Kondenzátory (CAP) jsou důležité součásti audio systémů. Mají různé napětí, proud a tvarové faktory. Aby bylo možné vybrat, které kondenzátory jsou pro zvuk nejlepší, musí moderátoři rozumět všem parametrům CAP. Integrita zvukového signálu do značné míry závisí na volbě kondenzátorů. Při výběru správného zařízení je proto třeba zvážit všechny důležité faktory.
Parametry audio CAP jsou speciálně optimalizovány pro vysoce výkonné aplikace a nabízejí efektivnější zvukové kanály než standardní komponenty. Typy kondenzátorů, které se běžně používají ve zvukových kanálech, jsou hliníkové elektrolytické a filmové CAP, a které kondenzátory jsou nejlepší pro zvuk v konkrétních podmínkách, závisí na použitých obvodech a zařízeních: reproduktory, přehrávače CD a hudebních nástrojů, baskytary aostatní.
Historie zvukového kondenzátoru
Kondenzátor je jednou z nejstarších elektronických součástek. Elektrické vodiče byly objeveny v roce 1729. V roce 1745 objevil německý vynálezce Ewald Georg von Kleist plavidlo Leiden, které se stalo prvním CAP. Fyzik Pieter van Müssenbrook, fyzik na univerzitě v Leidenu, objevil Leidenskou nádobu sám v roce 1746.
V současné době je Leidenská nádoba skleněná nádoba pokrytá zvenku i zevnitř kovovou fólií. CAP slouží jako prostředek k ukládání elektřiny a které kondenzátory jsou nejlepší pro zvuk, bude záviset na kapacitě, protože čím větší je toto číslo, tím více elektřiny uloží. Kapacita závisí na velikosti protilehlých desek, vzdálenosti mezi deskami a povaze izolátoru mezi nimi.
Kondenzátory používané v audio zesilovačích se dodávají v několika typech, jako jsou běžné CAP s kovovou fólií pro obě desky a impregnovaným papírem mezi nimi. Kondenzátory z metalizovaného papíru (MP), také nazývané CAP z olejového papíru a jednovrstvé kondenzátory z metalizovaného papíru (MBGO) pro zvuk, které se používají ve střídavých, stejnosměrných a pulzních obvodech.
Později se mylar (polyester) a další syntetické izolátory staly běžnějšími. V 60. letech se kovové CAP s mylarem staly velmi populární. Dvě silné stránky těchto zařízení jsou jejich menší velikost a skutečnost, že jsou samoléčivé. Dnes jsou to nejlepší kondenzátory pro zvuk, používají se téměř v každém elektronickém zařízení. Vzhledem k obrovskému objemu obchodu a výroby těchto typů kondenzátorů jsou poměrně levné.
Další typ CAP je elektrolytický se speciální konstrukcí s převážně vysokými a velmi vysokými hodnotami v rozmezí od 1 uF do několika desítek tisíc uF. Používají se především pro oddělení nebo filtraci v napájecím zdroji. Nejběžnější v konstrukci zesilovačů jsou metalizované mylarové nebo polyesterové kondenzátory (MKT). Kvalitnější zesilovače většinou používají metalizovaný polypropylen (MPP).
Technologie komponent
Technologie CAP do značné míry určuje vlastnosti zařízení a které kondenzátory jsou nejlepší pro zvuk, závisí na třídě zařízení. Špičkové produkty mají úzké tolerance a jsou dražší než kondenzátory pro všeobecné použití. Navíc mohou být takto vysoce kvalitní CAP znovu použitelné. Vysoce kvalitní audio systémy vyžadují vysoce kvalitní CAP, aby poskytovaly prvotřídní kvalitu zvuku.
Výkon neboli to, jak kondenzátory ovlivňují zvuk, hodně závisí na tom, jak jsou připájeny k desce plošných spojů. Pájení namáhá pasivní součástky, což může způsobit piezoelektrické pnutí a praskání povrchově namontovaných CAP. Při pájení kondenzátorů musíte použít správné pořadí pájení a dodržovat doporučeníprofil.
Všechny mylarové audio kondenzátory jsou nepolarizované, což znamená, že není třeba je označovat jako kladné nebo záporné. Na jejich spojení v řetězci nezáleží. Jsou preferovány ve vysoce kvalitních audio obvodech kvůli jejich nízkým ztrátám a sníženému zkreslení, pokud to velikost produktu dovolí.
Typ metalizovaného polykarbonátu MKC se již téměř nepoužívá. Je známo, že typy ERO MKC jsou stále široce používány, protože mají vyvážený hudební zvuk s velmi malým zabarvením. Typy MKP mají jasnější zvuk a také širší zvukový rozsah.
Málo známým typem kondenzátoru MKV je metalizovaný polypropylenový CAP v oleji. Je to nejlepší kondenzátor pro zvuk, protože má výkonnější vlastnosti než olejem potažený metalizovaný papír.
Kvalita pasivních prvků
Kondenzátory, zvláště když jsou na výstupním signálovém vedení, výrazně ovlivňují kvalitu zvuku audio systému.
O kvalitě CAP rozhoduje několik faktorů, které jsou bezpochyby velmi důležité pro zvuk:
- Tolerance a skutečná kapacita požadovaná pro použití ve filtrech.
- Kapacita versus frekvence, takže 1 mikrofarad při 1000 Hz neznamená 1 mikrofarad při 20 kHz.
- Vnitřní odpor (ESR).
- Unikající proud.
- Stárnutí je faktor, který se u každého produktu časem vyvine.
Nejlepší výběr aplikací kondenzátoru závisí na aplikaci v obvodu a požadované kapacitě:
- Rozsah od 1 pF do 1 nF - řídicí a zpětnovazební obvody. Tento rozsah se používá hlavně k odstranění vysokofrekvenčního šumu na audio kanálu nebo pro účely zpětné vazby, jako je můstek zesilovače Quad 606. Kondenzátor SGM ve zvuku je nejlepší volbou v tomto rozsahu. Má velmi dobrou toleranci (až 1%) a velmi nízké zkreslení a šum, ale poměrně drahé. Dobrou alternativou je ISS nebo MCP. Na signálovém vedení by se neměly používat keramické CAP, protože mohou způsobit dodatečné nelineární zkreslení až o 1 %.
- Od 1 nF do 1 uF - vazba, oddělení a potlačení vibrací. Nejčastěji se používají v audio systémech a také mezi stupni, kde je rozdíl v úrovni DC, eliminaci vibrací a ve zpětnovazebních obvodech. Typicky se budou používat filmové kondenzátory v tomto rozsahu až do 4,7 mikrofaradů. Nejlepší volbou kondenzátoru pro zvuk a zvuk je polystyren (MKS), polypropylen (MKP). Polyetylen (MKT) je levnější alternativa.
- 1 Ф a výše - napájecí zdroje, výstupní kondenzátory, filtry, izolace. Výhodou je velmi vysoká kapacita (až 1 farad). Má to ale pár nevýhod. Elektrolytické CAP podléhají stárnutí a vysychání. Po 10 a více letech olej vyschne a změní se důležité faktory, jako je ESR. Jsou polarizované a musí se každých 10 let vyměnit, jinak negativně ovlivní zvuk. Při návrhu připojovacího okruhu elektrolytů naProblémům se signálovým vedením lze často předejít přepočtem časové konstanty (RxC) pro nízkou kapacitu pod 1 mikrofarad. To pomůže určit, které elektrolytické kondenzátory jsou pro zvuk nejlepší. Pokud to není možné, je důležité, aby byl elektrolyt nižší než 1 V DC a byl použit vysoce kvalitní CAP (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Výběrem nejlepšího řešení pro každý program může vývojář dosáhnout nejlepší kvality zvuku. Investice do vysoce kvalitních CAP má pozitivní vliv na kvalitu zvuku více než kterákoli jiná součást.
Testování prvků CAP pro aplikace
Je všeobecně známo, že různé CAP mohou změnit kvalitu zvuku audio aplikací za různých podmínek. Které kondenzátory instalovat, do jakých obvodů a za jakých podmínek - zůstávají nejdiskutovanějšími tématy mezi odborníky. Proto je lepší v tomto složitém tématu znovu nevymýšlet kolo, ale využít výsledky osvědčených testů. Některé zvukové obvody bývají velmi velké a kontaminace zvukových prostředí, jako jsou uzemnění a šasi, může představovat velký problém s kvalitou. Doporučuje se přidat do testu nelinearitu a přirozené zkreslení testováním zbytků můstku od začátku.
| Dielektrikum | Polystyren | Polystyren | Polypropylen | Polyester | Stříbrno-slídové | Keramické | Polycarb |
| Teplota | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Úroveň napětí | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerance % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Chyba % | 2, 18 % | 0, 28 % | 0, 73 % | -7, 06 % | 0, 01 % | -0, 09 % | -1, 72 % |
| Rozptyl | 0,000053 | 0,000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0,000168 | 0,000108 | 0,000705 |
| Absorpce | 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 / |
| Fáze, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Nativní rozlišení, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Most | nízký | nízký | velmi nízké | vysoké | nízký | nízký | vysoké |
Charakteristiky modelů
V ideálním případě by konstruktér očekával, že kondenzátor bude přesně odpovídat jeho návrhové hodnotě, zatímco většina ostatních parametrů by byla nulová nebo nekonečná. Hlavní měření kapacity zde nejsou tak vidět, protože díly jsou obvykle v tolerancích. Všechny fólie CAP mají významný teplotní koeficient. Proto, aby bylo možné určit, které filmové kondenzátory jsou nejlepší pro zvuk, se provádí testování pomocí laboratorních přístrojů.
Difúzní koeficient je užitečný při hodnocení účinnosti elektrolytického zdroje energie. Tento účinek na zvukový výkon signalizačních CAP není konzistentní a může být poměrně malý. Číslo představuje vnitřní ztráty a lze jej v případě potřeby převést na efektivní sériový odpor (ESR).
ESR není konstantní hodnota, ale u vysoce kvalitních kondenzátorů bývá tak nízká, že nemá velký vliv na výkon obvodu. Pokud by byly postaveny vysoce-Q rezonanční obvody, pak by to byl úplně jiný příběh. Nízký rozptylový faktor je však charakteristickým znakem dobrých dielektrik, což může sloužit jako dobré vodítko v dalším výzkumu.
Dielektrická absorpce může být znepokojivější. To byl hlavní problém raných analogových počítačů. Vysoké dielektrické absorpci lze zabránit, takže slídové zvukové kondenzátory mohou poskytnout sítím RIAA velmi dobrý zvuk.
Měření stejnosměrného úniku by nemělo nic ovlivnit, protože odpor jakéhokoli signálového kondenzátoru by měl být velmi vysoký. S vyššími dielektrickými materiály je zapotřebí menší povrch a únik je prakticky zanedbatelný.
U materiálů s nižší dielektrickou konstantou, jako je teflon, může být navzdory jeho základnímu vysokému odporu nutnévelká plocha. Pak může být netěsnost způsobena sebemenším znečištěním nebo nečistotami. DC únik je pravděpodobně dobrá kontrola kvality, ale nemá to nic společného s kvalitou zvuku.
Nežádoucí parazitické komponenty
Tranzistory, integrované obvody a další aktivní komponenty mají významný vliv na kvalitu audio signálů. Ke změně charakteristiky signálu využívají energii z proudových zdrojů. Na rozdíl od aktivních součástek ideální pasivní součástky nespotřebovávají energii a neměly by měnit signály.
V elektronických obvodech se rezistory, kondenzátory a induktory ve skutečnosti chovají jako aktivní součástky a spotřebovávají energii. Kvůli těmto rušivým efektům mohou výrazně změnit audio signály a ke zlepšení kvality je zapotřebí pečlivý výběr komponent. Stále rostoucí poptávka po audio zařízení s lepší kvalitou zvuku nutí výrobce CAP vyrábět zařízení s lepším výkonem. Výsledkem je, že moderní kondenzátory pro použití v audio aplikacích mají lepší výkon a vyšší kvalitu zvuku.
Rušivé CAP efekty v akustickém obvodu se skládají z ekvivalentního sériového odporu (ESR), ekvivalentní sériové indukčnosti (ESL), sériových zdrojů napětí v důsledku Seebeckova jevu a dielektrické absorpce (DA).
Typické stárnutí, změny provozních podmínek a specifické vlastnosti ztěžují tyto nežádoucí parazitní komponenty. Každý parazitkomponenta ovlivňuje výkon elektronického obvodu různými způsoby. Za prvé, odporový efekt způsobuje únik stejnosměrného proudu. V zesilovačích a dalších obvodech obsahujících aktivní součástky může tento únik vést k výrazné změně předpětí, což může ovlivnit různé parametry, včetně faktoru kvality (Q).
Schopnost kondenzátoru zvládnout zvlnění a propustit vysokofrekvenční signály závisí na komponentě ESR. Malé napětí se vytvoří v místě, kde se spojí dva různé kovy v důsledku jevu známého jako Seebeckův jev. Malé baterie díky těmto parazitním termočlánkům mohou výrazně ovlivnit výkon obvodu. Některé dielektrické materiály jsou piezoelektrické a šum, který přidávají do kondenzátoru, je způsoben malou baterií uvnitř součásti. Kromě toho mají elektrolytické CAP parazitní diody, které mohou způsobit změny ve zkreslení signálu nebo charakteristik.
Parametry ovlivňující signálovou cestu
V elektronických obvodech se pasivní součástky používají k určení zesílení, vytvoření DC blokování, potlačení šumu napájecího zdroje a zajištění předpětí. V přenosných audio systémech se běžně používají levné komponenty s malými rozměry.
Výkon skutečných polypropylenových audio kondenzátorů se liší od výkonu ideálních komponent, pokud jde o ESR, ESL, dielektrickou absorpci,svodový proud, piezoelektrické vlastnosti, teplotní koeficient, tolerance a napěťový koeficient. I když je důležité vzít v úvahu tyto parametry při navrhování CAP pro použití v cestě audio signálu, dva, které mají největší dopad na cestu signálu, se označují jako napěťový faktor a inverzní piezoelektrický efekt.
Kondenzátory i rezistory vykazují změnu fyzikálních charakteristik se změnou použitého napětí. Tento jev se běžně nazývá stresový faktor a liší se v závislosti na chemii, designu a typu CAP.
Reverzní piezo efekt ovlivňuje elektrický výkon kondenzátorů pro zesilovač zvuku. U audio zesilovačů má tato změna elektrické hodnoty součásti za následek změnu zisku v závislosti na signálu. Tento nelineární efekt má za následek zkreslení zvuku. Reverzní piezoelektrický efekt způsobuje výrazné zkreslení zvuku při nižších frekvencích a je hlavním zdrojem napěťového faktoru u keramických CAP třídy II.
Napětí aplikované na CAP ovlivňuje jeho výkon. V případě keramických CAP třídy II se kapacita součásti snižuje, když je aplikováno rostoucí kladné stejnosměrné napětí. Je-li na něj přivedeno vysoké střídavé napětí, kapacita součástky klesá stejným způsobem. Když je však aplikováno nízké střídavé napětí, kapacita součásti má tendenci se zvyšovat. Tyto změny kapacity mohou výrazně ovlivnit kvalituaudio signály.
THD celkové harmonické zkreslení
THD audio kondenzátorů závisí na dielektrickém materiálu součásti. Některé z nich mohou poskytnout působivý výkon THD, zatímco jiné jej mohou vážně snížit. Polyesterové kondenzátory a hliníkové elektrolytické kondenzátory patří mezi CAP, které poskytují nejnižší THD. V případě dielektrických materiálů třídy II nabízí X7R nejlepší THD výkon.
CAP pro použití v audio zařízení jsou obecně klasifikovány podle aplikace, pro kterou se používají. Tři aplikace: signálová cesta, funkční úlohy a aplikace pro podporu napětí. Zajištění použití optimálního zvukového kondenzátoru MKT v těchto třech oblastech pomáhá zlepšit výstupní tón a snížit zkreslení zvuku. Polypropylen má nízký rozptylový faktor a je vhodný pro všechny tři oblasti. Zatímco všechny CAP použité v audio systému ovlivňují kvalitu zvuku, největší vliv mají komponenty v signálové cestě.
Použití vysoce kvalitních kondenzátorů zvukové kvality může výrazně snížit zhoršení kvality zvuku. Filmové kondenzátory se pro svou vynikající linearitu běžně používají ve zvukové cestě. Tyto nepolární zvukové kondenzátory jsou ideální pro prémiové zvukové aplikace. Dielektrika běžně používaná v konstrukcích filmových kondenzátorů s kvalitou zvuku propoužití signálových cest zahrnují polyester, polypropylen, polystyren a polyfenylensulfid.
CAP pro použití v předzesilovačích, digitálně-analogových převodnících, analogově-digitálních převodnících a podobných aplikacích jsou souhrnně klasifikovány jako funkční referenční kondenzátory. Přestože tyto nepolarizované zvukové kondenzátory nejsou v cestě signálu, mohou také výrazně zhoršit kvalitu zvukového signálu.
Kondenzátory, které se používají k udržení napětí v audio zařízení, mají minimální vliv na audio signál. Bez ohledu na to je třeba opatrnosti při výběru CAP, které udržují napětí pro špičková zařízení. Použití komponent optimalizovaných pro audio aplikace pomáhá zlepšit výkon audio obvodu.
Dielektrický blok z polystyrénové desky
Polystyrenové kondenzátory se vyrábí navinutím lamelárního dielektrického bloku, podobného elektrolytickému bloku, nebo položením v postupných vrstvách, jako je kniha (skládaná filmová fólie). Používají se především jako dielektrika v různých plastech, jako je polypropylen (MKP), polyester/mylar (MKT), polystyren, polykarbonát (MKC) nebo teflon. Pro desky je použit hliník vysoké čistoty.
V závislosti na typu použitého dielektrika se kondenzátory vyrábějí v různých velikostech a kapacitách s provozním napětím. Vysoké dielektrikumSíla polyesteru umožňuje vyrábět nejlepší elektrolytické kondenzátory pro zvuk v malých velikostech a za relativně nízkou cenu pro každodenní použití, kde nejsou vyžadovány speciální vlastnosti. Dostupné kapacity od 1 000 pF do 4,7 mikrofarad při provozním napětí až 1 000 V.
Činitel dielektrické ztráty polyesteru je relativně vysoký. U audia může polypropylen nebo polystyren výrazně snížit dielektrické ztráty, ale zde je třeba poznamenat, že jsou mnohem dražší. Polystyren se používá ve filtrech/crossoverech. Jednou nevýhodou polystyrenových kondenzátorů je nízký bod tání dielektrika. To je důvod, proč se polypropylenové zvukové kondenzátory od sebe obvykle liší, protože dielektrikum je chráněno oddělením pájecích vodičů od těla kondenzátoru.
FIM technologie s vysokou hustotou energie
Fóliové CAP s vysokým výkonem nabízejí tři kategorie tohoto typu: TRAFIM (standardní a speciální), FILFIM a PPX. Technologie FIM je založena na konceptu řízených samoopravných vlastností segmentovaných hliníkových metalizačních fólií.
Kapacita je rozdělena do několika milionů elementárních prvků, kombinovaných a chráněných pojistkami. Slabé dielektrické prvky jsou izolovány a před proražením pojistek jsou izolovány poškozené prvky, se kterými kondenzátor dále normálně pracuje bez zkratu nebo výbuchu, jako tomu může být u elektrolytickýchkondenzátory pro zvuk.
Za příznivých podmínek by očekávaná délka života u tohoto typu CAP neměla přesáhnout 200 000 hodin a MTBF 10 000 000 hodin. Tyto kondenzátory fungují jako baterie a spotřebovávají malé množství kapacity v důsledku postupné degradace jednotlivých článků během životnosti součásti.
Řady TRAFIM a FILFIM nabízejí nepřetržité filtrování pro vysoká napětí/výkony (až 1kV). Kapacita se liší:
- 610uF až 15625uF pro standardní TRAFIM;
- 145uF až 15460uF za speciální TRAFIM;
- 8,2uF až 475uF pro FILFIM.
Rozsah stejnosměrného napětí je:
- 1,4KV až 4,2KV pro standardní TRAFIM;
- 1,3kV až 5,3kV pro personalizovaný TRAFIM;
- a od 5,9 kV do 31,7 kV pro FILFIM.
Kondenzátory řady PPX nabízejí kompletní řadu síťových řešení pro potlačení GTO a také blokování CAP s kapacitou od 0,19uF do 6,4uF. Rozsah napětí pro PPX se pohybuje od 1600V do 7500V s velmi nízkou vlastní indukčností.
filmové kondenzátory pro audio obecně mají vynikající vysokofrekvenční výkon, ale to je často kompromitováno jejich velkými rozměry a dlouhou délkou drátu. Je vidět, že malý radiální kondenzátor Panasonic má mnohem vyšší vlastní rezonanci (9,7 MHz) než Audience (4,5 MHz). Není to kvůli instalované teflonové čepičce, ale proto, že je několik palců dlouhé.a nelze je připevnit k tělu. Pokud konstruktér potřebuje vysokofrekvenční výkon k udržení stability v polovodičích s velkou šířkou pásma, snižte velikost a délku drátu na absolutní minimum.
Výkon audio obvodů je vysoce závislý na pasivních součástkách, jako jsou kondenzátory a rezistory. Skutečné CAP obsahují nežádoucí rušivé komponenty, které mohou výrazně zkreslit charakteristiky zvukových signálů. Kondenzátory použité v signálové cestě do značné míry určují kvalitu zvukového signálu. V důsledku toho je vyžadován pečlivý výběr CAP, aby se minimalizovala degradace signálu.
Kondenzátory audio třídy jsou optimalizovány tak, aby vyhovovaly potřebám dnešních vysoce kvalitních audio systémů. Plastové filmové kondenzátory pro zvuk se používají ve vysoce kvalitních audio systémech a mají širokou škálu aplikací.
