Kondenzatori (CAP) su važne komponente u audio sustavima. Imaju različit napon, struju i faktore oblika. Kako bi odabrali koji su kondenzatori najbolji za zvuk, moderatori moraju razumjeti sve CAP parametre. Integritet audio signala uvelike ovisi o izboru kondenzatora. Stoga, prilikom odabira pravog uređaja, morate uzeti u obzir sve važne čimbenike.
Parametri audio CAP-a posebno su optimizirani za aplikacije visokih performansi i nude učinkovitije 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 sklopovima i uređajima koji se koriste: zvučnici, svirači CD-a i glazbenih instrumenata, bas gitare iostali.
Povijest zvučnog kondenzatora
Kondenzator je jedna od najstarijih elektroničkih komponenti. Električni vodiči otkriveni su 1729. godine. Godine 1745. njemački izumitelj Ewald Georg von Kleist otkrio je leidensku posudu koja je postala prva CAP. Fizičar Pieter van Müssenbrook, fizičar sa Sveučilišta u Leidenu, sam je otkrio Leidensku posudu 1746.
Trenutno je Leidenska posuda staklena posuda prekrivena metalnom folijom iznutra i izvana. CAP služi kao sredstvo za pohranjivanje električne energije, a koji kondenzatori su najbolji za zvuk ovisit će o kapacitetu, jer što je ta brojka veća, to će više struje pohraniti. Kapacitet ovisi o veličini suprotnih ploča, udaljenosti između ploča i prirodi izolatora između njih.
Kondenzatori koji se koriste u audio pojačalima dolaze u nekoliko vrsta, kao što je uobičajeni CAP s metalnom folijom za obje ploče i impregniranim papirom između njih. Metalizirani papirni (MP) kondenzatori, također nazvani uljno-papirni CAP i metalizirani papirni jednoslojni kondenzatori (MBGO) za audio, koji se koriste u AC, DC i impulsnim krugovima.
Kasnije, mylar (poliester) i drugi sintetički izolatori postali su češći. Šezdesetih godina prošlog stoljeća metalni CAP s mylarom postao je vrlo popularan. Dvije prednosti ovih uređaja su njihova manja veličina i činjenica da su samoizlječivi. Danas su to najbolji kondenzatori za zvuk, koriste se u gotovo svakom elektroničkom uređaju. Zbog velikog obujma trgovine i proizvodnje ovih vrsta kondenzatora, oni su prilično jeftini.
Drugi tip CAP-a je elektrolitički s posebnim dizajnom s pretežno visokim i vrlo visokim vrijednostima u rasponu od 1 uF do nekoliko desetaka tisuća uF. Uglavnom se koriste za odvajanje 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 uvelike određuje karakteristike uređaja, a koji kondenzatori su najbolji za zvuk ovisi o klasi 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 sustavi zahtijevaju visokokvalitetne CAP-ove za isporuku vrhunske kvalitete zvuka.
Izvedba, odnosno kako kondenzatori utječu na zvuk, uvelike ovise o tome 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 nepolarizirani, što znači da ne moraju biti označeni kao pozitivni ili negativni. Njihova povezanost u lancu nije bitna. Poželjni su u visokokvalitetnim audio krugovima zbog niskog gubitka i smanjene izobličenja kada veličina proizvoda dopušta.
MKC metalizirani polikarbonatni tip se gotovo više ne koristi. Poznato je da se tipovi ERO MKC još uvijek koriste jer imaju uravnotežen glazbeni zvuk s vrlo malo obojenosti. MKP tipovi imaju svjetliji zvuk kao i širi raspon zvuka.
Malo poznata vrsta MKV kondenzatora je metalizirani polipropilenski CAP u ulju. Najbolji je kondenzator za audio jer ima snažnije karakteristike od metaliziranog papira premazanog uljem.
Kvaliteta pasivnih elemenata
Kondenzatori, posebno kada su na liniji izlaznog signala, uvelike utječu na kvalitetu zvuka audio sustava.
Postoji nekoliko čimbenika koji određuju kvalitetu CAP-a, bez sumnje vrlo važni za audio:
- Tolerancija i stvarni kapacitet potrebni za korištenje 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 svaki proizvod.
Najbolji izbor primjene kondenzatora ovisi o primjeni u krugu i potrebnoj kapacitivnosti:
- Raspon od 1 pF do 1 nF - upravljački i povratni krugovi. Ovaj raspon se uglavnom koristi za uklanjanje visokofrekventnog šuma na audio kanalu ili za povratne informacije kao što je pojačalni most Quad 606. SGM kondenzator u zvuku je najbolji izbor u ovom rasponu. Ima vrlo dobru toleranciju (do 1%) i vrlo malo izobličenja i šuma, ali prilično skupo. ISS ili MCP je dobra alternativa. Keramičke CAP-ove treba izbjegavati na signalnoj liniji jer mogu uzrokovati dodatno nelinearno izobličenje do 1%.
- Od 1 nF do 1 uF - spajanje, razdvajanje i suzbijanje vibracija. Najčešće se koriste u audio sustavima i između stupnjeva gdje postoji razlika u razini istosmjerne struje, 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 suši i mijenjaju se važni čimbenici poput ESR-a. Oni su polarizirani i moraju se mijenjati svakih 10 godina ili će negativno utjecati na zvuk. Pri projektiranju spojnog kruga elektrolita naProblemi s signalnom linijom često se mogu izbjeći ponovnim izračunom vremenske konstante (RxC) za nisku kapacitivnost ispod 1 mikrofarada. To će vam pomoći odrediti koji su elektrolitski kondenzatori najbolji za zvuk. Ako to nije moguće, važno je da elektrolit bude manji od 1V DC i da se koristi visokokvalitetan CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Odabirom najboljeg rješenja za svaki program, programer može postići najbolju kvalitetu zvuka. Ulaganje u visokokvalitetne CAP-ove ima pozitivan učinak na kvalitetu zvuka više od bilo koje druge komponente.
Testiranje CAP elemenata za aplikacije
Uvriježeno je shvaćanje da različiti CAP-ovi mogu promijeniti kvalitetu zvuka audio aplikacija u različitim uvjetima. Koje kondenzatore instalirati, u kojim krugovima i pod kojim uvjetima - ostaju teme o kojima se najviše raspravlja među stručnjacima. Zato je bolje ne izmišljati kotač u ovoj složenoj temi, već koristiti rezultate provjerenih testova. Neki audio krugovi imaju tendenciju da budu vrlo veliki, a kontaminacija u audio okruženjima kao što su uzemljenje i kućište može biti veliki problem s kvalitetom. Preporuča se dodati nelinearnost i prirodno izobličenje testu testiranjem ostataka mosta od nule.
| Dielektrik | polistiren | polistiren | Polipropilen | poliester | Silver-mica | keramika | Polycarb |
| temperatura | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Razina napona | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerancija % | 2,5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Pogreška % | 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 razlučivost, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| most | nisko | nisko | vrlo 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-i imaju značajan temperaturni koeficijent. Stoga, kako bi se utvrdilo koji su filmski kondenzatori najbolji za zvuk, provodi se ispitivanje s laboratorijskim instrumentima.
Koeficijent difuzije je koristan u procjeni učinkovitosti elektrolitičkog napajanja. Ovaj učinak na zvučne performanse signalnih CAP-ova nije dosljedan i može biti prilično mali. Broj predstavlja interne gubitke i može se po želji pretvoriti u efektivni serijski otpor (ESR).
ESR nije konstantna vrijednost, ali ima tendenciju da bude toliko nizak u visokokvalitetnim kondenzatorima da nema puno utjecaja na performanse kruga. Kad bi se gradili rezonantni krugovi visoke Q, onda bi bila sasvim druga priča. Međutim, nizak faktor disipacije obilježje je dobrih dielektrika, što može poslužiti kao dobar trag u daljnjim istraživanjima.
Dielektrična apsorpcija može biti više zabrinjavajuća. To je bio veliki problem s ranim analognim računalima. Visoka dielektrična apsorpcija može se izbjeći, tako da audio kondenzatori od liskuna mogu pružiti RIAA mrežama vrlo dobar zvuk.
Mjerenja istosmjernog curenja ne bi trebala utjecati ni na što, budući da otpor bilo kojeg signalnog kondenzatora treba biti vrlo visok. S većim dielektričnim materijalima potrebna je manja površina, a curenje je gotovo zanemarivo.
Za materijale s nižom dielektričnom konstantom kao što je teflon, unatoč njegovoj osnovnoj visokoj otpornosti, možda će biti potrebnovelika površina. Tada curenje može biti uzrokovano najmanjim onečišćenjem ili nečistoćama. DC curenje je vjerojatno dobra kontrola kvalitete, ali nema nikakve veze s kvalitetom zvuka.
Neželjene parazitske komponente
Tranzistori, integrirani krugovi i druge aktivne komponente imaju značajan utjecaj na kvalitetu audio signala. Koriste snagu 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 elektroničkim krugovima, otpornici, kondenzatori i prigušnice zapravo se ponašaju kao aktivne komponente i troše energiju. Zbog ovih lažnih učinaka, oni mogu značajno promijeniti audio signale, a za poboljšanje kvalitete potreban je pažljiv odabir komponenti. Sve veća potražnja za audio opremom s boljom kvalitetom zvuka tjera CAP proizvođače da proizvode uređaje s boljim performansama. Kao rezultat toga, moderni kondenzatori za korištenje u audio aplikacijama imaju bolje performanse i višu kvalitetu zvuka.
Lažni CAP efekti u akustičkom krugu sastoje se od ekvivalentnog serijskog otpora (ESR), ekvivalentne serijske induktivnosti (ESL), serijskih izvora napona zbog Seebeckovog efekta i dielektrične apsorpcije (DA).
Tipično starenje, promjene radnih uvjeta i specifične karakteristike otežavaju ove neželjene parazitske komponente. Svaki parazitkomponenta utječe na performanse elektroničkog sklopa na različite načine. Za početak, učinak otpora uzrokuje curenje istosmjerne struje. U pojačalima i drugim krugovima koji sadrže aktivne komponente, ovo curenje može dovesti do značajne promjene napona pristranosti, što može utjecati na različite parametre, uključujući faktor kvalitete (Q).
Sposobnost kondenzatora da se nosi s mreškanjem i propušta signale visoke frekvencije ovisi o komponenti ESR. Mali napon se stvara na mjestu gdje su dva različita metala povezana zbog fenomena poznatog kao Seebeckov efekt. Male baterije zbog ovih parazitskih termoelemenata mogu značajno utjecati na performanse kruga. Neki dielektrični materijali su piezoelektrični i buka koju dodaju kondenzatoru je posljedica male baterije unutar komponente. Osim toga, elektrolitički CAP imaju parazitske diode koje mogu uzrokovati promjene u pristranosti ili karakteristikama signala.
Parametri koji utječu na put signala
U elektroničkim sklopovima, pasivne komponente se koriste za određivanje pojačanja, uspostavljanje istosmjernog blokiranja, suzbijanje buke napajanja i osiguravanje pristranosti. Jeftine komponente malih dimenzija obično se koriste u prijenosnim audio sustavima.
Performanse pravih polipropilenskih audio kondenzatora razlikuju se od idealnih komponenti u smislu ESR, ESL, dielektrične apsorpcije,struja propuštanja, piezoelektrična svojstva, temperaturni koeficijent, tolerancija i koeficijent napona. Iako je važno uzeti u obzir ove parametre pri dizajniranju CAP-a za korištenje u putu audio signala, dva koja imaju najveći utjecaj na put signala nazivaju se faktor napona i inverzni piezoelektrični efekt.
I kondenzatori i otpornici pokazuju promjenu fizičkih karakteristika kako se mijenja primijenjeni napon. Ovaj fenomen se obično naziva faktorom stresa, a varira ovisno o kemiji, dizajnu i vrsti CAP-a.
Obrnuti piezo efekt utječe na električnu ocjenu kondenzatora za pojačalo zvuka. U audio pojačalima, ova promjena električne vrijednosti komponente rezultira promjenom pojačanja ovisno o signalu. Ovaj nelinearni efekt rezultira izobličenjem zvuka. Obrnuti piezoelektrični efekt uzrokuje značajno izobličenje zvuka na nižim frekvencijama i glavni je izvor faktora napona u keramičkim CAP-ovima klase II.
Napon primijenjen na CAP utječe na njegovu učinkovitost. 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, na isti način se smanjuje kapacitet komponente. Međutim, kada se primijeni nizak izmjenični napon, kapacitet komponente se povećava. Ove promjene kapaciteta mogu značajno utjecati na kvalitetuaudio signali.
THD ukupno harmonijsko izobličenje
THD audio kondenzatora ovisi o dielektričnom materijalu komponente. Neki od njih mogu dati impresivne THD performanse, dok ih drugi mogu ozbiljno degradirati. Poliesterski kondenzatori i aluminijski elektrolitički 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 izobličenja zvuka. Polipropilen ima nizak faktor raspršenja i prikladan je za sva tri područja. Dok svi CAP-ovi koji se koriste u audiosustavu utječu na kvalitetu zvuka, komponente na putu signala imaju najveći utjecaj.
Upotreba visokokvalitetnih kondenzatora audio kvalitete može uvelike smanjiti degradaciju kvalitete zvuka. Zbog svoje izvrsne linearnosti, filmski kondenzatori se obično koriste u audio putu. Ovi nepolarni audio kondenzatori idealni su za vrhunske audio aplikacije. Dielektrici koji se obično koriste u dizajnu filmskih kondenzatora s kvalitetom zvuka zasignalne staze koriste poliester, polipropilen, polistiren i polifenilen sulfid.
CAP za upotrebu u pretpojačalima, digitalno-analognim pretvaračima, analogno-digitalnim pretvaračima i sličnim aplikacijama zajedno se klasificiraju kao funkcionalni referentni kondenzatori. Iako ovi nepolarizirani audio kondenzatori nisu na putu signala, oni također mogu značajno pogoršati kvalitetu audio signala.
Kondenzatori, koji se koriste za održavanje napona u audio opremi, imaju minimalan učinak na audio signal. Bez obzira na to, potreban je oprez pri odabiru CAP-ova koji održavaju napon za vrhunsku opremu. Korištenje komponenti optimiziranih za audio aplikacije pomaže poboljšati performanse audio kruga.
Dielektrični blok polistirenske ploče
Polistirenski kondenzatori se izrađuju namotavanjem lamelarno-dielektričnog bloka, sličnog elektrolitičkom, ili polaganjem u uzastopnim slojevima, kao što je knjiga (svijena 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 aluminij visoke čistoće.
Ovisno o vrsti korištenog dielektrika, kondenzatori se proizvode u različitim veličinama i kapacitetima s radnim naponom. Visok dielektrikSnaga poliestera omogućuje izradu najboljih elektrolitičkih kondenzatora za zvuk malih dimenzija i uz relativno nisku cijenu za svakodnevnu upotrebu gdje nisu potrebne posebne kvalitete. Kapaciteti dostupni od 1000 pF do 4,7 mikrofarada pri radnim naponima do 1000 V.
Faktor dielektričnih gubitaka poliestera je relativno visok. Za audio, polipropilen ili polistiren mogu uvelike smanjiti dielektrične gubitke, ali ovdje treba napomenuti da su puno skuplji. Polistiren se koristi u filterima/crossoverima. Jedan nedostatak polistirenskih kondenzatora je nisko talište dielektrika. Zbog toga se polipropilenski audio kondenzatori obično razlikuju jedan od drugog, jer je dielektrik zaštićen odvajanjem lemnih vodova od tijela kondenzatora.
FIM tehnologija visoke gustoće energije
Filmske kape velike snage nude tri kategorije ove vrste: TRAFIM (standardni i specijalni), FILFIM i PPX. FIM tehnologija temelji se na konceptu kontroliranih svojstava samoiscjeljivanja segmentiranih aluminijskih metalizacijskih filmova.
Kapacitet je podijeljen na nekoliko milijuna elementarnih elemenata, kombiniranih i zaštićenih osiguračima. Slabi dielektrični elementi su izolirani, a prije probijanja osigurača, oštećeni elementi se izoliraju, čime kondenzator nastavlja normalno raditi bez kratkog spoja ili eksplozije, kao što je to slučaj s elektrolitičkimkondenzatori za zvuk.
U povoljnim uvjetima, očekivani životni vijek za ovu vrstu CAP-a ne bi se trebao očekivati da će premašiti 200.000 sati i MTBF 10.000.000 sati. Radeći kao baterija, ovi kondenzatori troše malu količinu kapaciteta zbog postupne degradacije pojedinih ćelija tijekom 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 posebne TRAFIM;
- 8,2uF do 475uF za FILFIM.
Raspon istosmjernog 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. Raspon napona za PPX kreće se od 1600V do 7500V s vrlo niskom samoinduktivnošću.
filmski kondenzatori za audio općenito imaju izvrsne visokofrekventne performanse, ali to je često ugroženo njihovom velikom veličinom i dugom duljinom žice. Vidi se da Panasonicov mali radijalni kondenzator ima puno veću samorezonanciju (9,7 MHz) od Audiencea (4,5 MHz). To nije zbog ugrađene teflonske kapice, već zato što je dugačka nekoliko centimetara.i ne može se pričvrstiti za tijelo. Ako dizajner treba visokofrekventne performanse kako bi održao stabilnost u poluvodičima velike propusnosti, smanjite veličinu i duljinu žice na apsolutni minimum.
Izvedba audio sklopova jako ovisi o pasivnim komponentama kao što su kondenzatori i otpornici. Stvarni CAP-ovi sadrže neželjene lažne komponente koje mogu značajno izobličiti karakteristike audio signala. Kondenzatori koji se koriste u signalnom putu uvelike određuju kvalitetu audio signala. Kao rezultat toga, potreban je pažljiv odabir CAP-a kako bi se smanjila degradacija signala.
Audio grade kondenzatori optimizirani su da zadovolje potrebe današnjih visokokvalitetnih audio sustava. Kondenzatori od plastične folije za audio koriste se u visokokvalitetnim audio sustavima i imaju širok raspon primjena.
