МЕНЮ

 

  ПОИСК ПО САЙТУ
 
КАКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ ПОСТАВИТЬ В УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

            Любой усилитель мощности состоит из компонентов, объединенных тем или иным способом. Количество компонентов может исчисляться десятками, а то и сотнями единиц и от каждого компонента что то зависит - это как кирпичики одного здания, от которых зависит и высота, и красота, и прочноcть всей конструкции. Об этих "кирпичиках" и пойдет речь в этой статье.
      "Имеет ли смысл гнаться за нулями после запятой в Кг?"
      В разумных пределах конечно имеет, поскольку звуковой тракт должен повторять задумку композитора и исполнителей максимально точно, не внося своих собственных "дополнений", не говоря уже о потрескиваниях и пошипываниях. Хотя многое зависит от использования аудиотракта. Если строится система для шумового сопровождения, типа балабонящего радиоприемника и не особо вникать в качество прослушиваемых фонограмм, то Кг и в 1% мешать не будет, поскольку подобные тракты эксплуатируются при выходных мощностях не более 3-5 Вт, а обычно гораздо меньше. Если же планируется целевое прослушивание, хотя бы время от времени, то к вносимым в тракт искажениям стоит подойти более серьезно и постараться обеспечить хотя бы один нолик после запятой на мощностях 2/3, в идеале 3/4 от максимальной. Дальнейшая гонка за нулями после запятой уже чревата серьезными экономическими вложениями и более тщательному подходу к схемотехнике усилителя, а так же однозначно предъявляет повышенные требования к используемым АС, поскольку каким хорошим не был тракт все может загубить именно АС.
     
     

КОНДЕНСАТОРЫ

      Про устройство конденсатора, пожалуй, рассказывать смысла не имеет - на эту тему достаточно много написано, поэтому сразу перейдем к параметрам, но для начала вспомним обозначение:

Графическое обозначение конденсатора

      В зависимости от используемой при производсте технологии конденсаторы деляться на на серии:
     

Серия

Краткое описание серии

Основные применения

Постоянной ёмкости

К10

Керамические на номинальное напряжение ниже 1600 В

Для высокочастотных конденсаторов: термокомпенсация, ёмкостная связь, фиксированная настройка контуров на ВЧ;

Для низкочастотных конденсаторов: шунтирующие, блокирующие и фильтрующие цепи, междукаскадная связь на НЧ.

К15

Керамические на номинальное напряжение 1600 В и выше

Ёмкостная связь, фиксированная настройка мощных ВЧ-контуров, импульсные устройства

К21

Стеклянные

Блокировка, фиксированная настройка ВЧ-контуров, ёмкостная связь, шунтирующие цепи

К22

Стеклокерамические

К23

Стеклоэмалевые

К26

Тонкоплёночные с неорганическим диэлектриком

 

К31

Слюдяные малой мощности

Блокировочные и шунтирующие цепи, ВЧ фильтрующие цепи, ёмкостная связь, фиксированная настройка контуров

К32

Слюдяные большой мощности

К40

Бумажные на номинальное напряжение ниже 2 кВ, фольговые

Блокировочные, буферные, шунтирующие, фильтрующие цепи, ёмкостная связь

К41

Бумажные на номинальное напряжение 2 кВ и выше, фольговые

К42

Бумажные металлизированные

Цепи развязок и фильтры; в качестве ёмкостей связи не применяются

К50

Оксидно-электролитические алюминиевые

Шунтирующие и фильтрующие цепи, накопление энергии в импульсных устройствах

К51

Оксидно-электролитические танталовые, ниобиевые и т.д.

Применяются вместо электролитических алюминиевых конденсаторов, в основном в полупроводниковой аппаратуре, при повышенных требованиях к параметрам конденсаторов

К52

Объёмно-пористые

К53

Оксидно-полупроводниковые

К60

С воздушным диэлектриком

Эталоны ёмкости и образцовые конденсаторы, блокировочные высоковольтные, развязывающие и контурные

К61

Вакуумные

К71 (К70)

Полистирольные

Точные временные цепи, интегрирующие устройства, контура высокой добротности, образцовые ёмкости

К72

Фторопластовые

Применяются аналогично полистирольным конденсаторам, при повышенных требованиях к температуре и электрическим параметрам

К73 (К74)

Полиэтилентерафталатные

Применяются аналогично бумажным конденсаторам при повышенных требованиях к электрическим параметрам

К75

Комбинированные (диэлектрик состоит из определённого сочетания слоёв различных материалов)

Применяются аналогично бумажным конденсаторам при повышенных требованиях к надёжности

К76

Лакоплёночные

Применяются аналогично бумажным и металлобумажным конденсаторов, а также частично могут заменять электролитические конденсаторы, особенно при повышенных значениях переменной составляющей.

К77

Поликарбонатные

Применяются аналогично полиэтилентерафталатным конденсаторам, но на более высоких частотах

К78

Полипропиленовые

Телевизионная и бытовая РЭА, электротехника

Подстроечные

КТ1

Вакуумные

Специальная аппаратура

КТ2

С воздушным диэлектриком

Радиоприёмная аппаратура

КТ3

С газообразным диэлектриком

Специальная аппаратура

КТ4

С твёрдым диэлектриком

Радиоприёмная и телевизионная аппаратура

Переменной ёмкости

КП1

Вакуумные

Специальная аппаратура

КП2

С воздушным диэлектриком

Радиоприёмная аппаратура

КП3

С газообразным диэлектриком

Специальная аппаратура

КП4

С твёрдым диэлектриком

Радиоприёмная и телевизионная аппаратура


     
      К основным параметрам конденсатора является емкость, т.е. способность конденсатора накапливать электрический заряд.
      Далее идет плотность энергии, в основном применяется к электролитическим конденсаторам. Этот параметр важен при использовании конденсатора как накопителя энергии и последующей ее мгновенной отдачей, например накопительные конденсаторы фотовспышки.
      Номинальное напряжение - параметр описывающий при каком напряжении конденсатор может эксплуатироваться непрерывно, круглосуточно. Превышение этого параметра ведет пробою диэлектрика и выходу конденсатора из строя. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
      Кроме этого у электролитических конденсаторов существует полярность, поскольку конструктивно выполнены на основе химических элементов, при смене полярности которые разрушаются и приводят к закипанию электролита, пары которого приводят к взрыву конденсатора.
      Эквивалентная схема конденсатора пиведена ниже и на ней видно, что у конденсатора есть еще "дополнительные" элементы:

Схема замещения реального конденсатора

      R1 - электрическое сопротивление изоляции конденсатора, отвечающий за ток утечки - чем выше сопротивление R1, тем меньше ток утечки.
      R2 - эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС (англ. ESR), внутреннее сопротивление) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.
      L1 - эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора.
      С1 - собственно сама емоксть конденсатора.
      Так же у конденсаторов есть еще параметры, за которыми следует приглядывать, поскольку "забывчивость" на этот счет может привести к весьма не приятным эффектам. Особое внимание следует уделять при проектировании частото заивимых цепей температурному коэффициенту ёмкости (ТКЕ). ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). При использовании конденсаторов с высоким ТКЕ в эквалайзерах частотный диапаозн регулировко будет изменяться в зависимости от окружающей температуры, а так же от внутреней температуры. Например эквалайзер устноавлен сверху усилителя мощности. Зимой, впрохладной квартире в момент включения частотный диапазон будет смещен в область НЧ, но по мере прогрева диапазон будет перемещаться в область ВЧ. На слух такое измение возможно и будет не замечено, однако при использовании эквалайзера для редактирования музыкальных фонограмм возможны недоразумения.
      Диэлектрическая абсорбция - появление напряжения на обкладках конденсатора после быстрого разряда и снятия нагрузки. Эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т.п.
      Многие керамические материалы обладают пьезоэффектом — способностью генерировать разность потенциалов при механических деформациях. Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать таким свойством. Обычно это проявляется в возникновении помех в электрических цепях вследствие шума или вибрации, поэтому этот эффект довольно часто называют "микрофонным".
      Конденсаторы технологически отличаются друг от друга использумемыми при их производстве материалами все параметры в разных конденсаторах будут проявляться по разному, а поскольку целью статьи является ознакомление с элементной базой, то наиболее интересными будут свойства конденсаторов, которые применяются в звукотехнике.
      НЕПОЛЯРНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
      Неполярные конденсаторы в усилителях мощности используются весьма интенсивно, причем используются не только для накопления энергии.
      Основных сфер использования конденсаторов в усилителях несколько:
      - фильтрация напряжения питания, где как раз и используется свойство конденсатора накапливать и отдавать энергию;
      - отсекание постоянного напряжения в трактах усиления, в которых используется перезарядка конденсатора переменным напряжением;
      - частотозависимые параметры, позволяющие изменять коф усиления каскада в зависимости от частоты проходящего сигнала.
      О последнем использования стоит поговорить более подробно. Дело в том, что кроме перечисленных выше параметров у конденсатора есть еще один - реактивное сопротивление. Этот параметр основан на скорости заряда-разряда конденсатора, которая определяет через какой промежуток времени конденсатор будет полностью заряжен или полностью заряжен. При подаче переменного напряжение скорость перезаряда будет определять на сколько процентов успел зарядится-разрядится конденсатор, а это зависит от емкости конденсатора и от подаваемой частоты.
      Для наглядности обратимся к схеме:

      Здесь V1 является генератором прямоугольных импульсов с длительностью 1 мС (1000 Гц) и амплитудой 10 В.
      На левом выводе конденсатора С1 присутствуют эти самые импульсы:

      По мере заряда конденсатора C1 напряжение на резисторе R1 уменьшается, поскольку через конденсатор перестает протекать ток:

      Кроме этого, в момент окончания импульса (на 0,5 мС) конденсатор начинает разряжаться, поскольку напряжение на генераторе равно нулю, а R1 не имеет источника ЭДС. Это означает, что ток меняет свое направление на противоположное, т.е. на верхнем выводе R1 появляется отрицательное напряжение и оно присутствует до тех пор пока конденсатор не разрядится.
      Но разрядится полностью он не успевает - снова появляется импульс на генераторе (1 мС), ток через С1 снова меняет свое направление и на R1 появляется положительное напряжение. Однако его величина уже меньше, чем в момент поялвения первого импульса - сказывается остаточный заряд в конденсаторе.
      По мере заряда конденсатора напряжение на R1 начинает уменьшаться, но до нуля не успевает дойти - импульс снова исчезает ( 1,5 мС) и конденсатор начинает разряжаться, т.е. процесс начинает повторяться с спотепенным выравниванием положительного и отрицательного напряжений на R1 и буквально через 3-4 такта генератора напряжение на R1 будет полноценным переменным, т.е. положительное напряжение будет достигать 7,5 В и отрицательное напряжение будет достигать 7,5 В:

      Кроме того, что на R1 теперь приходит переменное напряжение его стало меньше - форма напряжение отличается от изначальной прямоугольной довольно сильно, следовательно С1имеет какое то сопротивление, но конденсатор по определению не может иметь сопротивления, поскольку между обкладками конденсатора находится изолятор. Именно поэтому этот эквивалент конденсатора называют реактивным сопротивлением.
      Для уточнения правоты утверждения, что конденсатор выступает вроли сопротивление увеличим его емоксть в 10 раз, т.е. используем конденсатора на 470 нФ:

      Из рисунка видно, что напряжение на R1 приобрело более прямоугольную форму, т.е. очевидно, что действующее напряжение, приложенное к R1 возросло, слдеовательно реактивное сопротивление С1 уменьшилось.
      Тепреь изменим генерируемую генератором частоту, чтобы убедится, чтореактивное сопротивление зависит и от емкости конденсатора и от частоты. После уменьшения частоты в 10 раз прилагаемое к R1 напряжение приобретает вид:

      Рисунок один в один повторяет тот, который был при емкости в 47 нФ и частоте 1 кГц, только теперь частота 100 Гц, а емкость 470 нФ. Это подтверждает, что реактивное сопротивление конденсатора зависит и от частоты и от емкости самого конденсатора.
      Само сопротивление расчитывается по формуле:

      где F - частота в Герцах, С - емкость в Фаррадах.
      Используя эту формулу можно достаточно просто определить на какой частоте что будет происходить в частотозависимых цепях, а так же определить необходимый номинал разделительных конденсаторов, но это вопросы схемотехники, здесь же знакомство с самими компонентами, поэтому вернемся к конеднсаторам.
      Поскольку у конденсатора кроме полезных параметров есть еще и вредные не трудно сделать вывод, что проходя через конденсатор переменное напряжение будет искажаться. Величины искажений каждого типа конденсаторов различны, отсюда и пошло определение "звуковые конденсаторы", вносящие миимальные искажения в сигнал и остальные, пригодные для шунтирования питания.
      Для проверки конденсаторов использовалась следующая схема:

      Со звуковой карты подавалось синусоидальное напряжение максимальной амплитуды (2В эфф.), резистор подбирался так, чтобы напряжение на конденсаторе было в пределах 2...2,5 В амплитудного (т.е. примерно 1,5 вольта действующего) значения. Кроме напряжения на конденсаторе, измерялось и выходное напряжение звуковой карты, чтобы контролировать ее искажения. Из измерений видно, что искажения самой карты намного меньше, и не влияют на точность (искажения карты вычитались из результатов, вычитание было абсолютно правильным: корень квадратный из разности квадратов амплитуд соответствующей гармоники).

      В результате тестов было выяснено, что минимальные искажения вносят конденсаторы МБМ, а максимальные многослойная керамика КМ-5, остальные "кандидаты" расположились следующим образом:
     
     
Место
Тип
"Обычный" Кг
Нормированный К'г
1
МБМ
0,0014
0,0067
         
2
К78-19
0,0015
0,0049
         
3
К71-7
0,0016
0,0061
         
4
EPKOS
0,0017
0,0053
         
5
К73-16
0,0017
0,0091
         
6
К73-17
0,0019
0,0074
         
7
К78-2
0,0022
0,0064
         
8
ФТ-1
0,0023
0,0098
         
9
К42У-2
0,0023
0,0078
         
10
"Зеленый нонейм"
0,0025
0,024
         
11
Импортный "К73"
0,0027
0,012
         
12
К10-17а
0,83
2,2
         
13
КМ-5
2,1
6,1
         
  в защиту последних двух строчек следует сказать, что у них Кг сильно зависит от емкости конденсатора - чем больше емкость - тем больше Кг. Вывод напрашивается сам собой - их можно использовать в цепях коррекции, где емкость не более 100 пкФ, но нельзя использовать в качестве разделительных, где емкость должна быть более 1 мкФ.

      Кроме обычного способа использовался еще один способ вычислений Кг - нормированный. Этот способ нормирования придумали инженеры из лаборатории английской компании ВВС в 50-х годах ХХ века. И такой способ, когда напряжение гармоники умножается на квадрат ее номера, позволяет учесть ширину спектра гармоник. Зачем это нужно? А затем, что чем больше порядок нелинейности и шире спектр гармоник, тем хуже звук:

      Другими словами, если удасться собрать идеальный усилитель с Кг равным нулю, то используя в качестве разделительного конденсатора C1 конденсаторы МБМ на выходе получим Кг равным 0,0014%, а используя К10-17А - 0,8%:

      Примерно так же обстоят дела у электролитических конденсаторов - все "болячки" конденсаторов у них присутствуют, только для электролитических конденсаторов наиболее интересным является ESR, покольку электролитические конденсаторы больше применяются в цепях питания, т.е. используется их свойство накапливать и отдавать энергию. Обычно ESR указывается для определенной частоты/ емкости/рабочего напряжения, а также типоразмера корпуса конденсатора.
      Как правило, конденсаторы в высоких и узких корпусах имеют лучшие характеристики, чем низкие и широкие. Это связано с особенностями конструкции - в высоком и узком корпусе алюминиевая лента свернута в меньшее количество витков и имеет бОльшую ширину, а это- меньшая индуктивность и паразитное сопротивление конденсатора. Естественно, это замечание справедливо при сравнении конденсаторов одной серии одного производителя, низкокачественные поделки нонейм производителей форма корпуса не спасет.
      Ниже приведена таблица рейтинга электролитических конденсаторов, составленная на основании ислодований как поклоников аналоговой техники, так и цифровой, причем в рейтингах отсутствуют СУПЕРБРЕНДЫ, хотя их производители присутствуют. Позиция в левой колонке составлена звуковиками, которые отталкивались от надежности, а левую половину таблицы заполнили компьютерщики на основе раскопанных на конденсаторы даташитов:
     

ПРОИЗВОДИТЕЛЬ
ПРИМЕЧАНИЯ
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ
Sanyo Серия WG, сверхнизкое сопротивление, 0.016 om/100kHz для номинала 1800 мкф.
SP серия, конденсаторы с органическим полупроводниковым электролитом и сверхнизким сопротивлением, и вообще, крутая, но редкая штука. 0.008 om/300kHz для номинала 1500 мкф.
SVPC серия, алюминиевые с полимерным электролитом. повышенные частоты и надежность, сверхнизкое сопротивление, 0.01 om/300kHz для номинала 1500 мкф
   
Rubycon MCZ, ультра низкое сопротивление, повышенные рабочие частоты, 0.016 om/100kHz для номинала 1500/6.3
серия MBZ ультра низкое сопротивление, 0.026 om/100kHz для номинала 1500/6.3. Серия уже снята с производства, на смену ей выпускается серия MCZ
серия YXG низкое сопротивление, 0.046 om/100kHz для номинала 1500/6.3. Это обычный хороший электролит с улучшенными параметрами. Для испльзования в фильтрах импульсных преобразователей питания процессоров /памяти не позиционируется, хотя для замены неисправных при отсуствии других вариантов сойдут. Для линейных стабилизаторов - более чем хороши.
   
Elna Данных нет, но есть комент "слухача", тестировавшего конденсаторы в блоке питания усилителя:
      Elna Silmic II является лучшим устройством этого теста. По сравнению с очень хорошим Black Gate, Elna звучит лучше. Разница между Sprage и Black Gate такая же как между Black Gate и Elna. Это, безусловно, лучший выбор для электролитического конденсатора в фильтре питания усилителя мощности.
   
Nippon Chemi-Con серия KZG, ультра низкое сопротивление (здесь, и дальше, будет иметься в виду ESR), 0.026 om/100kHz для номинала 1500/6.3 На некоторых форумах эту серию считают не очень надежной (первая партия, с кривым электролитом, досталась производителю материнкских плат ABIT, отсюда и пошли слухи).
PSC, алюминиевые с полимерным электролитом, сверхнизкое сопротивление, высокие частоты. 0.01 om/300kHz для номинала 1500 мкф
   
Nichicon НМ, повышенное качество, свернизкое сопротивление, 0,016 ом/100kHz для номинала 1500/6.3.
НN имеет еще более низкое сопротивление, 0,012 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
НZ имеет еще более низкое сопротивление, 0,009 ом/100kHz для номинала 1500/6.3, но уже не позиционируется производителем, как имеющая повышенную надежность
   
Fujitsu Нет данных
   
Samsung TLQ, повышенное качество, свернизкое сопротивление, 0,015 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
   
EPCOS В41886, ультра низкое сопроитвление, повышенная надежность. 0,028 ом/100kHz для номинала 1500/6.3. Если попадутся - смело берите, несмотря на средние показатели ESR, зато качество гарантировано
   
CapXon LZ, ультра низкое сопротивление, 0,02 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
   
Jamicon WL низкое сопротивление, пониженное на высоких частотах 0,036 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
MZ пониженное низкое сопротивление, long life, 0,018 ом/100kHz для номинала 1500/6.3
   
Matsushita
      (Panasonic)
Серии FC, FK и FM имеют малое ERS, и сравнительно не так дороги.
   
Hitachi НЕТ ДАННЫХ
HITANO
SAMWHA
Vishay
Teapo
OST
   
НЕ РЕКОМЕНДУЕМЫЕ
D.S (VENT)  
Chhsi (HK(M), WG(M))  
G-LUXON (SM)  
GSC  
Fuhjyyu  
HEC  
Jackcon  
Jee  
Li-con (Licon)  
Jenpo  
JPCON  
JODEN  
Rulycon  
Rubysun  
Tayeh  
Lelon  
Ltec  
E.V.A.TOP  
JunFu (WG, HK)  
FULLTEC  
KYS  
SOWA  
Su'scon  
EASICON  
Gjt  
Elite  
TREC  
GLORIA (GAE)  
MK (M)P8  
Samxon  

      Разумеется, что при использовании конденсаторов с низким ESR к раcположению проводников на печатной плате предъявляются более жесткие требования - не правильная разводка платы может, если и не перечеркнуть полностью, то существенно снизить эффективность этих кондесаторов:

      Кроме упомянутых конденсатров существуют дополнительные серии "For Audio" - "СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ АУДИО" и имеющие сверхмалое ERS, повышенную плотность энергии и конечно же не копеечную стоимость. Использовать такие кондесаторы стоит в сверхвысококачественных усилителях, а если речь идет уже о таком качестве звукового тракта, то уже имеется и соответствующий опыт, следовательно расписывать все прелести "For Audio" не имеет смысла.
      При использовании электролитических конденсаторов в качестве разделительных рекомендуется последовательно-параллельное включение, которое позволяет избавится от проблем полярности электролитов и компенсирует возрастающий у них с частотой ERS:

      Сумарную емоксть получившегося конденсатора можно вычилить в два этапа:
      сначала вычисляется емкость двух последовательно соединенных конденсаторов
      , а затем к получившемуся результату прибавляется емскость С2, поскольку при параллельном соединении емкости конденсаторов суммируются.
      Напоследок осталось добавить, что механическая прочность выводов конденсатора гораздо меньше, чем это кажется, поэтому при монтаже на плату высоких конденсаторов лучше их дополнительно закрепить к плате при помощи клея или герметика, а расположенные близко друг к другу можно и "законтрить" между собой. Это особенно актуально при сборки автомобильной техники:

КАКИЕ РЕЗИСТОРЫ И ПРОВОДА ИСПОЛЬЗОВАТЬ В УСИЛИТЕЛЕ МОЩНОСТИ


Адрес администрации сайта: admin@soundbarrel.ru
   

 

Яндекс.Метрика Яндекс цитирования

 

 
    электрическое сопротивление изоляции конденсатора эквивалентное последовательное сопротивление ESR внутреннее сопротивление Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать эффект называют микрофонным Неполярные конденсаторы в усилителях мощности используются для электролитических конденсаторов наиболее интересным является ESR раcположению проводников на печатной плате предъявляются более жесткие требования