Kondenzatori (CAP) su važne komponente u audio sistemima. Imaju različit napon, struju i faktore oblika. Kako bi odabrali koji kondenzatori su najbolji za zvuk, moderatori moraju razumjeti sve CAP parametre. Integritet audio signala u velikoj mjeri ovisi o izboru kondenzatora. Stoga, prilikom odabira pravog uređaja, moraju se uzeti u obzir svi važni faktori.
Audio CAP parametri su posebno optimizovani za aplikacije visokih performansi i nude efikasnije audio kanale od standardnih komponenti. Tipovi kondenzatora koji se obično koriste u audio kanalima su aluminijski elektrolitički i filmski CAP-ovi, a koji kondenzatori su najbolji za zvuk u određenim uvjetima ovisi o strujnim krugovima i uređajima koji se koriste: zvučnici, CD i svirači muzičkih instrumenata, bas gitare iostali.
Istorija zvučnog kondenzatora
Kondenzator je jedna od najstarijih elektronskih komponenti. Električni provodnici su otkriveni 1729. Godine 1745. njemački izumitelj Ewald Georg von Kleist otkrio je brod u Leidenu koji je postao prvi CAP. Fizičar Pieter van Müssenbrook, fizičar sa Univerziteta u Leidenu, sam je otkrio Leidensku teglu 1746.
Trenutno je Leidenska tegla staklena posuda prekrivena metalnom folijom iznutra i izvana. CAP služi kao sredstvo za skladištenje električne energije, a koji kondenzatori su najbolji za zvuk zavisiće od kapacitivnosti, jer što je ova brojka veća, to će više struje pohraniti. Kapacitet zavisi od veličine suprotnih ploča, udaljenosti između ploča i prirode izolatora između njih.
Kondenzatori koji se koriste u audio pojačivačima dolaze u nekoliko tipova, kao što je uobičajeni CAP sa metalnom folijom za obje ploče i impregniranim papirom između njih. Metalizirani papirni (MP) kondenzatori, koji se nazivaju i uljani papir CAP i metalizirani papirni jednoslojni kondenzatori (MBGO) za audio, koji se koriste u AC, DC i impulsnim kolima.
Kasnije, mylar (poliester) i drugi sintetički izolatori postali su češći. Šezdesetih godina prošlog stoljeća metalni CAP sa mylarom postao je vrlo popularan. Dvije prednosti ovih uređaja su njihova manja veličina i činjenica da su samoizlječivi. Danas su ovo najbolji kondenzatori za zvuk, koriste se u gotovo svakom elektroničkom uređaju. Zbog velikog obima trgovine i proizvodnje ovih tipova kondenzatora, oni su prilično jeftini.
Drugi tip CAP-a je elektrolitički sa posebnim dizajnom sa pretežno visokim i vrlo visokim vrijednostima u rasponu od 1 uF do nekoliko desetina hiljada uF. Uglavnom se koriste za razdvajanje ili filtriranje u napajanju. Najčešći u dizajnu pojačala su metalizirani Mylar ili poliesterski kondenzatori (MKT). Kvalitetnija pojačala uglavnom koriste metalizirani polipropilen (MPP).
Tehnologija komponenti
CAP tehnologija u velikoj meri određuje karakteristike uređaja, a koji kondenzatori su najbolji za zvuk zavisi od klase opreme. Vrhunski proizvodi imaju uske tolerancije i skuplji su od kondenzatora opće namjene. Osim toga, takvi visokokvalitetni CAP-ovi mogu se ponovno koristiti. Visokokvalitetni audio sistemi zahtijevaju visokokvalitetne CAP-ove za isporuku vrhunske kvalitete zvuka.
Performanse, odnosno kako kondenzatori utiču na zvuk, mnogo zavise od toga kako su zalemljeni na PCB. Lemljenje napreže pasivne komponente, što može uzrokovati piezoelektrična naprezanja i pucanje površinski montiranih CAP-ova. Prilikom lemljenja kondenzatora morate koristiti ispravan redoslijed lemljenja i slijediti preporukeprofil.
Svi mylar audio kondenzatori su nepolarizovani, što znači da ne moraju biti označeni kao pozitivni ili negativni. Njihova povezanost u lancu nije bitna. Poželjni su u audio krugovima visokog kvaliteta zbog njihovog malog gubitka i smanjene distorzije kada veličina proizvoda dozvoljava.
MKC metalizirani polikarbonatni tip se gotovo više ne koristi. Poznato je da se tipovi ERO MKC još uvijek koriste jer imaju uravnotežen muzički zvuk sa vrlo malo obojenosti. MKP tipovi imaju svjetliji zvuk kao i širi opseg zvuka.
Malo poznata vrsta MKV kondenzatora je metalizirani polipropilenski CAP u ulju. To je najbolji kondenzator za audio jer ima moćnije karakteristike od metaliziranog papira premazanog uljem.
Kvaliteta pasivnih elemenata
Kondenzatori, posebno kada su na liniji izlaznog signala, u velikoj meri utiču na kvalitet zvuka audio sistema.
Postoji nekoliko faktora koji određuju kvalitet CAP-a, bez sumnje veoma važni za audio:
- Tolerancija i stvarni kapacitet potrebni za upotrebu u filterima.
- Kapacitivnost u odnosu na frekvenciju, tako da 1 mikrofarad na 1000 Hz ne znači 1 mikrofarad na 20 kHz.
- Unutarnji otpor (ESR).
- Struja curenja.
- Starenje je faktor koji će se vremenom razvijati za bilo koji proizvod.
Najbolji izbor kondenzatorskih aplikacija zavisi od primene u kolu i potrebnog kapaciteta:
- Raspon od 1 pF do 1 nF - upravljačka i povratna kola. Ovaj raspon se uglavnom koristi za eliminaciju visokofrekventne buke na audio kanalu ili za povratne informacije kao što je pojačalni most Quad 606. SGM kondenzator u zvuku je najbolji izbor u ovom opsegu. Ima vrlo dobru toleranciju (do 1%) i vrlo nisku distorziju i šum, ali prilično skup. ISS ili MCP je dobra alternativa. Keramičke CAP-ove treba izbjegavati na signalnoj liniji jer mogu uzrokovati dodatnu nelinearnu distorziju do 1%.
- Od 1 nF do 1 uF - spajanje, razdvajanje i suzbijanje vibracija. Najčešće se koriste u audio sistemima, kao i između stupnjeva gdje postoji razlika u DC nivou, eliminaciji vibracija i u krugovima povratne sprege. Obično će se filmski kondenzatori koristiti u ovom rasponu do 4,7 mikrofarada. Najbolji izbor kondenzatora za zvuk i audio je polistiren (MKS), polipropilen (MKP). Polietilen (MKT) je jeftinija alternativa.
- 1 F i više - napajanja, izlazni kondenzatori, filteri, izolacija. Prednost je vrlo visoka kapacitivnost (do 1 farad). Ali postoji nekoliko nedostataka. Elektrolitički CAP podložni su starenju i sušenju. Nakon 10 godina ili više, ulje se isušuje i mijenjaju se važni faktori kao što je ESR. Oni su polarizirani i moraju se mijenjati svakih 10 godina ili će negativno utjecati na zvuk. Prilikom projektovanja spojnog kola elektrolita naProblemi sa signalnom linijom se često mogu izbjeći ponovnim izračunavanjem vremenske konstante (RxC) za nisku kapacitivnost ispod 1 mikrofarada. Ovo će pomoći da se utvrdi koji su elektrolitički kondenzatori najbolji za zvuk. Ako to nije moguće, važno je da je elektrolit manji od 1V DC i da se koristi visokokvalitetan CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Odabirom najboljeg rješenja za svaki program, programer može postići najbolji kvalitet zvuka. Ulaganje u visokokvalitetne CAP-ove ima pozitivan učinak na kvalitet zvuka više od bilo koje druge komponente.
Testiranje CAP elemenata za aplikacije
Postoji opšte razumevanje da različiti CAP-ovi mogu promeniti kvalitet zvuka audio aplikacija pod različitim uslovima. Koje kondenzatore instalirati, u kojim krugovima i pod kojim uvjetima - ostaju teme o kojima se najviše raspravlja među stručnjacima. Zato je bolje ne izmišljati točak u ovoj složenoj temi, već koristiti rezultate provjerenih testova. Neki audio krugovi imaju tendenciju da budu veoma veliki, a kontaminacija u audio okruženjima kao što su uzemljenje i šasija može biti veliki problem kvaliteta. Preporučuje se da se testu doda nelinearnost i prirodna distorzija testiranjem ostataka mosta od nule.
| Dielectric | polistiren | polistiren | Polipropilen | Poliester | Silver-mica | Ceramic | Polycarb |
| Temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Nivo napona | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerancija % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Greška % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Rasipanje | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Apsorpcija | 0, 02% | 0, 02% | 0, 04% | 0, 23% | 0, 82% | 0, 34% | n / |
| DCR, 100 V | 3.00E + 13 | 2.00E + 15 | 3.50E + 14 | 9.50E +10 | 2.00E + 12 | 3.00E + 12 | n / |
| Faza, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Nativna rezolucija, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Most | nisko | nisko | veoma nisko | visoko | nisko | nisko | visoko |
Karakteristike modela
U idealnom slučaju, dizajner bi očekivao da kondenzator bude točno njegova projektna vrijednost, dok bi većina drugih parametara bila nula ili beskonačna. Glavna mjerenja kapacitivnosti ovdje nisu tako vidljiva jer su dijelovi obično unutar tolerancije. Svi filmski CAP-ovi imaju značajan temperaturni koeficijent. Stoga, kako bi se utvrdilo koji su filmski kondenzatori najbolji za zvuk, provodi se ispitivanje laboratorijskim instrumentima.
Koeficijent difuzije je koristan u procjeni efikasnosti elektrolitičkog napajanja. Ovaj efekat na zvučne performanse signalnih CAP-ova nije konzistentan i može biti prilično mali. Broj predstavlja unutrašnje gubitke i može se konvertovati u efektivni serijski otpor (ESR) ako se želi.
ESR nije konstantna vrijednost, ali ima tendenciju da bude toliko nizak u visokokvalitetnim kondenzatorima da nema mnogo utjecaja na performanse kola. Kada bi se izgradila visokokvalitetna rezonantna kola, onda bi to bila sasvim druga priča. Međutim, nizak faktor disipacije je obeležje dobrih dielektrika, što može poslužiti kao dobar trag u daljim istraživanjima.
Dielektrična apsorpcija može biti više zabrinjavajuća. Ovo je bio veliki problem sa ranim analognim računarima. Visoka dielektrična apsorpcija se može izbjeći, tako da audio kondenzatori od liskuna mogu pružiti RIAA mrežama vrlo dobar zvuk.
Mjerenja curenja istosmjerne struje ne bi trebala utjecati ni na što, jer otpor bilo kojeg signalnog kondenzatora treba biti vrlo visok. Sa višim dielektričnim materijalima, potrebna je manja površina i curenje je gotovo zanemarivo.
Za materijale sa nižom dielektričnom konstantom kao što je teflon, uprkos njegovoj osnovnoj visokoj otpornosti, možda će biti potrebnovelika površina. Tada curenje može biti uzrokovano najmanjom kontaminacijom ili nečistoćama. DC curenje je vjerovatno dobra kontrola kvaliteta, ali nema nikakve veze sa kvalitetom zvuka.
Neželjene parazitske komponente
Tranzistori, integrisana kola i druge aktivne komponente imaju značajan uticaj na kvalitet audio signala. Oni koriste struju iz izvora struje za promjenu karakteristika signala. Za razliku od aktivnih komponenti, idealne pasivne komponente ne troše energiju i ne bi trebale mijenjati signale.
U elektronskim kolima, otpornici, kondenzatori i induktori se zapravo ponašaju kao aktivne komponente i troše energiju. Zbog ovih lažnih efekata, oni mogu značajno promijeniti audio signale, a za poboljšanje kvaliteta potreban je pažljiv odabir komponenti. Sve veća potražnja za audio opremom sa boljim kvalitetom zvuka tjera CAP proizvođače da proizvode uređaje s boljim performansama. Kao rezultat toga, moderni kondenzatori za upotrebu u audio aplikacijama imaju bolje performanse i veći kvalitet zvuka.
Lažni CAP efekti u akustičnom kolu sastoje se od ekvivalentnog serijskog otpora (ESR), ekvivalentne serijske induktivnosti (ESL), serijskih izvora napona zbog Seebeck efekta i dielektrične apsorpcije (DA).
Tipično starenje, promjene radnih uvjeta i specifične karakteristike otežavaju ove neželjene parazitske komponente. Svaki parazitkomponenta utiče na performanse elektronskog kola na različite načine. Za početak, efekat otpora uzrokuje DC curenje. U pojačalima i drugim krugovima koji sadrže aktivne komponente, ovo curenje može dovesti do značajne promjene u prednaponu, što može utjecati na različite parametre, uključujući faktor kvalitete (Q).
Sposobnost kondenzatora da podnese talasanje i propušta signale visoke frekvencije zavisi od ESR komponente. Mali napon se stvara na mjestu gdje su dva različita metala povezana zbog fenomena poznatog kao Seebeckov efekat. Male baterije zbog ovih parazitskih termoparova mogu značajno uticati na performanse kola. Neki dielektrični materijali su piezoelektrični i buka koju dodaju kondenzatoru nastaje zbog male baterije unutar komponente. Osim toga, elektrolitički CAP imaju parazitske diode koje mogu uzrokovati promjene u pristranosti ili karakteristikama signala.
Parametri koji utiču na putanju signala
U elektronskim kolima, pasivne komponente se koriste za određivanje pojačanja, uspostavljanje DC blokiranja, suzbijanje buke napajanja i obezbeđivanje pristranosti. Jeftine komponente malih dimenzija se obično koriste u prijenosnim audio sistemima.
Performanse pravih polipropilenskih audio kondenzatora razlikuju se od idealnih komponenti u smislu ESR, ESL, dielektrične apsorpcije,struja curenja, piezoelektrična svojstva, temperaturni koeficijent, tolerancija i koeficijent napona. Iako je važno uzeti u obzir ove parametre prilikom dizajniranja CAP-a za upotrebu u putanji audio signala, dva koja imaju najveći uticaj na putanju signala se nazivaju faktor napona i inverzni piezoelektrični efekat.
I kondenzatori i otpornici pokazuju promjenu fizičkih karakteristika kako se mijenja primijenjeni napon. Ovaj fenomen se obično naziva faktorom stresa i varira u zavisnosti od hemije, dizajna i tipa CAP-a.
Obrnuti piezo efekat utiče na električnu snagu kondenzatora za pojačalo zvuka. U audio pojačalima, ova promjena električne vrijednosti komponente rezultira promjenom pojačanja ovisno o signalu. Ovaj nelinearni efekat dovodi do izobličenja zvuka. Reverzni piezoelektrični efekat uzrokuje značajno izobličenje zvuka na nižim frekvencijama i glavni je izvor faktora napona u keramičkim CAP-ovima klase II.
Napon primijenjen na CAP utiče na njegove performanse. U slučaju keramičkih CAP-ova klase II, kapacitivnost komponente se smanjuje kako se primjenjuje sve veći pozitivni istosmjerni napon. Ako se na njega dovede visoki izmjenični napon, kapacitivnost komponente se smanjuje na isti način. Međutim, kada se primeni nizak AC napon, kapacitivnost komponente ima tendenciju povećanja. Ove promjene u kapacitetu mogu značajno uticati na kvalitetaudio signali.
THD totalna harmonijska distorzija
THD audio kondenzatora zavisi od dielektričnog materijala komponente. Neki od njih mogu dati impresivne THD performanse, dok ih drugi mogu ozbiljno degradirati. Poliesterski kondenzatori i aluminijski elektrolitski kondenzatori su među CAP-ovima koji daju najniži THD. U slučaju dielektričnih materijala klase II, X7R nudi najbolje THD performanse.
CAP-ovi za upotrebu u audio opremi općenito se klasificiraju prema primjeni za koju se koriste. Tri aplikacije: signalni put, funkcionalni zadaci i aplikacije za podršku napona. Osiguravanje da se optimalni audio MKT kondenzator koristi u ova tri područja pomaže poboljšanju izlaznog tona i smanjenju audio izobličenja. Polipropilen ima nizak faktor raspršenja i pogodan je za sva tri područja. Dok svi CAP-ovi koji se koriste u audio sistemu utiču na kvalitet zvuka, komponente na putu signala imaju najveći uticaj.
Korišćenje visokokvalitetnih kondenzatora audio kvaliteta može značajno smanjiti degradaciju kvaliteta zvuka. Zbog svoje odlične linearnosti, filmski kondenzatori se obično koriste u audio putu. Ovi nepolarni audio kondenzatori su idealni za vrhunske audio aplikacije. Dielektrici koji se obično koriste u dizajnu filmskih kondenzatora sa kvalitetom zvuka zasignalne staze koriste poliester, polipropilen, polistiren i polifenilen sulfid.
CAP za upotrebu u pretpojačivačima, digitalno-analognim pretvaračima, analogno-digitalnim pretvaračima i sličnim aplikacijama zajedno su klasifikovani kao funkcionalni referentni kondenzatori. Iako ovi nepolarizirani audio kondenzatori nisu na putu signala, oni također mogu značajno pogoršati kvalitet audio signala.
Kondenzatori, koji se koriste za održavanje napona u audio opremi, imaju minimalan uticaj na audio signal. Bez obzira na to, potrebna je pažnja pri odabiru CAP-ova koji održavaju napon za vrhunsku opremu. Korišćenje komponenti optimizovanih za audio aplikacije pomaže u poboljšanju performansi audio kola.
Dielektrični blok od polistirenske ploče
Polistirenski kondenzatori se prave namotavanjem lamelarno-dielektričnog bloka, sličnog elektrolitičkom, ili polaganjem u uzastopnim slojevima, kao što je knjiga (presavijena film-folija). Uglavnom se koriste kao dielektrici u raznim plastičnim masama kao što su polipropilen (MKP), poliester/milar (MKT), polistiren, polikarbonat (MKC) ili teflon. Za ploče se koristi aluminijum visoke čistoće.
U zavisnosti od vrste korišćenog dielektrika, kondenzatori se proizvode u različitim veličinama i kapacitetima sa radnim naponom. Visok dielektrikSnaga poliestera omogućava izradu najboljih elektrolitičkih kondenzatora za zvuk malih dimenzija i po relativno niskoj cijeni za svakodnevnu upotrebu gdje nisu potrebni posebni kvaliteti. Kapaciteti dostupni od 1.000 pF do 4.7 mikrofarada pri radnim naponima do 1.000 V.
Faktor dielektričnog gubitka poliestera je relativno visok. Za audio, polipropilen ili polistiren mogu uvelike smanjiti dielektrične gubitke, ali ovdje treba napomenuti da su mnogo skuplji. Polistiren se koristi u filterima/crossoverima. Jedan nedostatak polistirenskih kondenzatora je niska tačka topljenja dielektrika. Zbog toga se polipropilenski audio kondenzatori obično razlikuju jedan od drugog, jer je dielektrik zaštićen odvajanjem lemnih vodova od tijela kondenzatora.
High Energy Density FIM Technology
Filmski CAP-ovi velike snage nude tri kategorije ovog tipa: TRAFIM (standardni i specijalni), FILFIM i PPX. FIM tehnologija je zasnovana na konceptu kontrolisanih svojstava samoizlječenja segmentiranih aluminijumskih metalizacijskih filmova.
Kapacitet je podeljen na nekoliko miliona elementarnih elemenata, kombinovanih i zaštićenih osiguračima. Slabi dielektrični elementi se izoluju, a prije probijanja osigurača, oštećeni elementi se izoluju, čime kondenzator nastavlja normalno raditi bez kratkog spoja ili eksplozije, kao što je slučaj sa elektrolitičkimkondenzatori za zvuk.
Pod povoljnim uslovima, očekivani životni vek za ovu vrstu CAP-a ne bi trebalo očekivati da prelazi 200.000 sati i MTBF 10.000.000 sati. Radeći kao baterija, ovi kondenzatori troše malu količinu kapaciteta zbog postepene degradacije pojedinačnih ćelija tokom vijeka trajanja komponente.
Serija TRAFIM i FILFIM nudi kontinuirano filtriranje za visoke napone/snage (do 1kV). Kapacitet varira:
- 610uF do 15625uF za standardni TRAFIM;
- 145uF do 15460uF za specijalni TRAFIM;
- 8.2uF do 475uF za FILFIM.
DC raspon napona je:
- 1.4KV do 4.2KV za standardni TRAFIM;
- 1,3kV do 5,3kV za personalizirani TRAFIM;
- i od 5,9 kV do 31,7 kV za FILFIM.
Kondenzatori serije PPX nude kompletan raspon mrežnih rješenja za suzbijanje GTO-a, kao i blokiranje CAP-ova, nudeći kapacitete od 0,19uF do 6,4uF. Opseg napona za PPX se kreće od 1600V do 7500V sa vrlo niskom samoinduktivnošću.
filmski kondenzatori za audio generalno imaju odlične performanse visoke frekvencije, ali to je često ugroženo njihovom velikom veličinom i dugom dužinom žice. Može se vidjeti da Panasonicov mali radijalni kondenzator ima mnogo veću samorezonanciju (9,7 MHz) od Audience (4,5 MHz). To nije zbog ugrađene teflonske kapice, već zato što je dugačka nekoliko inča.i ne može se pričvrstiti za tijelo. Ako su dizajneru potrebne performanse visoke frekvencije da bi održao stabilnost u poluvodičima velikog propusnog opsega, smanjite veličinu i dužinu žice na apsolutni minimum.
Performanse audio kola u velikoj meri zavise od pasivnih komponenti kao što su kondenzatori i otpornici. Stvarni CAP-ovi sadrže neželjene lažne komponente koje mogu značajno izobličiti karakteristike audio signala. Kondenzatori koji se koriste na putu signala u velikoj mjeri određuju kvalitet audio signala. Kao rezultat, potreban je pažljiv izbor CAP-a da bi se smanjila degradacija signala.
Audio grade kondenzatori su optimizirani da zadovolje potrebe današnjih visokokvalitetnih audio sistema. Kondenzatori od plastične folije za audio se koriste u visokokvalitetnim audio sistemima i imaju širok spektar primjena.
