Конденсатор для вч динамика. Подключение высокочастотных динамиков через конденсатор

В многополосных акустических системах, кроме динамиков обязательно ставятся частотные фильтры. Это необходимо чтобы разделить полосу звука в зависимости от типа громкоговорителя. Все динамики можно разделить на следующие группы:

• Низкочастотные
• Среднечастотные
• Высокочастотные
• Широкополосные

Самые простые акустические системы, состоящие из одного широкополосного динамика, фильтров не имеют, но и диапазон воспроизведения такой системы невелик. Он может составлять 40-50 Гц – 12-16 кГц. Хорошие акустические системы включают в себя три динамика с разделением сигнала, поступающего от усилителя на три следующие полосы:

• НЧ – 20 Гц-500 Гц
• СЧ – 200 Гц-7000 Гц
• ВЧ – 2000 Гц-22000 Гц

Разделение звукового сигнала на отдельные полосы осуществляется с помощью пассивных LC фильтров. Подключение ВЧ динамиков через конденсатор связано с необходимостью ограничения мощности на частотах, определяемых ёмкостью конденсатора. Дело в том, что высокочастотные «пищалки» имеют маленькие размеры и соответственно маленький диффузор, сделанный из твёрдого материала. Большая мощность низких частот может повредить высокочастотную динамическую головку. Кроме того «низы» воспроизводимые «пищалкой» будут звучать с сильными искажениями, нарушая всю звуковую картину.

Как подключить ВЧ динамик через конденсатор

Схема подключения ВЧ головки, состоящая только из одного конденсатора называется фильтром или пассивным кроссовером первого порядка. Он называется «High-passfilter» и работает следующим образом. Ёмкость конденсатора определяет полосу среза. Это не означает, что звуковые частоты, располагающиеся ниже уровня среза, не будут воспроизводиться высокочастотным громкоговорителем.Кроссовер первого порядка имеет чувствительность 6 dB (децибел) на октаву. Октава это в два раза меньше или больше. Если величина среза равна 2 000 Герц, то частота, лежащая на октаву ниже, то есть 1 000 Герц будет воспроизводиться с уровнем на 6 dB меньше, снижение уровня на 500 Герц будет уже – 12 dB и так далее.

Исходя из размеров и жёсткости диффузора высокочастотного громкоговорителя, можно считать, что низкие частоты не окажут существенного влияния на воспроизведение ВЧ диапазона. Существуют более сложные кроссоверы второго порядка, в схему которого, кроме конденсатора, входит дроссель. Они обеспечивают снижение мощности в 12 децибел на октаву, а фильтры третьего порядка позволяют получить спад в 18 децибел на октаву.

Какой конденсатор ставить на ВЧ динамик

Для получения качественного звучания акустических систем, нужно очень тщательно подходить к выбору конденсатора. Какой конденсатор нужен для динамика ВЧ. Китайские производители недорогих колонок ставят последовательно с катушкой высокочастотного динамика электролит ёмкостью 2-10 мкф.

Изделия такого типа являются полярными и по определению предназначены для работы в цепях постоянного тока. На переменном токе они ведут себя не совсем корректно, поэтому для подключения высокочастотного динамика в акустической системе из двух или трёх громкоговорителей нужно использовать плёночные изделия соответствующей ёмкости. Если имеется недорогая акустическая система китайского производства, то достаточно вскрыть её, и заменить электролит, на полипропиленовый или бумажный конденсатор, чтобы почувствовать разницу.

Если необходимой ёмкости нет, то нужные конденсаторы для ВЧ динамиков собираются из нескольких изделий, соединённых параллельно.Из отечественной продукции можно использовать К73-17 и К78-34. Это лавсановые и полипропиленовые изделия. Тип К78-34 специально разработан для установки в фильтры высококачественных акустических систем. Он корректно работает на частотах до 22 кГц при выходной мощности колонок до 220 ватт с динамиками 4 Ом.

Чтобы правильно подобрать конденсатор для ВЧ динамика 4 Ом нужно знать его резонансную частоту. Высокочастотные головки могут иметь сравнительно низкую резонансную частоту порядка 800-1 200 Гц, но у большинства «пищалок» резонанс будет на 2 000-3 000 Гц. Величины конденсаторов для разных уровней среза к динамику 4 Ом выглядят следующим образом:

• 5 000 Гц – 8,0 мкф
• 6000 Гц – 6,5 мкф
• 8000 Гц – 5,0 мкф
• 9000 Гц – 4,4 мкф

Обрезать полосу, с помощью фильтра первого порядка, нужно выше резонанса, в противном случае колонка будет неприятно вибрировать при воспроизведении звука. Рекомендуется, чтобы частота среза фильтра примерно в два раза превосходила величину резонанса высокочастотного громкоговорителя.



великая тайна бумажной конденсаторной алхимии / Pult.ru corporate blog / Habr

Одним из многочисленных заблуждений, касающихся аудиокомпонентов, является подход к выбору конденсаторов. Так известно, что некоторой частью сообщества аудиофилов высоко котируются определенные виды этих элементов для накопления заряда. Тут необходимо отметить, что использование тех или иных конденсаторов в усилителях и кроссоверах акустических систем действительно может существенно отразиться на верности воспроизведения, но…

Ярые приверженцы “альтернативной конденсаторной теории” стараются доказать, что те или иные виды бумажных конденсаторов (а в ряде случаев, самодельные бумажные конденсаторы) — это априори лучшее, что можно использовать в схеме усилителя или фильтра. Аргументация безапелляционна и проста — “у них более мягкий звук”.

Также в среде слабо знакомых со схемотехникой, но при этом знакомых с “запахом канифольной дымки” по инерции появилась мода на замену всех конденсаторов в усилителях и фильтрах АС для получения “божественного звука”.

Про абсурдность самого по себе “слушания конденсаторов”, равно как выслушивания вешалок-кабелей и теплых ламповых фрактальных додекаэдров я умолчу, дабы не оскорблять чувства верующих. В этом посте сжигаем бумажный миф о конденсаторах, разбираемся с линейностью этих, бесспорно, важных элементов и немного коснемся того когда нужно. а когда не стоит менять конденсаторы.

Ценность промасленной бумаги и волшебство конденсаторных замен

Итак, приступим. Корни мифа, изложенного ниже, к сожалению найти не удалось, но полагаю, что к его созданию приложил усилия достопочтенный господин Лихницкий (прошу учитывать, что многие считают подобные заявления уважаемого инженера очень тонким пранком и троллингом), некогда высоко оценив качество бумажно-масляных конденсаторов немецкой фирмы Telefunken образца 30-х годов (еще АМЛ очень котировал их триоды, как самые “теплые” и “одухотворенные”).

Утверждается, что в силу технических (физических), а в ряде источников метафизических особенностей, различные типы бумажных конденсаторов обладают огромной ценностью при формировании “качественного звука», так как более линейны по сравнению с другими типами. Пересказ всех мифов о причинах “более высокой” линейности займет не одну статью, и я позволю себе этим не утруждаться.

В метафизических объяснениях влияния этих конденсаторов на звук приводятся аргументы в пользу благородности бумаги, как материала для использовании в создании звукового тракта. Но все описанные выше аргументы применяются сравнительно редко, даже метафизические. Основной посыл в опусах поднаторевших в ”златоухом слушании” сторонников промасленной бумаги и фольги сводится к тому, что звук с такими конденсаторами становится “мягче”, “натуральнее” и “честнее”.

Коснусь ещё одного конденсаторного мифа. При покупке винтажной аудиотехники или с целью улучшения звука в бюджетном усилителе или АС нередко рекомендуют замену всех конденсаторов устройства. В первом случае замена может быть вполне объективно оправдана высохшими и раздутыми электролитами. Второй случай представляет менее приглядную картину.

Аудиоманьяки с паяльниками особенно часто проводят “трансплантацию” конденсаторов выпрямителей, отвечающих за питание выходных каскадов УМЗЧ. При этом любители исследования “глубин низкочастотного диапазона” стараются до предела увеличить номинал емкости. Аргументация также есть:

“Хочу больше низа, усилитель не может раскрыть НЧ-потенциал моей АС. Ща поставлю нормальную емкость и НЧ станут более насыщенными”.

Пепел бумажной тайны

Едва ли эта статья заставит истинных приверженцев бумажной конденсаторной теории каким-то образом отойти от своих взглядов, но по крайней мере заставит задуматься тех, кто гипотетически может поверить в этот бред.

Часть любителей “божественного” звука говорят о линейности конденсаторов. При этом в их стандартных характеристиках нет такого понятия как “линейность”. Конденсаторы характеризуются емкостью, удельной емкостью, номинальным напряжением, плотностью энергии.
Выделяют также паразитные параметры:

• электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора;
• поверхностные утечки, саморазряд;
• эквивалентное последовательное сопротивление;
• температурный коэффициент ёмкости;
• тангенс угла диэлектрических потерь;
• эквивалентная последовательная индуктивность;
• диэлектрическая абсорбция.

Считается, что описанные выше параметры способны влиять на линейность при использовании в акустически значимых цепях усилителя и кроссоверах. И тут возникает проблема, практически все описанные характеристики у бумажных конденсаторов хуже чем у других типов.

Итак, мифотворцами утверждается, что бумажные конденсаторы более линейный элемент и, соответственно, его имеет смысл применять вместо керамических, пленочных, электролитических и пр. Я не первый, кто задался вопросом о правильности этих выводов о линейности. Так на форуме electroclub.info один из участников сообщества (в далёком 2008-м году) провёл несколько тестов, сравнив типы конденсаторов на предмет коэффициента гармонических искажений, которые они могут вносить.

Несмотря на некоторые неточности в методике измерений, о которых автор предупредил, его тесты демонстрируют вполне реалистичную картину. Если резюмировать: металлобумажный К42У-2 ( Кг = 0.0023%, К’г = 0.0078%) оказался значительно линейнее керамических, но уступил плёночным. Учитывая, что в сравнении пленочных конденсаторов с бумажными линейность отличалась на тысячные доли % Кг, можно смело говорить о том, что разница в их линейности находится в пределах величин, которыми можно пренебречь. Кроме того, тот же автор утверждает (на основании проведенного теста), что линейность конденсатора в большей степени зависит от емкости, нежели от использованного типа. А проблема линейности у “керамики” возникает в связи с использованием небольшого объема для большой ёмкости и не является обязательной для всех керамических конденсаторов.

Можно сделать грубый и не бесспорный вывод, что металлобумажные конденсаторы (в идеальных равных условиях), вероятно, более линейный элемент, нежели керамические, но при этом не превосходят по линейности пленочные и другие типы.

Иными словами нет прямой зависимости между искажениями которые способен внести конденсатор и его типом. Более того, в большинстве современных конденсаторов искажения настолько малы, что их величинами можно смело пренебрегать, особенно если речь идёт о создании бюджетной аппаратуры.

Кроме того, бумажные конденсаторы обладают рядом недостатков, благодаря которым были практически вытеснены с рынка другими типами. Эти недостатки способны отражаться, как на звуке (особенно в случаях с разделительными — межкаскадными элементами), так и в принципе на стабильность работы усилителя или фильтра. Так например, для бумажных конденсаторов свойственна высокая гигроскопичность, что в свою очередь приводит к повышению диэлектрических потерь, снижению сопротивления изоляции, пагубно отражается на термостабильности *(по ряду источников линейность зависит в т.ч. от термостабильности).

Описанных недостатков и наличие альтернатив в виде различных типов пленочных конденсаторов вполне достаточно для того, чтобы забыть о всех типах «бумаги» навсегда. Иными словами, так любимые некоторыми металлобумажные, бумаго-масляные и прочие архаичные конденсаторы действительно обладают достаточно низкой нелинейностью, пока не впитают некоторого количества влаги.

Об изменении характера звучания спорить бессмысленно, так как спор будет происходить с людьми из категории “вы ничего не понимаете — я это слышу”. На заявление о “мягкости” в звучании бумажных конденсаторов на одном из радиолюбительских форумов был дан один превосходный ироничный ответ:

“Конечно! Ведь бумага очень мягкий диэлектрик))”

Полагаю это лучший ответ.

Менять не всё или не менять вообще

Необходимость в замене конденсаторов при покупке аудио винтажа действительно имеет смысл, особенно это касается электролитов. Однако менять все, по меньшей мере финансово нерационально (бесспорно следует учитывать возраст аппарата, возможно и все, но не факт). Более того, делать это надо точно понимая, что и где менять. Если такого понимания нет — следует обращаться к специалистам, которые могут определить высохшие и вздутые электролиты, наличие пробоя и т.п. Если аппарат работает без сбоев и нет нареканий на звук ничего не нужно.

Относительно изменения характера звучания путем внедрения “инноваций” в схемотехнику серийного устройства следует сказать отдельно. Например, при повышении емкости конденсаторов питания выходного каскада в погоне за “глубоким низом”, как правило, забывают о растущем токе заряда. Такая беспечность приводит к скоропостижной смерти диодных мостов в результате пробоя. Любые изменения в серийной схемотехнике — риск, и реально её улучшить может человек, который скорее спаяет собственный усилитель.

Фильтры АС также часто страдают от трансплантационных надругательств, что в случае несоответствия параметров конденсатора конструкции фильтра приводит к плачевным результатам. Умные люди рекомендуют, если менять, то весь фильтр (с катушкой, резисторами и т.п.), рассчитывая новый под параметры АС.

Итог

Из всего изложенного выше можно сделать несколько простых и полезных выводов. Распространение мифа о бумажных конденсаторах выгодно лишь немногочисленным компаниям, которые используют их в аудиокомпонентах или сами производят бумажные конденсаторы. Фактически это эксплуатация невежества потенциальной целевой аудитории и навязывание заведомо устаревшей и фактически не нужной технологии.

Замена конденсаторов в старой аппаратуре может стать полезной профилактической мерой, но только в том случае, если выполняется человеком, который понимает, что менять, а что нет. Игры с ёмкостью и типами конденсаторов в фильтрах и усилителях серийного производства с высокой вероятностью приведут вместо “божественного звука” к внушительным вложениям в ремонт.

Электрический конденсатор — Википедия

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. На танталовых конденсаторах (слева) полоской обозначен «+», на алюминиевых (справа) маркируют «-». SMD-конденсатор на плате, макрофотография Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать» или от лат. condensatio — «накопление») — двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости^[1] и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах.

В 1745 году в Лейдене немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и независимо от него голландский физик Питер ван Мушенбрук изобрели конструкцию-прототип электрического конденсатора — «лейденскую банку»^[2]. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником (диэлектриком), упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше^[3].

Конденсатор является пассивным электронным компонентом^[4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит зарядка или перезарядка конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

В методе гидравлических аналогий конденсатор — это гибкая мембрана, вставленная в трубу. Анимация демонстрирует мембрану, которая растягивается и сокращается под действием потока воды, что аналогично заряду и разряду конденсатора под действием электрического тока

С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

Z^C=1jωC=−jωC=−j2πfC,{\displaystyle {\hat {Z}}_{C}={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}=-{\frac {j}{2\pi fC}},}

где j{\displaystyle j} — мнимая единица, ω{\displaystyle \omega } — циклическая частота (радиан/с) протекающего синусоидального тока, f{\displaystyle f} — частота в герцах, C{\displaystyle C} — ёмкость конденсатора (фарад). Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно XC=1ωC.{\displaystyle \scriptstyle X_{C}={\tfrac {1}{\omega C}}.} Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью C{\displaystyle C}, собственной индуктивностью Lc{\displaystyle L_{c}} и сопротивлением потерь Rn{\displaystyle R_{n}}.

Резонансная частота конденсатора равна

fp=12πLcC{\displaystyle f_{p}={\frac {1}{2\pi {\sqrt {L_{c}C}}}}}

При f>fp{\displaystyle f>f_{p}} конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах f<fp{\displaystyle f<f_{p}}, на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

W=CU22=qU2=q22C{\displaystyle W={CU^{2} \over 2}={qU \over 2}={q^{2} \over 2C}}

где U{\displaystyle U} — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор, q{\displaystyle q} — электрический заряд на одной из обкладок.

Обозначение конденсаторов на схемах[править | править код]

В России для условных графических обозначений конденсаторов на схемах рекомендуется использовать ГОСТ 2.728-74^[5] либо стандарт международной ассоциации IEEE 315—1975:

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·10⁶ пФ = 1·10⁻⁶ Ф) и пикофарадах (1 пФ = 1·10⁻¹² Ф), но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10⁻⁹ Ф). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ × 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10—180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики[править | править код]

Ёмкость[править | править код]

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулой C=εε0Sd{\displaystyle C={\tfrac {\varepsilon \varepsilon _{0}S}{d}}}, где ε{\displaystyle \varepsilon } — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинами (в вакууме равна единице), ε0{\displaystyle \varepsilon _{0}} — электрическая постоянная, численно равная 8,854187817⋅10⁻¹² Ф/м. Эта формула справедлива, лишь когда d намного меньше линейных размеров пластин.

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

C=∑i=1nCi{\displaystyle C=\sum _{i=1}^{n}C_{i}} или C=C1+C2+…+Cn.{\displaystyle C=C_{1}+C_{2}+\ldots +C_{n}.}

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

1C=∑i=1n1Ci⇒C=(∑i=1n1Ci)−1{\displaystyle {\tfrac {1}{C}}=\sum _{i=1}^{n}{\tfrac {1}{C_{i}}}\Rightarrow C={\begin{pmatrix}\sum _{i=1}^{n}{\tfrac {1}{C_{i}}}\end{pmatrix}}^{-1}} или 1C=1C1+1C2+…+1Cn.{\displaystyle {\tfrac {1}{C}}={\tfrac {1}{C_{1}}}+{\tfrac {1}{C_{2}}}+\ldots +{\tfrac {1}{C_{n}}}.}

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость[править | править код]

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Плотность энергии[править | править код]

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 с ёмкостью 12 000 мкФ, максимально допустимым напряжением 450 В и массой 1,9 кг плотность энергии при максимальном напряжении составляет 639 Дж/кг или 845 Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса.

Номинальное напряжение[править | править код]

Другой не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. Эксплуатационное напряжение на конденсаторе должно быть не выше номинального.

Полярность[править | править код]

Современные конденсаторы, разрушившиеся без взрыва благодаря специальной разрывающейся конструкции верхней крышки. Разрушение возможно из-за нарушения режима эксплуатации (температуры, напряжения, полярности) или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вздувшаяся, но ещё не разорвана, то, скорее всего, скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Опасность разрушения (взрыва)[править | править код]

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов — частая причина выхода их из строя вследствие близкого расположения с источниками тепла, например, рядом с радиатором охлаждения.

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса (часто её можно заметить в виде креста или в форме букв X, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на больших конденсаторах, она покрыта пластиком). При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по насечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и, даже, брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора.

Взорвавшийся электролитический конденсатор на печатной плате жидкокристаллического монитора. Видны волокна бумажного сепаратора обкладок и развернувшиеся фольговые алюминиевые обкладки.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась взрывобезопасность. Скорость разлёта осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточной для того, чтобы травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность оксиднополупроводниковых (танталовых) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчатую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя — двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при его случайной переполюсовке выделившееся при протекании тока тепло инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

Паразитные параметры[править | править код]

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными последовательным и параллельным сопротивлением и индуктивностью. С достаточной для практики точностью, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить как показано на рисунке, где все двухполюсники подразумеваются идеальными.

Эквивалентная схема реального конденсатора и некоторые формулы.
C₀ — собственная ёмкость конденсатора;
R_d — сопротивление изоляции конденсатора;
R_s — эквивалентное последовательное сопротивление;
L_i — эквивалентная последовательная индуктивность. Зависимость модуля импеданса реального конденсатора от частоты и формула импеданса.

Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки и саморазряд[править | править код]

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением R_d = U / I_ут, где U — напряжение, приложенное к конденсатору, I_ут — ток утечки.

Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд (саморазряд конденсатора). Часто, в спецификациях на конденсаторы, сопротивление утечки определяют через постоянную времени T саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению ёмкости на сопротивление утечки:

T=RdC0{\displaystyle T=R_{d}C_{0}}

T — время, за которое начальное напряжение на конденсаторе, неподключенном ко внешней цепи уменьшится в e раз.

Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда достигающие многих сотен тысяч часов.

Эквивалентное последовательное сопротивление — R_s[править | править код]

Эквивалентное последовательное сопротивление (англ. Equivalent series resistance; ESR, ЭПС, внутреннее сопротивление) обусловлено, главным образом, электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контактов между ними, а также учитывает потери в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.

В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но, иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания), достаточно малое его значение существенно для надёжности и устойчивости работы устройства. В электролитических конденсаторах, где один из электродов является электролитом, этот параметр при эксплуатации со временем деградирует, вследствие испарения растворителя из жидкого электролита и изменения его химического состава, вызванного взаимодействием с металлическими обкладками, что происходит относительно быстро в низкокачественных изделиях («конденсаторная чума»^[en]).

Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике (ФЧХ) обратной связи стабилизатора. Существенное изменение со временем ЭПС применённых конденсаторов изменяет ФЧХ, что может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования, и, даже, к самовозбуждению.

Существуют специальные приборы (ESR-метр (англ.)) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр, кроме собственно ёмкости (ёмкость — это основной параметр) — часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора и принятия решения, стоит ли использовать его в определённой схеме, или он прогнозируемо выйдет за пределы допустимых отклонений.

Эквивалентная последовательная индуктивность — L_i[править | править код]

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса. Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

Саморазряд[править | править код]

Предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет запасённую энергию за счёт тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками. Часто в справочниках на конденсаторы приводится постоянная времени саморазряда конденсатора, численно равная произведению ёмкости на сопротивление утечки. Это время, за которое начальное напряжение на отключенном конденсаторе уменьшится в e раз.

Тангенс угла диэлектрических потерь[править | править код]

Тангенс угла диэлектрических потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости. tgδ=εimεre=σωεa.{\displaystyle {\rm {{tg}\,\delta ={\frac {\varepsilon _{im}}{\varepsilon _{re}}}={\frac {\sigma }{\omega \varepsilon _{a}}}.}}}

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол φ=π2−δ,{\displaystyle \scriptstyle \varphi ={\tfrac {\pi }{2}}-\delta ,} где δ — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь δ = 0. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности P_а к реактивной P_р при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная tg δ, называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)[править | править код]

ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). ТКЕ определяется так:

TKE=ΔCCΔT{\displaystyle TKE={\frac {\Delta C}{C\Delta T}}}.

где ΔC{\displaystyle \Delta C} — изменение ёмкости, вызванное изменением температуры на ΔT{\displaystyle \Delta T}.
Таким образом, изменение ёмкости от температуры (при не слишком больших изменениях температуры) выражается линейной функцией:

C(T)=CH.y.+TKE⋅CH.y.⋅ΔT,{\displaystyle \scriptstyle C(T)=C_{H.y.}+TKE\cdot C_{H.y.}\cdot \Delta T,},

где ΔT{\displaystyle \Delta T} — изменение температуры в °C или К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости, CH.y.{\displaystyle C_{H.y.}} — ёмкость при нормальных условиях. TKE применяется для характеристики конденсаторов с практически линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ указывается в спецификациях не для всех типов конденсаторов.

Для конденсаторов, имеющих существенно нелинейную зависимость ёмкости от температуры и для конденсаторов с большими изменениями ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в спецификациях нормируются относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур или в виде графика зависимости ёмкости от температуры.

Диэлектрическая абсорбция[править | править код]

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение на обкладках снова появится как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция (диэлектрическое поглощение). Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.

Подобный 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.

Эффект зависит от времени зарядки конденсатора, времени закорочения, иногда от температуры. Количественное значение абсорбции принято характеризовать коэффициентом абсорбции, который определяется в стандартных условиях.

Особое внимание в связи с эффектом следует уделять измерительным цепям постоянного тока: прецизионным интегрирующим усилителям, устройствам выборки-хранения, некоторым схемам на переключаемых конденсаторах.

Паразитный пьезоэффект[править | править код]

Многие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в конденсаторах (например, титанат бария, обладающий очень высокой диэлектрической проницаемостью в не слишком сильных электрических полях) проявляют пьезоэффект — способность генерировать напряжение на обкладках при механических деформациях. Это характерно для конденсаторов с пьезоэлектрическими диэлектриками. Пьезоэффект ведёт к возникновению электрических помех, в устройствах, где использованы такие конденсаторы при воздействии акустического шума или вибрации на конденсатор. Это нежелательное явление иногда называют «микрофонным эффектом».

Также подобные диэлектрики проявляют и обратный пьезоэффект — при работе в цепи переменного напряжения происходит знакопеременная деформация диэлектрика, генерирующая акустические колебания, порождающие дополнительные электрические потери в конденсаторе.

Самовосстановление[править | править код]

Конденсаторы с металлизированным электродом (бумажный и пленочный диэлектрик) обладают важным свойством самовосстановления (англ. self-healing, cleaning) электрической прочности после пробоя диэлектрика. Механизм самовосстановления заключается в отгорании металлизации электрода после локального пробоя диэлектрика посредством микродугового электрического разряда.

Слюдяной герметичный конденсатор в металлостеклянном корпусе типа «СГМ» для навесного монтажа

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

• Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
• Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
• Конденсаторы с жидким диэлектриком.
• Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
• Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
• Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000—5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105 °С^[6]. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. При работе конденсаторов в импульсных сильноточных цепях (например, в импульсных источниках питания) такая упрощённая оценка надёжности конденсаторов некорректна и расчёт надёжности более сложен^[7].
• Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ около 50 000 часов при температуре 85 °С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Керамический подстроечный конденсатор

• Тонкопленочные конденсаторы

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

• Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
• Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.
• Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Название	Ёмкость	Электрическое поле	Схема
Плоский конденсатор	C=ε0εr⋅

Конденсаторный микрофон — что это такое

Решили заняться звукозаписью? В перечне необходимых устройств на одном из первых мест стоит микрофон. Но чтобы его правильно выбрать, необходимо разобраться в особенностях устройства, определиться, какое устройство необходимо конкретно вам. На сегодняшний день их различают несколько типов (это без учёта производителя и ценового разнообразия). Самым востребованным является конденсаторный микрофон. Рассмотрим более детально особенности его устройства, правила эксплуатации.

Конденсаторный микрофон: предназначение устройства

Конденсаторный (электростатический) микрофон — это устройство, в котором основными свойствами являются характеристики электрического конденсатора. При записи вокальных композиций — незаменимая вещь, ведь звук голоса передаёт очень точно. Конденсаторный микрофон — это высокие частоты, размеры на любой вкус, мало искажений, но — дополнительный источник питания и очень бережное отношение.

Строение устройства следующее: две обкладки на небольшом расстоянии, фантомное энергообеспечение. Есть также модели, которым не нужно дополнительное электричество, поскольку они оснащены внутренней батареей или внешним блоком питания. Но знать только это — мало.

В чём отличия конденсаторных микрофонов?

Они бывают:

• ламповыми;
• динамическими;
• транзисторными.

Тип зависит от усилителя, да и звук у каждого, как говорят специалисты, разный. В ламповых он более мягкий и тёплый, а в транзисторных окрас минимальный. К тому же транзисторные могут работать как от батареек (электретные), так и от фантомного питания (обычные конденсаторные).

Продолжает список динамический микрофон. Он устроен как динамический громкоговоритель (динамик).

Отличия динамического и конденсаторного микрофонов

Зная, для чего и в каких условиях вы будете использовать микрофон, уделите немного внимания характеристикам. Учитывайте чувствительность, амплитуды частот, акустические параметры, направленность, уровень собственных шумов, габариты, источники питания и проч.

Динамический микрофон идеально подходит для того, чтобы записывать грубый и громкий звук, для работы на сцене и с гитарными усилителями.

Он отличается перечнем преимуществ:

1. Нет необходимости в ещё одном источнике питания.

2. Присутствует высокая способность игнорировать посторонние звуки.

3. Минимально реагирует на изменения температуры и влажности.

4. Практически не повреждается при случайных ударах и т. п.

Недостатки его лишь в том, что он имеет большие габариты, отличается сниженной чувствительностью диафрагмы и хуже работает с высокими частотами.

Хотите записывать вокал или инструментальную музыку — остановитесь на конденсаторном микрофоне. Именно он обеспечит максимально натуральное звучание. Его преимущества:

• 1. Высокая чувствительность мембраны.
• 2. Возможность изготавливать модели любых размеров.
• 3. Низкий уровень переходных искажений.
• 4. Широкий частотный диапазон.
• 5. Сниженная чувствительность к магнитным помехам.

Однако, это устройство имеет и недостатки. Среди них можно выделить малую устойчивость к механическим и климатическим воздействиям, а также потребность в дополнительном питании.

Таким образом, для живых выступлений самый подходящий — динамический, а для звукозаписи следует выбирать только конденсаторный. Однако, прежде чем принять окончательное решение, можно поинтересоваться мнением компетентного продавца-консультанта, прочесть информацию в интернете, использовать предыдущий опыт, посоветоваться со знакомыми специалистами (если таковые имеются).

виды, классификация и особенности звучания

Конденсаторы (Capacitors, CAP) являются важными компонентами в аудиосистемах. Они имеют различные показатели напряжения, тока и форм-факторов. Для того чтобы выбрать, какие конденсаторы лучше для звука, модераторам нужно разбираться во всех параметрах CAP. Целостность аудиосигнала во многом зависит от выбора конденсаторов. Поэтому при выборе правильного устройства необходимо учитывать все важные факторы.

Параметры CAP аудиосигнала специально оптимизированы для высокопроизводительных приложений и предлагают более эффективные аудиоканалы, чем стандартные компоненты. Типы конденсаторов, которые обычно используются в аудиоканалах, представляют собой алюминиевые электролитические и пленочные CAP, а какие конденсаторы лучше для звука в конкретных условиях, зависит от используемых схем и устройств: громкоговорителей, проигрывателей компакт-дисков и музыкальных инструментов, бас-гитар и других.

История звукового конденсатора

Конденсатор является одним из старейших электронных компонентов. Электрические проводники были обнаружены в 1729 году. В 1745 году немецкий изобретатель Эвальд Георг фон Клейст обнаружил лейденский сосуд, который стал первым CAP. Физик Питер ван Мюссенбрук — физик из Лейденского университета открыл лейденскую банку самостоятельно в 1746 году.

В настоящее время лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд, покрытый металлической фольгой внутри и снаружи. CAP служит средством хранения электричества, а какие конденсаторы лучше для звука будет зависеть от емкости, ведь чем больше этот показатель, тем больше электроэнергии он будет хранить. Емкость зависит от размера противоположных пластин, расстояния между пластинами и характера изолятора между ними.

Конденсаторы, используемые в усилителях звука, бывают нескольких типов, например, обычный CAP с металлической фольгой для обеих пластин и пропитанной бумагой между ними. Конденсаторы с металлизированной бумагой (MP), также называемые бумажно-масляными CAP и металлизированные бумажные однослойные конденсаторы (МБГО) для звука, которые используются в цепях переменного, постоянного и импульсного тока.

Позже майлар (полиэстер) и другие синтетические изоляторы стали более распространенными. В шестидесятые годы прошлого века металлический CAP с майларом стал очень популярным. Две сильные стороны этих устройств — меньший размер и тот факт, что они являются самовосстанавливающимися. Сегодня это лучшие конденсаторы для звука, они используются практически в каждом электронном устройстве. Из-за огромных объемов торговли и производства таких типов конденсаторов они довольно дешевы.

Другой тип CAP — электролитический со специальной конструкцией с преимущественно высокими и очень высокими значениями в диапазоне от 1 мкФ до нескольких десятков тысяч мкФ. Они в основном используются для развязки или фильтрации в блоке питания. Наиболее распространенными в конструкции усилителей являются металлизированные майларовые или полиэфирные конденсаторы (МКТ). В усилителях более высокого качества в основном используется металлизированный полипропилен (МКП).

Технология изготовления компонентов

Технология CAP во многом определяет характеристики устройств, а какие конденсаторы лучше для звука зависит от класса оборудования. Высококлассные изделия имеют жесткие допуски и стоят дороже, чем конденсаторы широкого применения. Кроме того, такие высококачественные CAP могут быть многоразовыми. Высококачественные аудиосистемы требуют высококачественных CAP для обеспечения высшего класса качества звука.

Производительность или то, как влияют конденсаторы на звук, во многом зависит от того, как они припаиваются к печатной плате. Пайка вызывает напряжение в пассивных компонентах, что может привести к появлению пьезоэлектрических напряжений и растрескиванию поверхностно установленных CAP. При пайке конденсаторов необходимо использовать правильный порядок пайки и следовать рекомендациям профиля.

Все лавсановые конденсаторы для звука неполяризованные, то есть им не нужно маркировать вывод как положительный, так и отрицательный. Их соединение в цепи не имеет значения. Они предпочтительны в высококачественных звуковых цепях из-за низких потерь и уменьшенных искажений, если при этом позволяет размер изделия.

MKC металлизированный поликарбонатный тип уже практически не используется. Известно, что типы ERO MKC все еще широко применяются, потому что имеют сбалансированный музыкальный звук с очень небольшой окраской. Типы MKP имеют более яркий звук, а также отличаются большим диапазоном звучания.

Малоизвестный тип конденсатора MKV — это металлизированный полипропиленовый CAP в масле. Это лучший конденсатор для звука, поскольку обладает более мощными характеристиками, чем металлизированная бумага в масле.

Качество пассивных элементов

Конденсаторы, особенно когда они находятся на выходной сигнальной линии, сильно влияют на качество звука аудиосистемы.

Есть несколько факторов, которые определяют качество CAP, несомненно, очень важные для аудио:

1. Толерантность и фактическая емкость, необходимые для использования в фильтрах.
2. Зависимость емкости от частоты, так 1 микрофарад на 1 000 Гц не означает 1 микрофарад при 20 кГц.
3. Внутреннее сопротивление (ESR).
4. Ток утечки.
5. Старение — фактор, который со временем будет развиваться для любого продукта.

Лучший выбор приложений конденсатора зависит от применения в цепи и необходимой емкости:

1. Диапазон от 1 пФ до 1 нФ — схемы управления и обратной связи. Этот диапазон в основном используется для устранения высокочастотного шума на аудиоканале или для целей обратной связи, таких как мост усилителя Quad 606. Конденсатор СГМ в звуке является лучшим выбором в этом диапазоне. Он имеет очень хорошую толерантность (до 1 %) и очень низкие искажения и шум, но довольно дорогой. МКС или МКП — это хорошая альтернатива. На сигнальной линии следует избегать керамических CAP, поскольку они могут вызвать дополнительные нелинейные искажения до 1 %.
2. От 1 нФ до 1 мкФ — сцепление, развязка и подавления колебаний. Они чаще всего используются в аудиосистемах, а также между этапами, когда существует разница в уровне постоянного тока, устранение вибраций и в схемах обратной связи. Как правило, пленочные конденсаторы будут использоваться в этом диапазоне до 4,7 микрофарад. Лучшим выбором конденсатора для звука и аудио является полистирол (МКС), полипропилен (МКП). Полиэтилен (МКТ) является альтернативой с более низкой ценой.
3. 1 Ф и выше — источники питания, выходные конденсаторы, фильтры, изоляция. Преимущество очень высокая емкость (до 1 Farad). Но есть несколько недостатков. Электролитические CAP подлежат старению и сушке. Через 10 или более лет масло высыхает, а важные факторы, такие как СОЭ, меняются. Они поляризованы и должны быть заменены каждые 10 лет, иначе негативно повлияют на звук. При проектировании соединительного контура электролитов на сигнальной линии часто можно избежать проблем путем пересчета константы времени (RxC) для низкой емкости ниже 1 микрофарада. Это поможет определить, какие электролитические конденсаторы лучше для звука. Если это невозможно, важно, чтобы электролит имел менее 1 В постоянного тока и использовался CAP высокого качества (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).

Выбрав лучшее решение для каждой программы, разработчик может достичь наилучшего качества звука. Инвестирование в высококачественные CAP оказывает положительное влияние на качество звука, больше чем в любой другой компонент.

Тестирование CAP-элементов для приложений

Существует общее понимание о том, что различные CAP могут изменять качество звука в аудиоприкладных программах в различных условиях. Какие конденсаторы установить, в каких схемах и в каких условиях — остаются самыми обсуждаемыми темами у специалистов. Именно поэтому лучше не изобретать велосипед в этой сложной теме, а использовать результаты проверенных испытаний. Некоторые звуковые схемы, как правило, очень большие, а загрязнение в звуковой окружающей среде, например, в таких как заземления и шасси, может быть большой проблемой для качества. Рекомендуется добавлять нелинейность и природные искажения к тесту, проверяя остатки моста с нуля.

Диэлектрический	Полистирол	Полистирол	Полипропилен	Полиэстер	Silver-слюда	Керамический	Polycarb
Температура	72	72	72	72	72	73	72
Уровень напряжения	160	63	50	600	500	50	50
Толерантность %	2.5	1	2	10	1	10	10
Ошибка %	2,18%	0,28%	0,73%	-7,06%	0,01%	-0,09%	-1,72%
Рассеивание	0.000053	0.000028	0.000122	0.004739	0.000168	0.000108	0.000705
Абсорбция	0,02%	0,02%	0,04%	0,23%	0,82%	0,34%	н /
DCR, 100 В	3.00E + 13	2.00E + 15	3.50E + 14	9.50E + 10	2.00E + 12	3.00E + 12	н /
Фаза, 2 МГц	-84	-84	-86	-84	-86	-84	н /
R, 2 МГц	6	7,8	9,2	8,5	7,6	7,6	н /
Собственное разрешение, МГц	7	7,7	9,7	7,5	8,4	9,2	н /
Мост	низкий	низкий	очень низкий	высоко	низкий	низкий	высоко

Характеристики моделей

В идеальном случае разработчик ожидает, что конденсатор будет точно соответствовать его проектному значению, в то время как большинство других параметров будут нулевыми или бесконечными. Основные измерения емкости здесь не так заметны, поскольку детали обычно соответствуют допускам. Все пленочные CAP имеют значительный температурный коэффициент. Поэтому, чтобы определить, какие пленочные конденсаторы лучше для звука, проводят тестирование лабораторными приборами.

Коэффициент диффузии полезен при оценке эффективности электролитического источника питания. Это влияние на звуковые характеристики сигнальных CAP не согласовано и может быть весьма незначительным. Число представляет внутренние потери и при желании может быть преобразовано в эффективное последовательное сопротивление (ESR).

ESR не является постоянной величиной, но имеет тенденцию быть настолько низким в высококачественных конденсаторах, что не оказывает большого влияния на производительность схемы. Если бы были построены резонансные схемы с высоким Q, то это была бы совершенно другая история. Однако низкий коэффициент рассеяния является отличительной чертой хороших диэлектриков, что может служить хорошей подсказкой в дальнейших исследованиях.

Диэлектрическое поглощение может быть более тревожным. Это было серьезной проблемой с ранними аналоговыми компьютерами. Высокого диэлектрическое поглощения можно избежать, так слюдяные конденсаторы для звука могут обеспечить сети RIAA очень хорошим звуком.

Измерения утечки постоянного тока не должны влиять на что-либо, так как сопротивление любого сигнального конденсатора должно быть очень высоким. При использовании материалов с более высокой диэлектрической проницаемостью требуется меньшая площадь поверхности, тогда утечка будет практически несущественной.

Для материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью, таких как тефлон, несмотря на его основное высокое удельное сопротивление, может потребоваться большая площадь поверхности. Тогда утечка может быть вызвана малейшим загрязнением или примесями. Утечка постоянного тока, вероятно, является хорошим средством контроля качества, но она не связана с качеством звука.

Нежелательные паразитарные компоненты

Транзисторы, интегральные схемы и другие активные компоненты оказывают существенное влияние на качество аудиосигналов. Они используют питание от источников тока для изменения характеристик сигнала. В отличие от активных компонентов, идеальные пассивные не потребляют энергию и не должны изменять сигналы.

В электронных схемах резисторы, конденсаторы и индукторы фактически ведут себя, как активные компоненты и потребляют энергию. Из-за этих паразитных эффектов они могут значительно изменить звуковые сигналы, и для повышения качества требуется тщательный выбор компонентов. Постоянно растущий спрос на аудиооборудование с лучшим качеством звука заставляет производителей CAP выпускать устройства с лучшими характеристиками. В результате чего современные конденсаторы для использования в аудиоприложениях имеют лучшую производительность и более высокое качество звука.

Паразитные эффекты CAP в акустической цепи состоят из эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), последовательных источников напряжения из-за эффекта Зеебека и диэлектрического поглощения (DA).

Типичное старение, изменения в рабочих условиях и специфические характеристики делают эти нежелательные паразитные компоненты более сложными. Каждый паразитарный компонент по-разному влияет на производительность электронной схемы. Начнем с того, что эффект сопротивления вызывает утечку постоянного тока. В усилителях и других схемах, содержащих активные компоненты, эта утечка может привести к значительному изменению напряжения смещения, которые могут влиять на различные параметры, включая коэффициент качества (Q).

Способность конденсатора обрабатывать пульсации и пропускать высокочастотные сигналы зависит от компонента ESR. Небольшое напряжение создается в точке, где два неоднородных металла связаны из-за явления, известного как эффект Зеебека. Небольшие батареи из-за этих паразитных термопар могут существенно повлиять на производительность схемы. Некоторые диэлектрические материалы являются пьезоэлектрическими, а шум, который они добавляют к конденсатору, проявляется из-за маленькой батареи внутри компонента. Кроме того, электролитические CAP имеют паразитные диоды, которые могут вызывать изменения в смещении или характеристиках сигнала.

Параметры, влияющие на путь прохождения сигнала

В электронных схемах пассивные компоненты используются для определения усиления, установления блокировки постоянного тока, подавления шума источника питания и обеспечения смещения. Недорогие компоненты с небольшими размерами обычно используются в портативных аудиосистемах.

Характеристики реальных полипропиленовых конденсаторов для звука отличаются от характеристик идеальных компонентов с точки зрения ESR, ESL, диэлектрического поглощения, тока утечки, пьезоэлектрических свойств, температурного коэффициента, допуска и коэффициента напряжения. Хотя важно учитывать эти параметры при разработке CAP для использования в тракте аудиосигнала, два из них, оказывающие наибольшее влияние на путь прохождения сигнала, называют коэффициентом напряжения и обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Как конденсаторы, так и резисторы демонстрируют изменение физических характеристик при изменении приложенного напряжения. Это явление обычно называют коэффициентом напряжения, и оно варьируется в зависимости от химического состава, конструкции и типа CAP.

Обратный пьезоэффект влияет на номинальное электрическое значение конденсаторов для усилителя звука. В аудиоусилителях это изменение электрического значения компонента приводит к изменению усиления в зависимости от сигнала. Этот нелинейный эффект приводит к искажению звука. Обратный пьезоэлектрический эффект вызывает значительные искажения аудиосигнала на более низких частотах и является основным источником коэффициента напряжения в керамических CAP класса II.

Напряжение, приложенное к CAP, влияет на его производительность. В случае керамических CAP класса II, емкость компонента уменьшается, когда прикладывается возрастающее положительное постоянное напряжение. Если к нему подается высокое напряжение переменного тока, емкость компонента уменьшается аналогичным образом. Однако, когда прикладывается низкое переменное напряжение, емкость компонента имеет тенденцию к увеличению. Эти изменения в емкости могут значительно повлиять на качество аудиосигналов.

Общая характеристика гармонических искажений THD

THD конденсаторов для звука зависит от диэлектрического материала компонента. Некоторые из них могут давать впечатляющие характеристики THD, в то время как другие могут серьезно ухудшить его. Полиэфирные конденсаторы и алюминиевые электролитические конденсаторы относятся к числу CAP, которые дают самое низкое значение THD. В случае диэлектрических материалов класса II, X7R предлагает лучшие характеристики именно THD.

CAP для использования в аудиооборудовании обычно классифицируются в соответствии с применением, для которого они используются. Три приложения: путь прохождения сигнала, функциональные задачи и приложения поддержки напряжения. Обеспечение использования оптимальных конденсатор MKT для звука в этих трех областях помогает улучшить выходной тон и уменьшить искажения звука. Полипропиленовые имеют низкий коэффициент рассеяния и подходят для всех трех областей. Хотя все CAP, используемые в аудиосистеме, влияют на качество звука, компоненты, находящиеся на пути прохождения сигнала, оказывают наибольшее влияние.

Использование высококачественных конденсаторов класса аудио помогает значительно снизить ухудшение качества звука. Из-за их превосходной линейности пленочные конденсаторы обычно используются в аудиотракте. Эти неполярные конденсаторы для звука идеально подходят для аудиотехники премиум-класса. Диэлектрики, обычно применяемые в конструкциях пленочных конденсаторов с качеством звука для использования на пути прохождения сигнала, включают полиэфир, полипропилен, полистирол и полифениленсульфид.

CAP для использования в предварительных усилителях, цифро-аналоговых преобразователях, аналого-цифровых преобразователях и аналогичных приложениях совместно классифицируются как функциональные конденсаторы задания. Хотя эти неполярные конденсаторы для звука не находятся на пути прохождения сигнала, они тоже могут значительно ухудшить качество аудиосигнала.

Конденсаторы, которые используются для поддержания напряжения в аудиооборудовании, оказывают минимальное влияние на звуковой сигнал. Несмотря на это, требуется внимание при выборе CAP, которые поддерживают напряжение для оборудования высокого класса. Использование компонентов, оптимизированных для аудио приложений, помогает улучшить производительность звуковой схемы.

Полистирольный пластинчато-диэлектрический блок

Полистирольные конденсаторы изготавливаются путем намотки пластинчато-диэлектрического блока, подобного электролитическому, или путем укладки в последовательные слои, например, книгу (сложенная пленка-фольга). В основном они используются в качестве диэлектриков из различных пластиков, таких как полипропилен (MKP), полиэфир / майлар (MKT), полистирол, поликарбонат (MKC) или тефлон. Для пластин используют алюминий с высокой степенью чистоты.

В зависимости от типа используемого диэлектрика производятся конденсаторы разных размеров и емкости с рабочим напряжением. Высокая диэлектрическая прочность полиэфира позволяет изготавливать лучшие электролитические конденсаторы для звука небольшого размера и при относительно низких затратах для повседневного использования, когда особые качества не требуются. Возможны емкости от 1 000 пФ до 4,7 микрофарад при рабочих напряжениях до 1 000 В.

Коэффициент диэлектрических потерь в полиэфире относительно высок. Для аудио полипропилен или полистирол могут значительно снизить диэлектрические потери, но здесь следует отметить, что они намного дороже. Полистирольные используются в фильтрах / кроссоверах. Одним недостатком полистирольных конденсаторов является низкая температура плавления диэлектрика. Вот почему полипропиленовые конденсаторы для звука обычно отличаются друг от друга, так как диэлектрик защищен путем отделения паяных выводов от корпуса конденсатора.

Технология FIM с высокой плотностью энергии

Пленочные CAP большой мощности предлагают три категории этого типа: TRAFIM (стандартная и специальная), FILFIM и PPX. Технология FIM основана на концепции контролируемых самовосстанавливающихся свойств сегментированных пленок металлизации алюминия.

Емкость разделена на несколько миллионов элементарных элементов, объединенных и защищенных плавкими предохранителями. Слабые диэлектрические элементы изолированы, а перед перфорацией предохранителей изолируют поврежденные элементы, с которыми конденсатор продолжает работать в обычном режиме без короткого замыкания или взрыва, как это может быть в случае электролитических конденсаторов для звука.

При благоприятных условиях не следует ожидать, что ожидаемый срок службы CAP этого типа превысит 200 000 часов, а MTBF — 10 000 000 часов. Работая как батарея, эти конденсаторы потребляют небольшую часть емкости из-за постепенного разрушения отдельных элементов в течение срока службы компонента.

Серии TRAFIM и FILFIM предлагают непрерывную фильтрацию для высоких напряжений / мощностей (до 1 кВ). Емкость варьируется:

• от 610 мкФ до 15 625 мкФ для стандартного TRAFIM;
• от 145 мкФ до 15 460 мкФ для специального TRAFIM;
• от 8,2 мкФ до 475 мкФ для FILFIM.

Диапазон постоянного напряжения составляет:

• от 1,4 кВ до 4,2 кВ для стандартного TRAFIM;
• от 1,3 кВ до 5,3 кВ для персонализированного TRAFIM;
• и от 5,9 кВ до 31,7 кВ для FILFIM.

Конденсаторы серии PPX предлагают полный спектр сетевых решений для защиты от помех в тиристорах GTO, а также для блокирующих CAP, предлагая емкость от 0,19 мкФ до 6,4 мкФ. Диапазон напряжения для PPX колеблется от 1 600 В до 7 500 В с очень низкой собственной индуктивностью.

Пленочные конденсаторы для звука, как правило, имеют отличные высокочастотные характеристики, но это часто компрометируется большими размерами и компенсируется большой длиной провода. Можно заметить, что у маленького радиального конденсатора Panasonic собственный резонанс намного выше (9,7 МГц), чем у Audience (4,5 МГц). Это не из-за установленной тефлоновой крышки, а из-за того, что она имеет длину в несколько дюймов и не может быть присоединена к корпусу. Если разработчику нужны высокочастотные характеристики для поддержания стабильности в широкополосных полупроводниках, уменьшают размер и длину провода до абсолютного минимума.

Производительность звуковых цепей сильно зависит от пассивных компонентов, таких как конденсаторы и резисторы. Фактические CAP содержат нежелательные паразитные компоненты, которые могут значительно искажать характеристики аудиосигналов. Конденсаторы, используемые в тракте сигнала, в значительной степени определяют качество аудиосигнала. В результате требуется тщательный выбор CAP, чтобы минимизировать ухудшение сигнала.

Конденсаторы класса аудио оптимизированы для удовлетворения потребностей современных высококачественных аудиосистем. Пластиковые пленочные конденсаторы для звука используются в высококачественных аудиосистемах и имеют широкий спектр применения.

Без конденсаторные микрофоны, миф или реальность?

Решение шунтировать малой ёмкостью, чтобы уменьшить входную известно давно, в основном применяется в импульсных ключах. В случае с микрофоном есть более элегантное решение. Целью любого микрофона является преобразование звукового давления в электрический сигнал с минимальным искажением. Уверен, что отстуствие ёмкостей способствует данному процессу, как по Вашему, это так? Или «с» и «без» — одинаково хорошо звучат? Вы пока единственный, кто заявил о без конденсаторном варианте. Ваше мнение важно.

«Бесконденсаторность» это плюс.
Малый но плюс.
«Желательно-необязательный мизер».
Конечно я за «бесконденсаторность» и стараюсь не отступать…
НО —
Остальное в списке «схемных проблем» составляет чуть ли не 95% успеха.
ВСЕ схемные решения на данную тему — ДАВНО известны.
Просто не все из них практичны с позиции производства или «маркетинга». Кривая на оба глаза «классика» всегда идёт бойче.
К примеру от моего схемного решения «октаву» стошнит сходу. Поскольку учтено практически ВСЁ. Учитывать ВСЁ — дорого, муторно. Большинство не оценит. Действительно не оценит. По сему крупные производители не парятся…
Отдельная от толпы жалкая горстка «ценителей истины» не сделает кассу крупному заводу, последнему же влом метать бисер перед «жрущими всё подряд».
————
Вот Вы сказали — : «Есть элегантное решение». Да, я так же могу выкинуть из схемы корректирующую ёмкость в пару пикофарад и сказать то же самое. Уж поверьте. Но без неё «от земли не оторвёшься». Она «сводит в точку» всю прелесть эффективного схемного решения. Я встречал немецкую схему, где счёт шёл на плюс-минус одну десятую долю пикофарада. Это Вам на заметку…
Непросто заставить капсюль с поляризацией звучать честно… Без поляризации — совсем другое дело — в миках MKH нет поляризирующего напряжения на конденсаторном капсюле, последний является частью колебательного контура работающего на радиочастоте (параметрическое преобразование) — там качество преобразования зависит лишь от детектора и предусилителя работающих на куда более низком импедансе. «Автоматически» честный звук.

Преимущества конденсаторного микрофона

Опубликовано: 15.07.2014 10:29 

Конденсаторный микрофон

Суть любого микрофона – преобразовывать один вид энергии в другой, то есть трансформировать акустический звук в электрический сигнал. Конденсаторные микрофоны – одни из основных типов микрофонов, принцип действия которого основан на работе электрического конденсатора.

В конденсаторном микрофоне находится неподвижная пластина, близко к которой расположена подвижная тонкая металлическая или металлизированная пластиковая мембрана. Пластина и мембрана вместе создают емкость. Обе они подсоединены к источнику электрического тока, между ними создается электрический заряд. Когда звуковые колебания воздуха ударяют в мембрану, она вибрирует, изменяя расстояние между собой и пластиной, и, соответственно, изменяя объем емкости. Изменения емкости приводят к колебаниям тока и появлению сигнала.

Конденсаторные микрофоны устроены сложнее, чем, например, динамические, и стоимость их выше. Конденсаторы подвержены влиянию перепадов влажности и температур, это может вызвать временное увеличение шума или даже временную неработоспособность. Но эти недостатки перекрываются их достоинствами. С помощью конденсаторных микрофонов можно получить большую чувствительность, более мягкий, натуральный и точный звук, особенно на высоких частотах.

Преимущества конденсаторного микрофона:

Колеблющаяся мембрана в конденсаторных микрофонах очень тонкая и обладает очень быстрой реакцией, что дает возможность воспринимать частоты в более широком диапазоне, по сравнению с другими видами микрофонов.

Эти микрофоны способны воспринимать звук, обращенный к ним с разных сторон. Это возможно за счет того, что в микрофоне работают две емкости с подвижными мембранами, создавая круговую диаграмму звука.

Выбор микрофона зависит от физических условий его использования. На открытом воздухе, например на рок-концерте, в работе тележурналистов чаще используют динамические микрофоны. А в случаях, когда необходимо получить наиболее качественный звук, например в студии звукозаписи, в театре чаще применяют конденсаторные микрофоны.