Kondensaatorid (CAP-id) on helisüsteemide olulised komponendid. Neil on erinevad pinge-, voolu- ja vormitegurid. Heli jaoks parimate kondensaatorite valimiseks peavad moderaatorid mõistma kõiki CAP-i parameetreid. Helisignaali terviklikkus sõltub suuresti kondensaatorite valikust. Seetõttu tuleb õige seadme valimisel arvestada kõigi oluliste teguritega.
Heli CAP-i parameetrid on spetsiaalselt optimeeritud suure jõudlusega rakenduste jaoks ja pakuvad tavakomponentidest tõhusamaid helikanaleid. Helikanalites tavaliselt kasutatavad kondensaatorid on alumiiniumist elektrolüüt- ja kilekorgid ning millised kondensaatorid on konkreetsetes tingimustes heli jaoks parimad, sõltuvad kasutatavatest vooluringidest ja seadmetest: kõlarid, CD- ja muusikariistade mängijad, basskitarrid jateised.
Heli kondensaatori ajalugu
Kondensaator on üks vanimaid elektroonilisi komponente. Elektrijuhid avastati 1729. aastal. 1745. aastal avastas Saksa leiutaja Ewald Georg von Kleist Leideni laeva, millest sai esimene CAP. Füüsik Pieter van Müssenbrook, Leideni ülikooli füüsik, avastas Leideni purgi 1746. aastal üksinda.
Praegu on Leideni purk klaasnõu, mis on seest ja väljast kaetud metallfooliumiga. CAP toimib elektri salvestamise vahendina ja millised kondensaatorid on heli jaoks parimad, sõltuvad mahtuvusest, sest mida suurem see arv, seda rohkem elektrit see salvestab. Mahtuvus sõltub vastas olevate plaatide suurusest, plaatide vahelisest kaugusest ja nendevahelise isolaatori olemusest.
Helivõimendites kasutatavaid kondensaatoreid on mitut tüüpi, näiteks tavaline CAP, mille mõlema plaadi jaoks on metallfoolium ja nende vahel on immutatud paber. Metalliseeritud paberist (MP) kondensaatorid, mida nimetatakse ka õlipaberist CAP-ideks ja metalliseeritud paberist ühekihilisteks heli kondensaatoriteks (MBGO), mida kasutatakse vahelduv-, alalis- ja impulssahelates.
Hiljem muutusid levinumaks mylar (polüester) ja muud sünteetilised isolaatorid. 1960. aastatel sai mülariga metallist CAP väga populaarseks. Nende seadmete kaks tugevat külge on nende väiksem suurus ja asjaolu, et need on iseparanevad. Tänapäeval on need heli jaoks parimad kondensaatorid, neid kasutatakse peaaegu kõigis elektroonikaseadmetes. Seda tüüpi kondensaatorite tohutu kaubandus- ja tootmismahu tõttu on need üsna odavad.
Teine CAP-tüüp on elektrolüütiline erikonstruktsiooniga valdav alt kõrgete ja väga kõrgete väärtustega vahemikus 1 uF kuni mitmekümne tuhande uF. Neid kasutatakse peamiselt toiteallika lahtisidumiseks või filtreerimiseks. Võimendi konstruktsioonis on kõige levinumad metalliseeritud Mylar- või polüesterkondensaatorid (MKT). Kõrgema kvaliteediga võimendid kasutavad enamasti metalliseeritud polüpropüleeni (MPP).
Komponentide tehnoloogia
CAP-tehnoloogia määrab suuresti seadmete omadused ja millised kondensaatorid on heli jaoks parimad, sõltub seadmeklassist. Kõrgekvaliteedilistel toodetel on kitsad tolerantsid ja need on kallimad kui üldotstarbelised kondensaatorid. Lisaks võivad sellised kvaliteetsed CAP-id olla korduvkasutatavad. Kvaliteetsed helisüsteemid nõuavad kõrgekvaliteedilisi CAP-e, et pakkuda tipptasemel helikvaliteeti.
Jõudlus ehk kondensaatorite mõju helile sõltub paljuski sellest, kuidas need PCB-le on joodetud. Jootmine pingestab passiivseid komponente, mis võib põhjustada piesoelektrilisi pingeid ja pinnale paigaldatavate CAP-ide lõhenemist. Kondensaatorite jootmisel tuleb kasutada õiget jootmisjärjekorda ja järgida soovitusiprofiil.
Kõik mylari helikondensaatorid on polariseerimata, mis tähendab, et neid ei pea positiivseks või negatiivseks märgistama. Nende ühendus ahelas ei oma tähtsust. Neid eelistatakse kõrgekvaliteedilistes heliahelates nende väikese kadu ja väiksemate moonutuste tõttu, kui toote suurus seda võimaldab.
MKC metalliseeritud polükarbonaattüüpi ei kasutata enam peaaegu üldse. On teada, et ERO MKC tüüpe kasutatakse endiselt laialdaselt, kuna neil on tasakaalustatud muusikaline heli ja väga vähe värvi. MKP tüüpidel on nii eredam heli kui ka laiem helivahemik.
Vähemtuntud MKV kondensaatori tüüp on metalliseeritud polüpropüleenist CAP õlis. See on heli jaoks parim kondensaator, kuna sellel on võimsamad omadused kui õliga kaetud metalliseeritud paberil.
Passiivsete elementide kvaliteet
Kondensaatorid, eriti kui need on väljundsignaali liinil, mõjutavad oluliselt helisüsteemi helikvaliteeti.
CAP-i kvaliteedi määravad mitmed tegurid, mis on heli jaoks kahtlemata väga olulised:
- Filtrites kasutamiseks nõutav tolerants ja tegelik võimsus.
- Mahtuvus versus sagedus, seega 1 mikrofarad 1000 Hz juures ei tähenda 1 mikrofaradi sagedusel 20 kHz.
- Sisetakistus (ESR).
- Lekkevool.
- Vananemine on tegur, mis iga toote puhul aja jooksul areneb.
Parim kondensaatorirakenduste valik sõltub rakendusest ahelas ja nõutavast mahtuvusest:
- Vahemikus 1 pF kuni 1 nF – juhtimis- ja tagasisideahelad. Seda vahemikku kasutatakse peamiselt kõrgsagedusliku müra kõrvaldamiseks helikanalis või tagasiside andmiseks, nagu võimendisild Quad 606. SGM-kondensaator helis on selles vahemikus parim valik. Sellel on väga hea taluvus (kuni 1%) ning väga madal moonutus ja müra, kuid üsna kallis. ISS või MCP on hea alternatiiv. Keraamilisi CAP-e tuleks signaaliliinil vältida, kuna need võivad põhjustada täiendavaid mittelineaarseid moonutusi kuni 1%.
- 1 nF kuni 1 uF – sidumine, lahtisidumine ja vibratsiooni summutamine. Neid kasutatakse kõige sagedamini helisüsteemides ja ka astmete vahel, kus on erinevus alalisvoolu tasemes, vibratsiooni kõrvaldamises ja tagasisideahelates. Tavaliselt kasutatakse selles vahemikus kuni 4,7 mikrofaradi kilekondensaatoreid. Parim heli ja heli kondensaatori valik on polüstüreen (MKS), polüpropüleen (MKP). Polüetüleen (MKT) on odavam alternatiiv.
- 1 Ф ja rohkem - toiteallikad, väljundkondensaatorid, filtrid, isolatsioon. Eeliseks on väga suur mahtuvus (kuni 1 farad). Kuid on mõned varjuküljed. Elektrolüütilised CAP-id vananevad ja kuivavad. 10 või enama aasta pärast õli kuivab ja olulised tegurid, nagu ESR, muutuvad. Need on polariseeritud ja neid tuleb vahetada iga 10 aasta tagant, vastasel juhul mõjutavad need heli negatiivselt. Elektrolüütide ühendusahela projekteerimiselSignaaliliini probleeme saab sageli vältida ajakonstandi (RxC) ümberarvutamisega väikese mahtuvuse jaoks, mis on alla 1 mikrofaradi. See aitab kindlaks teha, millised elektrolüütkondensaatorid on heli jaoks parimad. Kui see pole võimalik, on oluline, et elektrolüüt oleks alla 1 V alalisvoolu ja kasutataks kvaliteetset CAP-i (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Valides iga programmi jaoks parima lahenduse, saab arendaja saavutada parima helikvaliteeti. Kvaliteetsetesse CAP-idesse investeerimine mõjutab helikvaliteeti positiivselt rohkem kui ükski teine komponent.
Rakenduste CAP-elementide testimine
On levinud arusaam, et erinevad CAP-id võivad erinevatel tingimustel muuta helirakenduste helikvaliteeti. Milliseid kondensaatoreid paigaldada, millistes vooluringides ja millistel tingimustel - jäävad spetsialistide seas enim arutatud teemadeks. Seetõttu on parem selles keerulises teemas jalgratast mitte uuesti leiutada, vaid kasutada tõestatud testide tulemusi. Mõned heliahelad kipuvad olema väga suured ja saastumine helikeskkondades, nagu maandus ja šassii, võib olla suureks kvaliteediprobleemiks. Soovitatav on lisada testile mittelineaarsus ja loomulikud moonutused, testides sillajääke nullist.
| Dielektriline | Polüstüreen | Polüstüreen | Polüpropüleen | Polüester | Hõbe-vilgukivi | Keraamika | Polükarb |
| Temperatuur | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
| Pingetase | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
| Tolerants % | 2,5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
| Viga % | 2, 18% | 0, 28% | 0, 73% | -7, 06% | 0, 01% | -0, 09% | -1, 72% |
| Hajutamine | 0.000053 | 0.000028 | 0,000122 | 0,004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
| Imendumine | 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 / |
| Faas, 2 MHz | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | n / |
| R, 2 MHz | 6 | 7, 8 | 9, 2 | 8, 5 | 7, 6 | 7, 6 | n / |
| Omaeraldusvõime, MHz | 7 | 7, 7 | 9, 7 | 7, 5 | 8, 4 | 9, 2 | n / |
| Sild | madal | madal | väga madal | kõrge | madal | madal | kõrge |
Modelite omadused
Ideaaljuhul eeldab projekteerija, et kondensaator on täpselt selle projekteeritud väärtus, samas kui enamik teisi parameetreid oleks null või lõpmatu. Peamised mahtuvuse mõõtmised ei ole siin nii nähtavad, kuna osad on tavaliselt lubatud hälvete piires. Kõigil kile CAP-idel on märkimisväärne temperatuuritegur. Seetõttu tehakse selleks, et teha kindlaks, millised kilekondensaatorid on heli jaoks parimad, katsetamine laboriseadmetega.
Difusioonikoefitsient on kasulik elektrolüütilise toiteallika efektiivsuse hindamisel. See mõju signaalimise CAP-ide heli jõudlusele ei ole ühtlane ja võib olla üsna väike. Arv tähistab sisekadusid ja selle saab soovi korral teisendada efektiivseks jadatakistuseks (ESR).
ESR ei ole konstantne väärtus, kuid kipub olema kvaliteetsete kondensaatorite puhul nii madal, et see ei mõjuta vooluahela jõudlust kuigi palju. Kui ehitataks kõrge Q resonantsahelad, siis oleks hoopis teine lugu. Madal hajustegur on aga hea dielektriku tunnus, mis võib olla edasistes uuringutes heaks vihjeks.
Dielektriline neeldumine võib olla murettekitavam. See oli varajaste analoogarvutite peamine probleem. Suurt dielektrilist neeldumist saab vältida, nii et vilgukivist helikondensaatorid suudavad pakkuda RIAA võrkudele väga head heli.
Alalisvoolu lekke mõõtmised ei tohiks midagi mõjutada, kuna mis tahes signaalikondensaatori takistus peaks olema väga kõrge. Kõrgema dielektrilise materjaliga on vaja väiksemat pinda ja leke on praktiliselt tühine.
Madalama dielektrilise konstandiga materjalide puhul, nagu teflon, võib vaatamata selle põhitakistusele olla vajaliksuur pindala. Siis võib lekke põhjuseks olla vähimgi saastumine või lisandid. DC leke on tõenäoliselt hea kvaliteedikontroll, kuid sellel pole helikvaliteediga mingit pistmist.
Soovimatud parasiitkomponendid
Transistorid, integraallülitused ja muud aktiivsed komponendid mõjutavad oluliselt helisignaalide kvaliteeti. Nad kasutavad signaali omaduste muutmiseks vooluallikatest saadavat toidet. Erinev alt aktiivsetest komponentidest ei tarbi ideaalsed passiivsed komponendid energiat ega tohiks signaale muuta.
Elektroonilistes vooluringides käituvad takistid, kondensaatorid ja induktiivpoolid tegelikult nagu aktiivsed komponendid ja tarbivad energiat. Nende võltsefektide tõttu võivad need helisignaale oluliselt muuta ja kvaliteedi parandamiseks on vaja hoolik alt komponente valida. Pidev alt kasvav nõudlus parema helikvaliteediga heliseadmete järele sunnib CAPi tootjaid tootma parema jõudlusega seadmeid. Tänu sellele on helirakendustes kasutatavatel kaasaegsetel kondensaatoritel parem jõudlus ja parem helikvaliteet.
Kahtlikud CAP-efektid akustilises vooluringis koosnevad ekvivalentsest jadatakistusest (ESR), ekvivalentsest jadainduktiivsusest (ESL), Seebecki efektist tingitud jadapingeallikatest ja dielektrilisest neeldumisest (DA).
Tüüpiline vananemine, muutused töötingimustes ja spetsiifilised omadused muudavad need soovimatud parasiitkomponendid raskemaks. Iga parasiitkomponent mõjutab elektroonilise vooluringi jõudlust erineval viisil. Alustuseks põhjustab takistusefekt alalisvoolu leket. Võimendites ja muudes aktiivseid komponente sisaldavates vooluahelates võib see leke kaasa tuua olulise muutuse eelpinges, mis võib mõjutada erinevaid parameetreid, sealhulgas kvaliteeditegurit (Q).
Kondensaatori võime käsitleda pulsatsiooni ja kõrgsagedussignaale sõltub ESR-i komponendist. Seebecki efektina tuntud nähtuse tõttu tekib kahe erineva metalli seotuse kohas väike pinge. Nendest parasiittermopaaridest tingitud väikesed akud võivad vooluringi jõudlust oluliselt mõjutada. Mõned dielektrilised materjalid on piesoelektrilised ja nende kondensaatorile lisatav müra on tingitud komponendi sees olevast väikesest akust. Lisaks on elektrolüütilistel CAP-idel parasiitdioodid, mis võivad põhjustada muutusi signaali nihkes või omadustes.
Signaaliteed mõjutavad parameetrid
Elektroonilistes vooluahelates kasutatakse passiivseid komponente võimenduse määramiseks, alalisvoolu blokeerimise loomiseks, toiteallika müra summutamiseks ja nihke tagamiseks. Kaasaskantavates helisüsteemides kasutatakse tavaliselt odavaid väikeste mõõtmetega komponente.
Tõeliste polüpropüleenist helikondensaatorite jõudlus erineb ideaalsete komponentide omast ESR-i, ESL-i, dielektrilise neeldumise,lekkevool, piesoelektrilised omadused, temperatuuritegur, tolerants ja pingetegur. Kuigi neid parameetreid on oluline arvestada helisignaali teel kasutatava CAP-i kavandamisel, nimetatakse kahte signaaliteele kõige suuremat mõju avaldavat pingetegurit ja pöördpiesoelektrilist efekti.
Nii kondensaatorite kui ka takistite füüsikalised omadused muutuvad rakendatava pinge muutumisel. Seda nähtust nimetatakse tavaliselt stressiteguriks ja see varieerub sõltuv alt CAP-i keemiast, disainist ja tüübist.
Pöörane piesoefekt mõjutab helivõimendi kondensaatorite elektrilist võimsust. Helivõimendites põhjustab see komponendi elektrilise väärtuse muutus signaalist sõltuva võimenduse muutumise. See mittelineaarne efekt põhjustab heli moonutusi. Vastupidine piesoelektriline efekt põhjustab madalamatel sagedustel märkimisväärseid helimoonutusi ja on II klassi keraamiliste CAP-ide peamine pingeteguri allikas.
CAP-ile rakendatav pinge mõjutab selle jõudlust. II klassi keraamiliste CAP-ide puhul väheneb komponendi mahtuvus, kui rakendatakse kasvavat positiivset alalispinget. Kui sellele rakendada kõrge vahelduvpinge, väheneb komponendi mahtuvus samamoodi. Madala vahelduvpinge rakendamisel kipub aga komponendi mahtuvus suurenema. Need võimsuse muutused võivad kvaliteeti oluliselt mõjutadahelisignaalid.
THD täielik harmooniline moonutus
Helikondensaatorite THD oleneb komponendi dielektrilisest materjalist. Mõned neist võivad pakkuda muljetavaldavat THD jõudlust, teised aga võivad seda tõsiselt halvendada. Polüesterkondensaatorid ja alumiiniumist elektrolüütkondensaatorid on CAP-ide hulgas, mis annavad madalaima THD-d. II klassi dielektriliste materjalide puhul pakub X7R parimat THD jõudlust.
Heliseadmetes kasutatavad CAP-id klassifitseeritakse üldiselt vastav alt rakendusele, milleks neid kasutatakse. Kolm rakendust: signaalitee, funktsionaalsed ülesanded ja pinge tugirakendused. Optimaalse heli MKT kondensaatori kasutamise tagamine nendes kolmes piirkonnas aitab parandada väljundtooni ja vähendada heli moonutusi. Polüpropüleenil on madal hajumistegur ja see sobib kõigile kolmele alale. Kuigi kõik helisüsteemis kasutatavad CAP-id mõjutavad helikvaliteeti, on signaalitee komponentidel suurim mõju.
Kvaliteetsete helikvaliteediga kondensaatorite kasutamine võib oluliselt vähendada helikvaliteedi halvenemist. Suurepärase lineaarsuse tõttu kasutatakse heliteel tavaliselt kilekondensaatoreid. Need mittepolaarsed helikondensaatorid sobivad ideaalselt esmaklassiliste helirakenduste jaoks. Dielektrikud, mida tavaliselt kasutatakse helikvaliteediga kilekondensaatorite disainidessignaaliteed hõlmavad polüestrit, polüpropüleeni, polüstüreeni ja polüfenüleensulfiidi.
CAP, mida kasutatakse eelvõimendites, digitaal-analoogmuundurites, analoog-digitaalmuundurites ja sarnastes rakendustes, klassifitseeritakse ühiselt funktsionaalseteks referentskondensaatoriteks. Kuigi need polariseerimata helikondensaatorid ei asu signaaliteel, võivad nad oluliselt halvendada ka helisignaali kvaliteeti.
Kondensaatorid, mida kasutatakse heliseadmete pinge säilitamiseks, mõjutavad helisignaali minimaalselt. Sellest hoolimata tuleb tippseadmete jaoks pinget säilitavate CAP-ide valimisel olla ettevaatlik. Helirakenduste jaoks optimeeritud komponentide kasutamine aitab parandada heliahela jõudlust.
Polüstüreenplaadist dielektriline plokk
Polüstüreenkondensaatorid valmistatakse lamell-dielektrilise ploki, sarnaselt elektrolüütilise plokiga, kerimise teel või järjestikuste kihtidena, näiteks raamat (volditud kile-foolium). Neid kasutatakse peamiselt dielektrikutena mitmesugustes plastides, nagu polüpropüleen (MKP), polüester/mülar (MKT), polüstüreen, polükarbonaat (MKC) või teflon. Plaatide jaoks kasutatakse kõrge puhtusastmega alumiiniumi.
Sõltuv alt kasutatava dielektriku tüübist toodetakse erineva suuruse ja võimsusega kondensaatoreid tööpingega. Kõrge dielektrikPolüestri tugevus võimaldab valmistada parimaid elektrolüütkondensaatoreid väikeses suuruses ja suhteliselt madalate kuludega igapäevaseks kasutamiseks, kus pole vaja erilisi omadusi. Mahtuvused on saadaval vahemikus 1000 pF kuni 4,7 mikrofaradi tööpingel kuni 1000 V.
Polüestri dielektrilise kadude tegur on suhteliselt kõrge. Heli puhul võib polüpropüleen või polüstüreen oluliselt vähendada dielektrikadu, kuid siinkohal tuleb märkida, et need on palju kallimad. Polüstüreeni kasutatakse filtrites/ristmikes. Üks polüstüreenkondensaatorite puudus on dielektriku madal sulamistemperatuur. Seetõttu erinevad polüpropüleenist helikondensaatorid tavaliselt üksteisest, kuna dielektrik on kaitstud jootejuhtmete eraldamisega kondensaatori korpusest.
Kõrge energiatihedusega FIM-tehnoloogia
Suure võimsusega kile CAP-id pakuvad seda tüüpi kolme kategooriat: TRAFIM (standardne ja eriline), FILFIM ja PPX. FIM-tehnoloogia põhineb segmenteeritud alumiiniummetalliseerimiskilede kontrollitud iseparanevate omaduste kontseptsioonil.
Maht on jagatud mitmeks miljoniks elementaarseks elemendiks, mis on kombineeritud ja kaitstud kaitsmetega. Nõrgad dielektrilised elemendid on isoleeritud ja enne kaitsmete läbistamist isoleeritakse kahjustatud elemendid, millega kondensaator jätkab normaalset tööd ilma lühise ja plahvatuseta, nagu võib juhtuda elektrolüütilise puhul.heli kondensaatorid.
Soodsate tingimuste korral ei tohiks seda tüüpi CAP eeldatav eluiga ületada 200 000 tundi ja MTBF 10 000 000 tundi. Töötades nagu aku, tarbivad need kondensaatorid vähesel määral võimsust üksikute elementide järkjärgulise lagunemise tõttu komponendi eluea jooksul.
Seeriad TRAFIM ja FILFIM pakuvad kõrgepinge/võimsuse (kuni 1kV) pidevat filtreerimist. Maht on erinev:
- 610uF kuni 15625uF standardse TRAFIM-i jaoks;
- 145 uF kuni 15460 uF erilise TRAFIM jaoks;
- 8,2 uF kuni 475 uF FILFIM jaoks.
Alalisvoolu pingevahemik on:
- 1,4 KV kuni 4,2 KV standardse TRAFIM jaoks;
- 1,3kV kuni 5,3kV isikupärastatud TRAFIM-i jaoks;
- ja 5,9 kV kuni 31,7 kV FILFIM jaoks.
PPX-seeria kondensaatorid pakuvad täielikku valikut võrgulahendusi nii GTO summutamiseks kui ka CAP-ide blokeerimiseks, pakkudes mahtuvusi vahemikus 0,19 uF kuni 6,4 uF. PPX-i pingevahemik on 1600 V kuni 7500 V väga madala iseinduktiivsusega.
heli kilekondensaatoritel on üldiselt suurepärane kõrgsageduslik jõudlus, kuid seda kahjustab sageli nende suur suurus ja pikk juhtme pikkus. Näha on, et Panasonicu väikesel radiaalkondensaatoril on palju suurem omaresonants (9,7 MHz) kui Publikul (4,5 MHz). Selle põhjuseks ei ole paigaldatud teflonkork, vaid see, et see on mitu tolli pikk.ja seda ei saa keha külge kinnitada. Kui projekteerija vajab suure ribalaiusega pooljuhtide stabiilsuse säilitamiseks kõrgsageduslikku jõudlust, vähendage juhtme suurust ja pikkust absoluutse miinimumini.
Heliahelate jõudlus sõltub suuresti passiivsetest komponentidest, nagu kondensaatorid ja takistid. Tegelikud CAP-id sisaldavad soovimatuid võltskomponente, mis võivad helisignaalide omadusi oluliselt moonutada. Signaaliteel kasutatavad kondensaatorid määravad suuresti helisignaali kvaliteedi. Seetõttu on signaali halvenemise minimeerimiseks vajalik CAP-i hoolikas valik.
Helikvaliteediga kondensaatorid on optimeeritud vastama tänapäevaste kvaliteetsete helisüsteemide vajadustele. Heli jaoks mõeldud plastkilekondensaatoreid kasutatakse kvaliteetsetes helisüsteemides ja neil on lai valik rakendusi.
