не были ли результаты случайны?

Для ответа на первый вопрос обратимся к [11]: «на протяжении нескольких лет ведутся работы по изучению влияния выбора экспертов и степени их тренированности на качество оценок аудиоаппаратуры, а также на совпадение мнений тренированных профессиональных экспертов с мнением "нетренированных" (массовых слушателей). Результаты таких работ, выполняемых довольно длительное время в компании Harman, были продемонстрированы на 114-й конференции AES: субъективные оценки, которые дают квалифицированные эксперты, совпадают со шкалой предпочтений для неквалифицированных слушателей».

Для оценки значимости результатов теста был проведен их статистический анализ (аналогичный описанному в [11]). На рис. 10 показан средний балл для каждого конденсатора (красная черта) от которого вверх и вниз отложена дисперсия разброса оценок. Наивысший балл получил К73-16, причем разброс оценок минимальный, это означает, что слушатели были единодушны в своих мнениях. У конденсатора Jantzen оценка ниже, а дисперсия максимальна. Это означает наибольший разброс мнений по его поводу. Mundorf получил минимальный балл и его оценки легли сравнительно «кучно».

Рис.10.

Несмотря на то, что приведенные результаты выглядят достаточно убедительно, есть шанс, что наблюдаемая разница случайна. Поэтому была проверена статистическая значимость сравнения по критерию Стьюдента.

Пара Mundorf – К73-16 оказалась статистически значимой на уровне 0,02. Это означает, что вероятность того, что наблюденная разница в конденсаторах не случайна, а закономерна, равна 98%. Поскольку с точки зрения математики достаточно 90…95% достоверности, можно сделать вывод о действительном предпочтении конденсатора К73-16.

Пары Jantzen – Mundorf и Jantzen – К73-16 оказались статистически незначимы на уровне 0,1. Т.е. вероятность закономерности их различий меньше 90%. Причем если для пары Jantzen – К73-16 вероятность закономерности порядка 80% (с точки зрения математики закономерности тут уже нет), то пара Jantzen – Mundorf абсолютно статистически незначима и разница между ними совершенно случайна.

И последний момент: «а судьи кто?» Не получилось ли так, что измерения, достоверность которых доказывалась выше, сделаны «измерительными приборами очень низкой точности» – неквалифицированными экспертами? Для этого вычислялось значение 1/Fstat для каждого из слушателей (в тестах компании Harman использовалось Fstat - отношение среднеквадратичного значения оценки к среднеквадратичному значению разбросов в оценках, т.е. к среднему значению погрешности), рис. 11. Можно считать, что на рисунке показана погрешность слушателя, как измерительного прибора, и эта погрешность в своем большинстве невелика. Если отбросить мнения пятого эксперта, то разрыв между конденсаторами увеличивается, что еще раз подтверждает достоверность результатов. Но, по мнению авторов, в результаты экспертизы должны быть включены оценки всех экспертов, хотя бы потому, что это мнение массового слушателя – потребителя аудиопродукции, именно того, кому придется платить деньги за аппаратуру, звучащую так или иначе.

Рис.11.

Во втором тесте сравнивались попарно с К73-16 некоторые другие конденсаторы (тест был также двойной слепой).

К73-16 vs Jantzen Superior . На вопрос, «какой из них вы бы использовали для себя?» все единогласно ответили: 1-й (второй звучит звонче, а первый глуше, но натуральнее).

К73-16 vs Jensen (бумага, масло, фольга из алюминия). 60% выбрали первый, 40% – второй.

К73-16 vs MultiCap фольговый . На тот же вопрос все, кроме одного человека ответили «без разницы (разница мизерная)», один человек предпочел К73-16.

Осталось ответить на последний вопрос: насколько условия прослушивания отвечали современным требованиям к их организации? Аппаратура была очень высокого качества, помещение достаточно подготовленное для аудиотестов. В том же, что касается таких аспектов организации экспертизы как отбор экспертов и тестовых фонограмм, а также количество прослушиваний, то тут, конечно, с профессиональной точки зрения далеко не все было безупречно, что вполне объяснимо.

Кроме того, в сторону организаторов были сделаны упреки, что количество экспертов было слишком велико и это «размыло картину теста». Обратимся к [11]: «учитывая, что разброс в оценках у опытных экспертов гораздо меньше, для того, чтобы получить статистически значимые субъективные оценки аппаратуры, можно приглашать небольшое количество экспертов (5…6 человек, как требует стандарт МЭК), в то же время при использовании в качестве экспертов неопытных и неквалифицированных слушателей требуется большое количество экспертопоказаний, поэтому, когда в журналах помещают мнение одного автора, то это не имеет отношения к технике». Таким образом, полученные результаты заслуживают гораздо большего доверия, чем многие публикации о «явно слышимых преимуществах аудиофильских конденсаторов».

Выводы .

1. Аудиофильский миф о том, что дорогие специализированные аудиоконденсаторы «звучат хорошо», а обычные дешевые, и в особенности отечественные, всегда «звучат плохо» не имеет под собой объективных оснований и не подтвердился субъективной экспертизой.

К реальным преимуществам специализированных аудиоконденсаторов можно отнести более предсказуемое качество изготовления и иногда меньший допуск на величину номинальной емкости. Остальные преимущества носят рекламный характер. Часто упоминаемый в аудиопрессе высокий уровень акустической развязки, исключающий возникновение микрофонного эффекта, имеет и целый ряд конденсаторов общего назначения, не использующих ни экзотических материалов, ни дорогостоящих конструктивных решений.

2. Не нашло своего подтверждения мнение, что полиэтилентерефталат (лавсан, полиэстер, майлар) как диэлектрик «противопоказан хорошему звуку». Можно с уверенностью утверждать, что отечественные лавсановые конденсаторы не хуже по звучанию гораздо более дорогих специализированных аудиоконденсаторов, поскольку при субъективной экспертизе вообще никто из достаточно подготовленных слушателей не отнес их к «плохо звучащим».

Отечественные лавсановые конденсаторы К73-16, продемонстрировавшие отличные результаты, как при объективных измерениях, так и при субъективной экспертизе, можно смело рекомендовать в качестве недорогой и качественной альтернативы специализированным аудиоконденсаторам. В то же время популярные конденсаторы К73-17, имеющие в целом аналогичные электрические характеристики, но отличающиеся по конструкции, перед использованием желательно дополнительно контролировать, поскольку их конструкция не гарантирует должного качества изготовления.

3. Результаты проведенной субъективной экспертизы не означают ни то, что К73-16 – самые лучшие конденсаторы, ни то, что любые конденсаторы «звучат» одинаково, а лишь в очередной раз подтверждают очевидный факт: слышимые отличия определяются объективными параметрами. В данном случае различия характеристик конденсаторов тестировавшихся типов (полипропиленовые, лавсановые и масляно-бумажные) могут вызывать лишь очень незначительную разницу, лежащую для подавляющего большинства слушателей около порога слышимости. Те же, кто в состоянии эти различия услышать, в конкретной аудиосистеме могут отдать предпочтение любому из рассмотренных выше типов конденсаторов.

Авторы выражают благодарность всем членам форума Vegalab.ru, как непосредственно участвовавшим в подготовке и проведении субъективного тестирования, так и обсуждавшим его результаты на страницах форума. Особую благодарность авторы выражают известному разработчику акустических систем Георгию Крылову, без решающего участия которого подобное мероприятие не смогло бы состояться.

Фото - Луханин Виктор Владимирович.

Литература

1. http://www.salonav.com/arch/2006/11/088-089.html

2. http://www.humblehomemadehifi.com/Cap.html

3. http://www.zaphaudio.com/aboutme.html

4. Конденсаторы. Руководство по применению. ОСТ 11 0518-87.

5. Каталог компании Vishay «Film capacitors».

6. J. Curl, W. Jung «A real-time signal test for capacitor quality» The Audio Amateur 4/85, p.22-24

7. [url=http://www.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html]http://www.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html[/url]

8. J. Smith «Capacitance Change with Applied Voltage; or "when is a 0.1uF capacitor not a 0.1uF capacitor» http://www.cliftonlaboratories.com/capacitor_voltage_change.htm

9. Do Passive Components Degrade Audio Quality in Your Portable Device? http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3171.pdf

10. Сравнение: конденсаторы для усилителей . http://www.electroclub.info/other/conders1.htm

11. И. Алдошина, Субъективная оценка акустических систем. «Звукорежиссер» №9, 2003 г , http://rus.625net.ru/audioproducer/2003/09/aldo.htm

Раздел: [Динамики] Сохрани статью в: Оставь свой комментарий или вопрос:

www.cavr.ru

Конденсаторы [Амперка / Вики]

Конденсатор (capacitor, cap) — это маленький «аккумулятор», который быстро заряжается при наличии напряжения вокруг него и быстро разряжается обратно, когда напряжения недостаточно для удержания заряда.

Основной характеристикой конденсатора является ёмкость. Она обозначается символом C, единица её измерения — Фарад. Чем больше ёмкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор при заданном напряжении. Также чем больше ёмкость, тем меньше скорость зарядки и разрядки.

Типичные значения, применяемые в микроэлектронике: от десятков пикофарад (pF, пФ = 0.000000000001 Ф) до десятков микрофарад (μF, мкФ = 0.000001). Самые распростронённые типы конденсаторов: керамический и электролитический. Керамические меньше по размеру и обычно имеют ёмкость до 1 мкФ; им всё равно какой из контактов будет подключен к плюсу, а какой — к минусу. Электролитические конденсаторы имеют ёмкости от 100 пФ и они полярны: к плюсу должен быть подключен конкретный контакт. Ножка, соответствующая плюсу, делается длинее.

Конденсатор представляет собой две пластины, разделённые слоем диэлектрика. Пластины скапливают заряд: одна положительный, другая отрицательный; тем самым внутри создаётся напряжение. Изолирующий диэлектрик не даёт внутреннему напряжению превратиться во внутренний ток, который бы уравнял пластины.

Зарядка и разрядка

Рассмотрим такую схему:

Пока переключатель находится в положении 1, на конденсаторе создаётся напряжение — он заряжается. Заряд Q на пластине в определённый момент времени расчитывается по формуле:

C — ёмкость, e — экспонента (константа ≈ 2.71828), t — время с момента начала зарядки. Заряд на второй пластине по значению всегда точно такой же, но с противоположным знаком. Если резистор R убрать, останется лишь небольшое сопротивление проводов (оно и станет значением R) и зарядка будет происходить очень быстро.

Изобразив функцию на графике, получим такую картину:

Как видно, заряд растёт не равномерно, а обратно-экспоненциально. Это связанно с тем, что по мере того, как заряд копится, он создаёт всё большее и большее обратное напряжение Vc, которое «сопротивляется» Vin.

Заканчивается всё тем, что Vc становится равным по значению Vin и ток перестаёт течь вовсе. В этот момент говорят, что конденсатор достиг точки насыщения (equilibrium). Заряд при этом достигает максимума.

Вспомнив Закон Ома, мы можем изобразить зависимость силы тока в нашей цепи при зарядке конденсатора.

Теперь, когда система находится в равновесии, поставим переключатель в положение 2.

На пластинах конденсатора заряды противоположных знаков, они создают напряжение — появляется ток через нагрузку (Load). Ток пойдёт в противоположном направлении, если сравнивать с направлением источника питания. Разрядка тоже будет происходить наоборот: сначала заряд будет теряться быстро, затем, с падением напряжения создаваемого им же, всё медленее и медленее. Если за Q0 обозначить заряд, который был на конденсаторе изначально, то:

Эти величины на графике выглядят следующим образом:

Опять же, через некоторое время система придёт в состояние покоя: весь заряд потеряется, напряжение исчезнет, течение тока прекратится.

Если снова воспользоваться переключателем, всё начнётся по кругу. Таким образом конденсатор ничего не делает кроме как размыкает цепь когда напряжение постоянно; и «работает», когда напряжение резко меняется. Это его свойство и определяет когда и как он применяется на практике.

Применение на практике

Среди наиболее распространённых в микроэлектронике можно выделить такие шаблоны:

  1. Резервный конденсатор (bypass cap) — для уменьшения ряби напряжения питания

  2. Фильтрующий конденсатор (filter cap) — для разделения постоянной и изменяющейся составляющих напряжения, для выделения сигнала

Резервный конденсатор

Многие схемы расчитаны на получение постоянного, стабильного питания. Например 5 В. Их им поставляет источник питания. Но идеальных систем не существует и в случае резкого изменения потребления тока устройством, например когда включается компонент, источник питания не успевает «отреагировать» моментально и происходит кратковременный спад напряжения. Кроме того, в случаях когда провод от источника питания до схемы достаточно длинный, он начинает работать как антенна и тоже вносить нежелательный шум в уровень напряжения.

Обычно отклонение от идеального напряжения не превышает тысячной доли вольта и это являние абсолютно незначительно, если речь идёт о питании, например, светодиодов или электродвигателя. Но в логических цепях, где переключение логического нуля и логической единицы происходит на основе изменения малых напряжений, шумы питания могут быть ошибочно приняты за сигнал, что приведёт к неверному переключению, которое по принципу домино поставит систему в непредсказуемое состояние.

Для предотвращения таких сбоев, непосредственно перед схемой ставят резервный конденсатор

В моменты, когда напряжение полное, конденсатор заряжается до насыщения и становится запасом резервного заряда. Как только уровень напряжения на линии падает, резервный конденсатор выступает в роли быстрой батарейки, отдавая накопленный ранее заряд, чтобы заполнить пробел пока ситуация не нормализуется. Такая помощь основному источнику питания происходит огромное количество раз ежесекундно.

Если рассуждать с другой точки зрения: конденсатор выделяет из постоянного напряжения переменную составляющую и пропуская её через себя, уводит её с линии питания в землю. Именно поэтому резервный конденсатор также называют «bypass capacitor».

В итоге, сглаженное напряжение выглядит так:

Типичный конденсаторы, который используется для этих целей — керамические, номиналом 10 или 100 нФ. Большие электролитические слабо подходят на эту роль, т.к. они медленее и не смогут быстро отдавать свой заряд в этих условиях, где шум обладает высокой частотой.

В одном устройстве резервные конденсаторы могут присутствовать во множестве мест: перед каждой схемой, представляющей собой самостоятельную единицу. Так, например, на Arduino уже есть резервные конденсаторы, которые обеспечивают стабильную работу процессора, но перед питанием подключаемого к нему LCD экрана должен быть установлен свой собственный.

Фильтрующий конденсатор

Фильтрующий конденсатор используется для снятия сигнала с сенсора, который передаёт его в форме изменяющегося напряжения. Примерами таких сенсоров являеются микрофон или активная Wi-Fi антенна.

Рассмотрим схему подключения электретного микрофона. Электретный микрофон — самый распространённый и повсеместный: именно такой применяется в мобильных телефонах, в компьютерных аксессуарах, системах громкой связи.

Для своей работы микрофон требует питания. В состоянии тишины, его сопротивление велико и составляет десятки килоом. Когда на него воздействует звук, затвор встроенного внутри полевого транзистора открывается и микрофон теряет внутреннее сопротивление. Потеря и восстановление сопротивления происходит много раз ежесекундно и соответствует фазе звуковой волны.

На выходе нам интересно напряжение только в те моменты, когда звук есть. Если бы не было конденсатора C, на выход всегда бы дополнительно воздействовало постоянное напряжение питания. C блокирует эту постоянную составляющую и пропускает только отклонения, которые и соответствуют звуку.

Слышимый звук, который нам и интересен, находится низкочастотном диапазоне: 20 Гц - 20 кГц. Чтобы выделить из напряжения именно сигнал звука, а не высокочастотные шумы питания, в качестве C используется медленный электролитический конденсатор номиналом 10 мкФ. Если был бы использован быстрый конденсатор, например, на 10 нФ, на выход прошли бы сигналы, не связанные со звуком.

Обратите внимание, что выходной сигнал поставляется в виде отрицательного напряжения. То есть при соединении выхода с землёй, ток потечёт из земли к выходу. Пиковые значения напряжения в случае с микрофоном составляют десятки милливольт. Чтобы перевернуть напряжение обратно и увеличить его значение, выход Vout обычно подключают к операционному уселителю.

Соединение конденсаторов

Если сравнивать с соединением резисторов, расчёт итогового номинала конденсаторов выглядит наоборот.

При параллельном соединении суммарная ёмкость суммируется:

При последовательном соединении, итоговая ёмкость расчитывается по формуле:

Если конденсатора всего два, то при последовательном соединении:

В частном случае двух одинаховых конденсаторов суммарная ёмкость последовательного соединения равна половине ёмкости каждого.

Предельные характеристики

В документации на каждый конденсатор указано максимальное допустимое напряжение. Его превышение может привести к пробою диэлектрика и взрыву конденсатора. Для электролитических конденсаторов обязательно должна быть соблюдена полярность. В противном случае либо вытечет электролит, либо опять же будет взрыв.

wiki.amperka.ru

О конденсаторах vol.3 / workshop / Jablog.Ru

Несколько слов о базовых параметрах конденсатора, определяющих его влияние на сигнал. Читай — НА ТВОЙ САУНД!

Обстоятельно изучив предыдущую статью, нашел что ни одного слова не сказано об устройстве и параметрах конденсатора. А ведь многие из нас или уже забыли школьный курс физики, или прогуляли или вовсе столь любознательны, что он у них еще не начался по школьной программе (( а может и не начнётся — не знаю что теперь там происходит, в этой школе).

К делу! И так, дорогой читатель для начала предлагаю найти конденсатор. Нашел? Теперь расковыряй его, дружок. Что ты видишь?

Вариантов не так много:1) Керамический конденсатор — ты увидишь 2 металлические пластины с малюсенькой прослойкой этой самой керамики (т.е. практически глины, специального состава). Сверху он был покрыт защитным слоем. Керамические конденсаторы не дороги и практичны. Звук? А это как с фломастерами — каждый на вкус и цвет разный. (Читай предыдущую статью)

2) Плёночный конденсатор — тут твоему взору, скорее всего, предстанет фольга с прослойкой плёнки. Этот вид конденсаторов наиболее распространён в гитарах. Да и не только гитарах. Видов плёночных конденсаторов множество — разных составов и форм. Сверху они также покрыты защитным слоем. Этот вид конденсаторов дороже керамических. Насколько? Зависит от состава (т.е. материалов) и параметров конденсатора. Дороже может быть от 2 до 100 раз.

3)Бумажно-масляный конденсатор. Поздравляю, ты разобрал самый культовый из всех конденсаторов! :)) Эти конденсаторы представляют частный вид плёночных. Фольга в них используется в качестве обкладок, диэлектрик — бумага, пропитанная маслом. Имеют основной недостаток — старение. Т.к. масло испаряется и бумага (т.е. диэлектрик) меняет свои свойства. Эти конденсаторы применяют также при производстве ламповых усилителей (раньше — за неимением других, сейчас — в силу культовости, стараясь сделать под винтаж).

Возвратимся к плёночным конденсаторам в целом! — в них бумага, пропитанная маслом, заменена на плёнку из полимеров и различных других материалов. Они лишены недостатков бумажных, топовые модели применяются в производстве Hi-end аппаратуры.

Да! А еще ты скорее всего обратил внимание на надписи, которые были на конденсаторе. Например: .022 50V Таким образом производитель показывает параметры своих изделий. Первый — емкость. Второй — максимальное напряжение.

Емкость — параметр, влияющий на частоту среза. Чем больше емкость тем ниже частота среза. Т.е. грубо говоря — чем больше это значение, тем меньше высоких частот будет в сигнале на выходе (если тон включен).

Вот таблица емкостей конденсаторов и их обозначений:

Остались вопросы?

Почему на Fender, как правило 0,022 мкФ (микро Фарада)? Потому-что ВЧ у синглов больше, соответственно меньшей емкостью можно срезать эти ВЧ так, чтобы было заметно.

А почему на Gibson 0,047 мкФ (микро Фарада)? А потому-что резонанс и ВЧ составляющая меньше на хамбакерах. И не всегда, установив конденсатор в 0,022 мкФ вы сможете заметить, что ручка тона есть. А 0,047 мкФ — нормально, уже заметно срезает.

А можно ли поставить конденсатор еще большей емкости? Можно. Срез ВЧ будет еще больше.

А как же напряжение? Напряжение — для гитарного темброблока, особенно с пассивной электроникой, фактор второстепенный. Т.к. напряжения в этих цепях значительно меньше максимального значения. _____________________________________________________________

Для более дотошных хочу добавить еще несколько слов.

Теперь обратим свой взор на общее устройство: Любой конденсатор — это 2 металлические пластины, разделённые диэлектриком, который не проводит электрический ток. Принцип — с одной и с другой стороны диэлектрика, на пластинах скапливаются противоположные заряды, создавая разность потенциалов (т.е. количества носителей заряда) между обкладками. Свойство накапливать заряд называют — емкостью. Чем длиннее пластины и меньше расстояние — тем больше зарядов конденсатор может накопить, тем больше емкость (Вспоминаем формулу!).

Далее: Материал — важный фактор. Т.к. заряды в конденсаторе между собой взаимодействуют посредством электрического поля, это электрическое поле между обкладками в свою очередь зависит от материала. От материалов и расстояния также зависит и максимальное напряжение, которое конденсатор может выдержать.

Третье — активное сопротивление конденсатора (т.е. зависящее от частоты сигнала): Где C — это емкость в фарадах (да, нужно будет не забыть перевести), W — угловая частота. W=2пF п=3,14, F — это частота сигнала в герцах. Теперь, зная емкость конденсаторы, вы можете посчитать — какое сопротивление он оказывает для каждой конкретной частоты.

Теперь — всё! Спасибо за внимание!

Труфанов КириллГИТАРА И БАС (технический инфо-портал)

P.S. Вот еще статьи на эту тему: О схеме темброблока и как конденсатор включён в неё:jablog.ru/blog/workshop/2782.html О видах и фирмах конденсаторов на брендовых инструментах:jablog.ru/blog/workshop/2572.html

jablog.ru

F.A.Q. Про конденсаторы для пищалок. — Сообщество «Автозвук» на DRIVE2

Всем привет! В этой записи, я решил поднять насущную и актуальную для многих новичков тему. Попробуем в ней разобраться, вникнуть в нее, сделать выводы и сформулировать советы. Поехали!

Речь идет о выборе конденсаторов для рупорных пищалок. Именно так ставят вопрос все новички. Мы с вами шаристые перцы и тертые калачи :D по этому перефразируем это грамотнее. Подбор пассивного фильтра высоких частот первого порядка для рупорных пищалок.

Сперва давайте вспомним, чо это за фигня, для чего нужна и как работает?Кроссоверы (фильтры) нам нужны для того, чтобы отрезать лишние диапазоны частот звука от динамика, отдав ему необходимую для его нормальной работы полосу.С сабами в этом плане страшного ничего нет. Даже если дать сабу всю полосу, то с ним ничего не случится. Зато когда мы говорим о пищалках любой конструкции, то для них кроссовер определит их жизнь, звук и долговечность.

Второй момент, который важно понимать: любой кроссовер НЕ ОБРЕЗАЕТ частоты резко. Если ваш фильтр высоких частот настроен, допустим, на 3килогерца это не значит, что динамик резко замолчит ниже трех. Динамик будет петь и 2 и 1кгц и 500гц и даже 20!Весь вопрос в том, какой мощности сигнал придет к динамику на этих частотах и насколько сильно и быстро будет падать уровень громкости за пределами настройки кроссовера.Этот момент определяется порядком среза кроссовера. 1й, порядок (6дб/окт) ,2й (12дб/окт) и т.д. Что значат эти дБ/окт?Ну с Дб ваопросов не возникает. Дб-децибелы определяют уровень громкости (точнее уровень звукового давления, но пофиг :D суть не в этом) а окт. – это октава. Октава это…(бэллллин как бы попроще завернуть :D) Октава это диапазон частот располагающийся либо до вдвое большей частоты от текущей либо вдвое меньшей. Не понятно кароче один хрен. :D:DОбъясню на примере:Допустим у нас есть фильтр высоких частот 1го порядка на 1килогерц(1000гц). Такой фильтр пропускает к пищалке высокие частоты и режет низы. Так вот фильтр первого порядка (6дб/окт) это значит, что ниже 1килогерца звук не пропадет, но громкость звука станет падать.Если допустим у нас динамик пел с громкостью 100децибелл на 1килогерце, то ниже настройки фильтра на одну октаву (1000гц/2=500гц) на 500герцах динамик будет петь на 6 децибел тише. А еще на октаву ниже (500/2=250гц) уже на 12 децибелл тише, на 125гц на 18 дб тише и на 63гц на 24 дб тише и так далее.Если бы мы резали динамик на той же частоте но 2м порядком (12дб/окт) то на 500гц мы бы потеряли 12дб, на 250гц 24 дб, на 125гц 36дб а на 63гц 48дб.Таким макаром можно просчитать любой порядок фильтра на разных частотах.

Пример, конечно, чрезвычайно упрощенный и грубый. Скорость и равномерность затухания будет зависеть еще от 100500 факторов, но в принципе пример нужную нам суть отражает. Именно потому, что пищалка всегда будет петь и ниже частоты среза, крайне не рекомендуется делать срез вблизи их резонансной частоты ниже которой им работать становится крайне трудно. Это в лучшем случае снизит ее громкость в разы (вы просто не сможете навалить громкость на всю без искажений). В худшем пищалка умрет. Усвоили этот факт и поехали дальше. Там еще все муторнее и непонятнее :D.

Следующий важный аспект этого дела напроч разровняли в умах новичков таблички вот такого рода в интернете:

Собственно таблички верные.были бы… если б не один нюанс. не бывает динамиков 4ом, или 2 ом, или 8 ом. И не было никогда. ))

То что указано на динамике это не его сопротивление, это импеданс во первых, во вторых это МИНИМАЛЬНЫЙ импеданс который может иметь динамик при работе.Этот критерий очень важен для стабильной работы усилителя без перегрузки. Но это вовсе не значит, что импеданс не может быть выше при работе динамика. Я больше скажу, он выше практически всегда, весь вопрос на сколько выше и когда. (кстати можете померять мультиметром ваши 4х омные динамики. Там всегда будет меньше чуть 4х Ом. 3.7-3.8ом именно потому что указан импеданс а вы измеряете сопротивление)) ). Так вот импеданс динамика при воспроизведении звука зависит от кучи факторов, начиная от конструкции самого дина и заканчивая оформлением динамиков ( а ведь рупорная пищалка это пищалка в офромлении РУПОР) и частоты. Вот последний фактор нам особенно интересен, когда мы говорим о вч.Если, допустим, взять две четырехомные пищалки и измерить их импеданс скажем на 5 килогерцах то запросто может получиться что у одной пищалки на этой частоте импеданс 5ом а у другой 7. Потом согласно таблице выше, пытаемся их порезать на 5 килогерц кондером на 8 микрофарад. В итоге у нас первая порежется на 4килогерца, а вторая с этим же кондером порежется уже на 3килогерцах! Соответственно первая просто будет валить говнозвук, вторая начнет подгорать.Для примера вот вам график зависимости импеданса системы от частоты (Z характеристика) для компонентной акустики:

И вот табличка экспериментальных замеров нашего одноклубника:

А ВОТ и сама тема с замерами.

Какой вывод можно из этого сделать? А вот такой:Если читать все таблички подряд и не пользоваться головой то говнозвук и паленое железо это ваше уверенное будущее.

Реально узнать частоту среза конденсатором и грамотно осуществить его подбор можно только имея на руках график зависимости импеданса от частоты для ваших динамиков либо сделать его самому в ваших условиях методом измерения.

Другой вопрос, что никому это нафиг не надо и всем гораздо проще не думая вкрячить кондер чтоб долбило по громче. Подавляющее большинство сторонники именно такого подхода, по этому давайте разберемся как в этом случае не накосячить и не запороть все.

Во первых нам нужны НЕПОЛЯРНЫЕ конденсаторы. Обычно они имеют вот такой вид или похожий:

Вот такие электролитические кондеры использовать крайне не рекомендуется.

Их отличие от первых в том, что они имеют полярность и работают адекватно в постоянном токе. Те что выше работают одинаково хорошо как в переменном так и в постоянном ( а мы имеем дело именно с переменным)) ). Китайцы очень любят ставить электролиты в дешевых системах отрезая ими пищалку. Отсюда вам бесплатный совет: просто заменив в своей дешевой акустике электролит на неполярный конденсатор той же емкости, вы можете сделать звук приятнее и инетреснее )).

Стоят неполярные кондеры копейки. И тут снова вам совет. Барыги щас часто предлагают купить у них вместе с рупорными пищалками кондеры «спецом для звука и для этих пищей». У некоторых продавцов они стоят также копейки а у некоторых цена кондера подрастает в разы! Возможно есть смысл воспользоваться их советом и услугами если вы не заморачиваетесь на таких тонкостях.Остальным очень рекомендую заглянуть в радиомагазины и закупиться конденсаторами там. За те деньги, что вы у некоторых барыг бы отдали за пару, сможете набрать несколько пар кондеров в магазине. Более того, скажу, что именно так и нужно поступать в любом случае при постройке системы.Очень рекомендую вам выписать из таблички выше номиналы всех рекомендуемых кондеров и купить каждого по паре.Когда дело дойдет до настройке пищалок, вы подбором сможете на слух добиться нужного звука и при этом пищалки не будут перегружаться на высокой громкости.Их перегруз, кстати, хорошо слышен. Пищалки начинают сильно песочить в уши, похрипывать и делать голоса неестественными. Я думаю многие читатели уже слышали такое у чотких пацанчиков с района.

Начинать подбор нужно ОТ МЕНЬШЕГО НОМИНАЛА КОНДЕСАТОРОВ К БОЛЬШЕМУ. Чем больше емкость конденсатора тем ниже он порежет вашу пищалку.

Номинал емкости конденсатора указан всегда на его корпусе, но иногда это сделано мудреным алгоритмом. Описывать я его не буду, он вам нафиг не нужен. Просто порекомендую попросить продавца в магазине разложить кондеры по разным кулечкам и подписать каждый.

Касаемо допустимого напряжения работы конденсаторов, то тут можно не париться. У неполярных кондеров напряжение допустимое измеряется порядкоми сотен вольт, и в вашей пищалке он будет работать с конским запасом по напряжению. )

Вот собственно и все что я хотел рассказать о конденсаторах для пищалок.Остается упомянуть, что конденсатор необходимо устанавливать как можно ближе к пищалке. В идеале прям к кдемме подпаивать. При этом абсолютно не важно на какой из клемм будет висеть кондер. Хотя если начали вешать кондер на плюсовую клемму то вешайте на плюсовые и на всех остальных пищах.

На этом пока все. ВСЕМ УДАЧИ И ПРАВИЛЬНЫХ СРЕЗОВ))

З.Ы. готовимся к соревам )) Воскресенье близко)

www.drive2.ru


Смотрите также