Аудио конденсаторы что это
Аудио конденсаторы что это
Ах, эти пленочные конденсаторы. Многие, вероятно, наслышаны о них.
Исходя из разных диэлектрических свойств пленки, такие конденсаторы, в качестве разделительных в звуковых цепях, ведут себя несколько по-разному, что, так или иначе, сказывается на звуке. Никакие физические/электромеханические свойства диэлектрика мной не исследовались. Основная мысль статьи – провести некую классификацию пленочников и ближе познакомиться с ними.
Автор: yooree
Немного конструктива
Роль диэлектрика в таких конденсаторах выполняет полимерная пленка. В качестве электродов может использоваться фольга. Но технология здесь достаточно разнообразная.
Бывает, что пленку не укрывают слоем фольги, а металлизируют (тонким слоем металла) посредством вакуумного напыления. Даже возможен обратный вариант – полимерный порошок напыляют на фольгу. И даже существуют промежуточные варианты, когда в конструкции намотки используется и металлизированная пленка и фольга, когда используется двухслойная металлизация пленки и, возможно, еще какие-то техники.
По типу корпуса и/или организации выводных электродов можно провести еще ряд градаций:
– аксиального или радиального типа
– тубулярные или овальные по форме
– индуктивные и неиндуктивные
– боксовые или залитые (компаундом)
Лавсановые (Polyester film capacitor/ Metallized Polyester film capacitor)
1-ая (большая и достаточно распространенная ) группа – конденсаторы с диэлектриком из лавсановой (полиэтилентерефталатной) пленки. Самые доступные из пленочных. Здесь следует различать металлизированный лавсан и неметаллизированный.
Неметаллизированные, как правило, небольшой емкости, небольших размеров. В качестве примеров таковых – отечественные К73-9
Конденсаторы на основе металлизированной пленки
Ближайшие импортные аналоги выглядят так :
Другие импортные серии:
— достаточно популярная серия MKT. Они типично выполнялись боксовыми радиальными. Законодателем “моды” в прошлом веке выступила фирма Siemens. Позже, боксовый тип “подхватили” Wima, AVC, EPCOS и многие другие.
Позже в боксовом корпусе стали выпускать и снабберные (помехоподавляюшие) пленочники, что негативно сказалось на репутации MKT. Укрепилось мнение, что для звука такие “не очень”.
— достаточно заметная группа индуктивных лавсановых неметаллизированных. Их особенность в том, что они индуктивные. Иногда их еще называют майларовыми (mylar), майлар – просто разновидность лавсана.
Это прежде всего серия PEI. Их в некоторых интернет-магазинах рунетеа преподносят как полистирольные, но это развод. Выглядят PEI так –
Предельная емкость у темно-зеленых, как правило, не выше 0,22 мкФ. И, по некоторым сведениям, к подобным относятся и TMCF, которые еще могут называться как CL11.
Как вычислить лавсановый конденсатор по названию его серии?
По наличию латинской буквы “E” – что означает “этилентерефталат”. Хотя бывают и исключения, как с MKT. Вероятно, это немецкий вариант.
Плюс еще азиатские стандарты добавляют путаницы, они предпочитают давать сериям другие названия, типа СL. Иногда стандарты дублируют, при этом пишут дублера в скобках.
Полистирольные (Polystyrene Film Capacitors)
Считается, что полистирольные емкости вносят минимальную окраску и одни из самых стабильных. Проверить это не всегда удается, т.к. надо прежде всего умудриться найти такие конденсаторы. Они не очень распространенные. Еще одна проблема по ним – предельная емкость для этих приборов – типично всего 0,5 мкФ.
Из отечественных более-менее доставабельный К71-7
И еще, по минимальной границе емкости К71-1 тоже “хромает” – выпускают начиная от 1000пФ.
Из импортных (настоящих) полистирольных встречал только серию PSI / PSR, они тоже не самые распространенные, выглядят так –
Предельная емкость еще ниже, до 0,01 мкФ. Но зато минимальная встречается до 68пФ.
Поликарбонатные конденсаторы (Polycarbonate Film Capacitors)
Вероятно, они “вымерли” уже давно. Не видно их и не слышно о них. Из отечественных в истории упоминается о К77-1 с пределами емкостей от 0,001 до 3,9 мкФ. И ходили слухи, что они придают звуку приятную мягкость. Видимо, по аналогии с угольными резисторами. К сожалению, вымерли они из-за активной конкуренции со стороны другого диэлектрика – полифенил-сульфида, производство которого было не таким затратным.
Полифенил-сульфидные конденсаторы (Polyphenylene Sulphide (PPS) capacitors):
Современные заменители поликарбонатных конденсаторов. Редкие и дорогие. Из наиболее известных можно упомянуть серию MU12 американской фирмы Electronic Concepts. Мечта аудиофилов…
Полипропиленовые конденсаторы. (Polypropylene capacitors / Metallized Polypropylene capacitors)
2-ая (большая, но менее распространенная в странах СНГ) группа с диэлектриком из полипропилена. Относительно доступные, могут быть раза в 3-4 дороже лавсановых. Из отечественных еще как-то можно отыскать K78-2 и К78-19 и некоторые другие.
Из импортных выпускаемый спектр очень широк. Начнем с самых ходовых. Для неметаллизированных, к примеру, серия PPN (CBB13), чаще всего бордового или красного цвета.
или темно-синие, иногда,
— Боксовые версии MKP (Wima, Epcos, Evox-Rifa и т.п.) – посолиднее, но репутация слабее из-за корпуса типа box. Опять же, вероятно, потому, что в боксах часто выпускают снабберные пленочники. Пример от Вима –
— тубуляры (цилиндрические или овальные), серий MPA, MPT, MPR и т.п. (CBB20) – хорошая репутация. Выглядят так :
— высоковольтные полипропиленовые серий PPS (CBB81) и им подобные. Неметаллизированные, только фольга и пленка. Номиналы – от 100пФ до 0,47мкФ. Напряжение от 1000 до 3000В. Близкие аналоги отечественных K78-2. Выглядят так –
— снабберные полипропиленовые, типа MKP/X2 (CBBX2), MPX (CBB62X2) и т.п.
Они шумоподавляющие. Ходят слухи, что для звуковых цепей это не лучший вариант. Снабберные легко можно вычислить по обилию значков-сертификатов на корпусе. Выглядеть могут так –
— пусковые полипропиленовые (для двигателей и/или для розжига ламп дневного света)
Насколько они могут быть хороши в звуке – неизвестно. Выглядеть могут так –
Фторопластовые конденсаторы. (Teflon film capacitors)
Наряду с полистирольными, считаются самыми толерантными к звуку емкостями. Опять же редкие. Из отечественных должны где-то существовать такие, как К72П-6, К72-9, ФТ-3…
Заключение
— конечно, идеальных пленочных конденсаторов не существует, здесь на помощь может прийти “бутербродная” техника. И терпение в опробовании разных типов.
— не все типы одинаково хороши для усилителей на любой элементной базе. Лампы “любят” конденсаторы с одним типом диэлектрика, полупроводникиовые конструкции – с другим. Уместность использования определенного конденсатора может быть обусловлена и внутренним импедансом цепи.
— у высоковольтных полипропиленовых конденсаторов и у полистирольных конденсаторов малой емкости есть перспективы удачно проявить себя в отфильтровке ВЧ в пассивных регуляторах тембра и в тонкомпенсации.
Cтатья содержит только краткие сведения, в помощь тем, кто пожелает расширить свой кругозор могут быть полезны следующие источники в сети:
*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]
© DiyAudio Team, 2010-2012
Все материалы ресурса защищены законом об авторском праве.
При публичном использовании, цитировании или копировании обязательна ссылка на наш ресурс
с указанием конкретного имени или ника автора материала.
Вся правда о конденсаторах: волшебные свойства загадочных баночек
Было ли лучшее время для энтузиастов и любителей Hi-Fi, чем конец 1970-х и начало 1980-х годов? С одной стороны, так много всего происходило с развитием цифрового аудио, а с другой — наблюдался рост субъективизма. Внезапно проигрыватели и усилители стали оценивать не по уровню детонации, выходной мощности и гармоническим искажениям, а по их звучанию! И можно было даже всерьёз говорить о звучании кабелей. В этой новой атмосфере всё, что когда-то считалось само собой разумеющимся в области Hi-Fi, стало кандидатом на переоценку.
Пристальному изучению подверглось и влияние на звук пассивных электронных компонентов — резисторов, индуктивностей и конденсаторов. В особенности, конденсаторов. Знающие люди начали обсуждать такие явления как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и диэлектрическое поглощение.
Сегодня мы нечасто слышим об этой теме, но не потому, что проблема была исчерпана. Скорее всего, разработчики нынче уделяют столь же пристальное внимание используемым пассивным компонентам, как и схемам, в которых они применяются, так что общественный фурор несколько стих.
В простейшем виде конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделённых воздухом (или, ещё лучше, вакуумом) и схематично изображён на рис. 1. Поскольку между пластинами нет проводящего пути, конденсатор блокирует постоянный ток (например, от батареи). При этом конденсатор, напротив, пропускает сигналы переменного тока — как раз такие как звуковые волны.
Рис. 1. Компоненты, из которых состоит конденсатор — две проводящие пластины, разделённые слоем диэлектрика.
Проверенное решение
Мы нечасто сталкиваемся с воздушными конденсаторами, но если вы заглядывали внутрь старого лампового радиоприемника и видели элемент, отвечающий за настройку, который состоит из чередующихся металлических пластин, это как раз воздушный конденсатор переменной ёмкости. В большинстве конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся в аудиотехнике и прочей электронике, в качестве изолирующего материала (диэлектрика), разделяющего пластины, не используется воздух, поскольку он имеет низкую диэлектрическую постоянную (1,0), а это означает, что воздушные конденсаторы большой емкости слишком громоздкие, чтобы быть практичными. По этой причине используются, в основном, твёрдые диэлектрики, с более высокими диэлектрическими свойствами, в том числе из керамики и различных видов пластмасс (например, ПВХ с диэлектрической проницаемостью 4,0). Именно здесь история становится особенно интересной, поскольку для всех этих диэлектриков характерны те или иные компромиссы в плане влияния на звук, в то время как воздух практически идеален.
Простые фильтры
Для начала, узнаем побольше о том, как ведут себя конденсаторы и для чего они используются. Конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный, однако они не пропускают переменный ток с разной частотой одинаково. Это объясняется тем, что конденсаторы обладают реактивным сопротивлением, которое снижается с увеличением частоты (к слову, катушки индуктивности тоже обладают реактивным сопротивлением, которое, наоборот, увеличивается с ростом частоты).
Таким образом, конденсаторы пропускают высокочастотные сигналы легче, чем низкочастотные, что делает их крайне полезными в частотно-селективных цепях (то есть, в фильтрах), а также для устранения нежелательных сигналов (например, гул или шум с шины питания постоянного напряжения).
Простые фильтры верхних и нижних частот показаны на рис.2. В фильтре верхних частот (рис. 2а) последовательно включенный конденсатор подключен к шунтирующему резистору. В фильтре нижних частот (рис. 2b) конденсатор и резистор меняются местами.
Рис. 2. RC-фильтр первого порядка верхних (2a) и нижних (2b) частот.
Итак, конденсаторы зачастую используются для объединения цепей, отделения нежелательного шума в цепях постоянного напряжения и в частотно-селективных цепях (фильтрах). Поскольку конденсаторы накапливают электрический заряд, большие из них также применяются в качестве резервуаров в источниках питания переменного и постоянного тока. На рис. 3 показан типовой источник питания, включающий в себя понижающий трансформатор (он понижает напряжение сети), мостовой выпрямитель (который преобразует переменный ток из трансформатора в импульсный постоянный ток) и пару конденсаторов-резервуаров (сглаживающих пульсации после выпрямления переменного тока).
Рис.3. Принципиальная схема двухполупериодного источника питания, состоящего из понижающего трансформатора, двухполупериодного мостового выпрямителя и двух резервуарных конденсаторов.
Подобные схемы встречаются во многих твердотельных аудиокомпонентах. Аналогичные решения используются и в ламповом оборудовании, но из-за высоких напряжений, требуемых для работы ламп, трансформатор здесь обычно повышает напряжение сети.
Ёмкость резервуарных конденсаторов, используемых в транзисторных усилителях мощности, может достигать 50 000 мкФ и более, тогда как в других случаях в схеме могут использоваться конденсаторы емкостью 1 НФ (одна тысячная микрофарада) или даже меньше. Таким образом, очевидно, что некоторые типы конденсаторов лучше подходят под определённые задачи, чем другие.
Важное уточнение
Как правило, самые большие резервуарные конденсаторы являются электролитическими, ведь они обеспечивают высокую ёмкость в сравнительно небольшом объёме. Такие конденсаторы содержат электролит (жидкость или гель), который химически реагирует с металлической фольгой внутри банки, образуя слой диэлектрика. Подобные электролитические конденсаторы, а также некоторые другие — например, танталовые, называются полярными, а несоблюдение полярности подключения может привести к их выходу из строя.
Другая разновидность — неполярные конденсаторы, которые можно подключать без учёта полярности. Подобные электролиты иногда использовались в пассивных кроссоверах акустических систем, однако такая практика сегодня устарела, поскольку плёночные конденсаторы справляются с этой задачей лучше, хоть и занимают больше места.
Конденсаторы также могут иметь различное расположение выводов — аксиальное (осевое) или радиальное. Преимущество радиальных электролитов заключается в том, что они занимают меньше площади на плате, однако их минус — в том, что они увеличивают её высоту. В больших электролитических конденсаторах обычно отказываются от выводов под пайку — в пользу винтовых клемм.
Что скрывают конденсаторы
Настоящие конденсаторы, как и настоящие политики, ведут себя не идеально, и именно здесь кроется причина их влияния на качество звука. Во-первых, на практике ни один конденсатор не является только ёмкостью — он также имеет индуктивность и сопротивление. На принципиальной схеме конденсатор обычно обозначается одним из символов на рис. 4 (все они визуально отсылают к двум разделенным пластинам), однако в реальности он представляет собой что-то вроде схемы, представленной на рис. 5. Резистор обозначенный на рисунке как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) может быть не постоянным — сопротивление может зависеть от частоты. В случае с электролитическими конденсаторами, ESR обычно уменьшается с частотой.
Рис. 4. Варианты обозначения конденсаторов на схеме
Одним из последствий того, что у конденсаторов есть индуктивность (ESL или эквивалентная последовательная индуктивность на рис. 6), является то, что они, по сути, являются электрически резонансными. Если проанализировать импеданс конденсатора в зависимости от частоты, он не будет продолжать уменьшаться с ростом частоты. На рис. 6 показано, что импеданс достигает минимума (эквивалентного значению ESR) на резонансной частоте, а затем, по мере увеличения частоты, он снова начинает расти из-за ESL.
Рис. 5. Схематичный эквивалент реального конденсатора демонстрирует паразитное сопротивление (ESR) и индуктивность (ESL) 
Рис. 6. Паразитная индуктивность приводит к тому, что у конденсаторы имеют электрический резонанс, иногда — в пределах слышимого диапазона частот.
У больших электролитических конденсаторов частоты электрического резонанса обычно находятся в пределах звукового диапазона. У небольших конденсаторов частоты электрического резонанса могут превышать 1 МГц. Для увеличения частоты электрического резонанса для заданной емкости следует уменьшить ESL — последовательную индуктивность.
Для достижения этой цели, при разработке электролитических конденсаторов, где такая проблема стоит наиболее остро, применяются различные методы. Например, в конденсаторах DNM T-Network для снижения индуктивности используются специальные Т-образные соединения из фольги — таким образом, их резонансная частота более чем в два раза выше по сравнению со стандартной конструкцией (от 28 кГц до 75 кГц — в примере, который приводит компания DNM на своём веб-сайте).
ESR оказывает потенциально благотворное влияние на демпфирование электрического резонанса конденсатора, однако, в отличие от индуктивности или ёмкости, сопротивление генерирует тепло в то время, когда через конденсатор проходит ток. В больших ёмкостных конденсаторах, где проходящие через них токи велики, этот эффект внутреннего нагрева ограничивает безопасные условия эксплуатации. Тем не менее, электролитические конденсаторы лучше всего работают именно тёплыми.
Микрофонный эффект
Не секрет, что ламповое оборудование чувствительно к вибрации. Внутри вакуумированной стеклянной оболочки лампы находятся тонкие металлические электроды, расстояние между которыми влияет на работу лампы. Таким образом, если встряхнуть лампу достаточно сильно, это отразится на её электрической мощности — эффект, который называют «микрофонным», поскольку лампа в таком случае ведёт себя подобно микрофону.
Твердотельная электроника меньше подвержена этому эффекту, однако приведём в пример некий крайний случай: разработчики первых систем управления двигателем в гоночных автомобилях вскоре научились не прикреплять электронные блоки к двигателю, либо использовать хорошую изоляцию, иначе вибрации от двигателя могли нарушить её работу. Уровни вибрации, которые испытывает Hi-Fi оборудование при повседневном использовании, гораздо ниже, однако некоторые производители, среди которых, например, Naim Audio, по-прежнему прилагают большие усилия, чтобы свести к минимуму вероятное воздействие микрофонного эффекта.
Способность конденсатора накапливать заряд (его ёмкость) пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними, а «пластины» обычно представляют собой тонкую фольгу с тонкими слоями диэлектрика между ними. Это приводит к тому, что конденсаторы подвержены воздействию микрофонного эффекта, поскольку из-за вибрации расстояние между пластинами и, следовательно, значение ёмкости может меняться.
Таким образом, физические свойства материалов, из которых изготовлен конденсатор, могут быть столь же важны, как и электрические параметры. Но что ещё интереснее, вибрация извне не является необходимым условием для того, чтобы конденсаторы страдали от её воздействия, ведь силы, формируемые напряжениями и токами внутри самого конденсатора, также могут вызывать механические резонансы. Из-за этого эффекта можно даже услышать, как некоторые конденсаторы издают звук, когда через них проходит сигнал. В кроссовере акустической системы, где уровни вибраций, напряжения и токи высоки, присутствует «идеальный шторм» факторов, которые делают выбор подходящего конденсатора особенно важной задачей.
Ключевые слова
Проблема микрофонного эффекта и механических резонансов конденсаторов активно обсуждалась на протяжении многих лет, однако исследований по этому вопросу было достаточно мало. Во всяком случае, мало опубликованных исследований. Но те, что существуют, подтверждают мнение, что данный эффект может оказывать заметное влияние качества звучания.
К тому же, в некоторых случаях конденсаторы могут приводить к необычайно высоким уровням гармонических и интермодуляционных искажений. Понимание того, как и почему это происходит, позволяет разработчикам сосредоточить свои усилия на доработке электронной схемы и тщательном выборе электронных компонентов — таким образом, чтобы это принесло наибольшую пользу.
Выбор плёночных конденсаторов для применения в Hi-Fi- и High-End-аудиотехнике. Часть 1. Устройство, свойства и параметры
Сохранить и прочитать потом —
На фоне растущих потребностей энтузиастов качественного аудио Hi-Fi-/High-End-производители постоянно прилагают усилия по улучшению качества звучания своих продуктов. Применяемые пассивные радиотехнические комплектующие, в том числе конденсаторы, стоят в стороне от наиболее интересных активных компонентов, но их влияние на конечный результат огромно. Только наилучшие элементы могут использоваться в аудиотехнике класса High End.
Обзоры в журналах, посвящённых Hi-Fi-/High-End-аудио, сконцентрированы вокруг готовых компонентов домашних аудиосистем, при этом часто не уделяется никакого внимания тому, где и какие используются в них конденсаторы, какими свойствами они обладают, какие параметры нужно учитывать и как они влияют на звук. В этой статье мы разберёмся в устройстве этих элементов, их технических характеристиках и в том, как они могут повлиять на звук.
Свое внимание мы сконцентрируем на плёночных конденсаторах различных видов с тем, чтобы понять, почему именно они предпочтительны для использования в High-End-компонентах.
Как ни странно, но даже в мире, опирающемся на физику как науку и современные технологии, топовые аудиосистемы – как законченные решения, так и их отдельные модули – часто изготавливаются с применением электронных и радиотехнических комплектующих, которые должны при упоминании их торговых марок вызывать у конечных потребителей град положительных эмоций. В особых случаях разработчики используют продукты известных брендов, при этом даже не вдаваясь с пристрастием в их технические характеристики. Высококлассный продукт может быть действительно таковым, если все его составляющие оптимально подобраны по параметрам, а не по громким названиям их брендов и серий.
В аудиотрактах каждого компонента, начиная с CD/DVD-транспорта, внешнего ЦАП, предусилителя и усилителя мощности и до кроссоверов АС в самом конце, используется множество конденсаторов различных типов, ёмкостей и номинальных напряжений. В подавляющем большинстве случаев от них напрямую зависит качество звука, так как эти элементы находятся в аналоговых сигнальных цепях.
Назначение конденсаторов можно разбить на три базовые группы:
Оптимальный выбор конденсаторов для этих целей определённо может привести к улучшению конечного результата или, по меньшей мере, минимизировать вносимые потери. Те, что функционируют в сигнальных цепях, естественно, в значительно большей степени влияют на аудиосигнал. Последовательные реальные улучшения в звуке могут быть достигнуты только путем замены всех недостаточно качественных по параметрам комплектующих данного типа.
Ещё один надежный путь к хорошему результату – использование качественных функциональных конденсаторов в таких местах, где неверный выбор может привести к искажениям сигнала в CD/DVD-транспортах, ЦАП, предусилителях. Конденсаторы в силовых цепях (например, для сглаживания пульсаций или поддержки уровня напряжения) оказывают меньшее влияние на звучание при условии, что они имеют как можно большую ёмкость. Однако их качеством тоже нельзя ни в коем случае пренебрегать в устройствах High-End-класса.
Плёночные конденсаторы – оптимальное решение!
Плёночные конденсаторы для большинства сигнальных цепей являются самым лучшим выбором по критерию цена/качество и уступают пальму первенства в некоторых приложениях только фольговым (рис. 1), исторически бывшим их предшественниками.
Рис.1. Фольговый конденсатор, разработанный специально для кроссоверов АС High-End-класса.
По запасаемой энергии в единице объёма фольговые и плёночные конденсаторы уступают только электролитическим, ёмкость которых доходит до единиц фарад. По совокупности технических параметров плёночные конденсаторы являются наиболее подходящими для использования в аудиотехнике и только в специализированных применениях, например, в кроссоверах (фильтры для раздела полос в АС), немного уступают фольговым аналогам, при этом имея значительно меньшие массу, размеры и в десятки раз более низкую стоимость. Плёночные конденсаторы можно разделить по типу диэлектрика на четыре группы:
