чем больше микрофарад в конденсаторе тем лучше
Конденсаторы для «чайников»
Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.
Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.
Начнём с простого
Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.
Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости εr использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.
Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора
С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.
Алюминиевые электролитические
Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.
На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.
У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.
Танталовые электролитические
Танталовый конденсатор поверхностного размещения
Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.
Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.
В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за тем, чтобы они не вышли из строя — бывает, что в таком случае они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.
Полимерные плёнки
Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.
Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.
Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.
Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.
Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.
В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.
Керамика
История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.
Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.
C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.
X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.
Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.
Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.
Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.
Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.
F.A.Q. №4 Конденсаторы мифы и реальность. Все что я знаю.
Решил в общем я все таки поднять эту тему в отдельной записи БЖ. О надобности накопителя в цепи питания, о его пользе, вреде и т.д. в интернете ведется масса споров. К сожалению споры эти бесполезны ввиду того что их ведут люди абсолютно не знающие курс школьной физики и просто декламирующие рекламные лозунги и псевдонаучные статьи. В этой записи я хочу изложить все мои наработки по данному вопросу и предлагаю обсудить справедливость или же спорность моих выводов…Итак начнем.
Самое первое что нам стоит сделать это отбросить подальше познания из подобных статей: avtsound.net.ru/2008/06/0…tor.-mify-i-realnomt.html
Самая большая глупость этих статей- рекомендации конденсаторов к усилителям из расчета столько то фарад на 1 киловатт. Откуда такие рекомендации остается загадкой.В том что такие опусы находятся также далеко от реальности как мы от Гоналулу мы убедимся ниже. Гораздо полезнее обратиться к тем начальным знаниям которые мы с вами получали на уроках физики.Попутно будем развеивать мифы о конденсаторах.
Аксиома №1 Конденсатор является ПОТРЕБИТЕЛЕМ в сети. То есть он НЕ способен вырабатывать электроэнергию! Он способен ее НАКАПЛИВАТЬ и частично ПОТРЕБЛЯТЬ на собственные утечки и потери в конденсаторах. А это значит что он ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ не может ни продлить жизнь аккумулятору ни облегчить ему жизнь.
Аксиома №2 Конденсатор служит для накопления энергии и отдачи этой энергии потребителю. При этом обладая крайне низким внутренним сопротивлением он отдает энергию потребитель очень быстро и накапливает соответственно тоже. При этом он работает совсем не как аккумулятор. Пик отдачи приходится на первое мгновение потребления, после этого заряд начнет резко падать, скорость его отдачи падает вместе с зарядом.
Теперь давайте научимся отличать ИОНИСТОР от КОНДЕНСАТОРА.
Об этих терминах вы можете почитать в википедии, я же просто подытожу в двух словах. То что ездит в багажнике 90 процентов любителей звука под марками пролоджи, мистери, NRG и т.д. по вполне приемлимым ценам это есть ничто иное как ионистор Отличается он от конденсатора тем что имеет гораздо большие потери внутри себя, имеет большое внутреннее сопротивление и гораздо линивее отдает заряд. Ну и тем что стоит в десятки раз дешевле от конденсатора той же емкости. Ввиду чрезвычайной распространенности ионисторов остановимся подробнее на нем.А конкретнее на мифе о том что конденсатор в цепи питания в случаях просадок обеспечит энергией усилитель саба.Причин просадок бывает много.Рассмотрим основные. Но перед этим прикинем на что ж способен то наш накопитель и сделаем эксперимент расчета в чистом виде. то есть зарядим и потом запустим от накопителя усилитель:
Цитата из википедии:magnitola.info/index.php?…8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80
» Из школьного курса физики
1ампер X 1сек = 1 кулон,
1ампер X 1вольт = 1 ватт,
1ампер X 1ом = 1 вольт,
1фарада X 1вольт = 1 кулон.
Таким образом в конденсаторе запасается
1фарад Х 12 вольт = 12 кулон
1000 ватт усилитель это 12 вольт Х 83 Ампер = то есть за 1 секунду 83 кулона 12 \ 83 = за 0,15 секунды разрядится ионистор до ноля».
Это и будет максимальное время работы ионистора. То есть в различных вариантах максимальной работа системы от него не превысит секунды. Но не стоит забывать что на 8.9 вольт усилитель прекратит работать. То есть время работы сократится втрое.
Фуух с теорией разобрались. Теперь к практике. Конденсатро был одним из первых автозвуковых девайсов который у меня появился.Вернее ионистором пролоджи 1.5 фарада в старом исполнении когда вместо вольтметра на накопители устанавливали дистрибьюторы питания. Соответственно на его веку у меня уже сменилась одна машина и несколько раз полный состав системы включая питание. Расскажу жизни своей системы с нашим сегондяшним героем.
9ка карбюратор 95 года выпуска. родной генератор и аккумулятор 50ач. Усилитель пролоджи контроль 3004 + мистери 2.75. Провода мистери. На раскачке просадка напряжения была конской. вплоть до 10в с 12.5 на заведенной машине. Диод в цепь регулятора дал прибавку в 1 в но все равно не хватало. На клеммах усилителя с заглушеной машиной было 12в без музыки 10.6 с музыкой на всю. на заведенной 12.9 без музыки. до 10в на музыке. в среднем 11.3в. Устанавливаю накопитель как можно ближе к усилителю. Замеры. заглушеная машина 12.1в без музыки. с музыкой 10.6в. На заведенной без музыки 13.2 без музыки. С музыкой до9.9. в среднем 11.4в. То есть никак он не спасал положение о чем красноречиво говорила отсутствие разницы в звуке и вялый бас.
Замена проводов мистери на кг-16. остальная аппаратура таже. замеры Заглушеная машина 12.6в, с музыкой 10.9. Заведенная машина без музыки 13.3, с музыкой до 10.1, в среднем 11.7в. То есть замена провода дала чуть ли не втрое больше толку чем накопитель. Но это все было не то. Хотя после замены разница в звуке была ощутимо заметна.Также провод музыки уже нельзя было просто так никинуть на клемму аккума. Пролетала дикая искра от заряда накопителя говорящая об координальном увеличении пропускной способности силы.
12шка. аккум 55а, родной генератор. Музыка таже практически. И поскольку система питания в ней мало отличалась от девятошной то и цифры были схожи. заглушеная машина 12.3. С музыкой 10.7. На заведеной 13.6в. С музыкой 11в. в среднем 11.9в. Небольшое улучшение ситуации было изза того что инжектор на заведенной машине контролирует обороты движка не давая им падать, тем самым поддерживая обороты генератора в тонусе. Установка конденсатора в систему во всех случаях дала прирост на работающей музыке 0.1-0.3в. что никак не спасало ситуацию.
ТАкое положение вещей меня никак не устраивало так как я уже начал в ней строить систему «на вырост». Тут помог случай, вернее неприятность. В генераторе на ходу оторвало крыльчатку которой размолотило весь генератор а короткое замыкание с генератора осыпало пластины на уставшем аккумуляторе.
Оба ушли под замену. На их места стали аккумулятор 62ач и генератор 95а. с повышеной производительностью на низких оборотах. Первые тесты: заглушеная машина без особых изменений. Заведенная машина 14.0в без музыки, 13.9в С МУЗЫКОЙ НА ВСЮ! С музыкой на всю, включенными фарами, дворниками и печкой на всю 13.4в! Вот где прибавка. После произошло пополнение аппаратуры. Установил сабовый усь кикс 27. Вместе с ним под замену ушли все клеммы. Переделал массу питания на усилителях. разнес ее с общего болта на разные. Установил силовой провод кг-35, таким же проводом проложил массу от уха генератора на кузов в место соединения минуса аккума с кузовом. После каждого апгрейда мерял прибавки.
Чистая установка уся: 13.9в без музыки, 12.2в с музыкой на всю.
Замена провода на кг-35 13.9в и 13.0в соответственно.
Замена всех клемм + 0.1в.
Разнесение массы +0.3в.
Установка дополнительного провода массы на генератор: + 0.2в.
Итого на заведенной машине с музыкой на всю 3 усилителя дают просадку с 14.0 до 13.5-13.6в.
Максимальная просадка на злых неграх с постоянными синусами порядка 30гц кратковременно до 12.9в, при этом холостые обороты падают на 100-150 об/мин. в правильный 1 вольт просадки практически уложился:)
Вот такая вот практика.
Теперь напишу о пользе конденсаторов и ионисторов. 🙂 Да да в них есть польза! 🙂 правда со звуком она имеет мало общего.
1)Например если у вас слабое питание и от музыки моргают фары. На самом деле это очень раздражает. Установка кондера устранит моргание. Проблему это не решит. Фары перестанут моргать но притухнут на среднем значении просадок. Проблема решится но это не выход.
2) Накопитель является мощным фильтром сетевых помех. Установив его вы не услышите в динамиках щелчки на включении вентиляторов и другой аппаратуры авто. Фильтры конечно устанавливаются щас во многих усилках но если у вас есть такая проблема накопитель ее решит.
4) с накопителем в сети ремню генератора живется гораздо комфортнее. Он сглаживает рывки генератора на ударах баса. Например в 12шке я сменил 2 ремня генератора без накопителя. третий после установки живет до сих пор.
РАссказы о псевдопользе накопителя также встречаются в интернете но они не несут систематичный или обоснованый характер. Например многие утверждают что при установке конденсатора на слабое питание бас становится лучше. На самом же деле может просто менятся характер искажений возникающий от нехватки питания. Но этот измененный бас будет также далек от правильного как и тот который качал до накопителя. Также многие утверждают что просадки уменьшились втрое! Но нсли уточнить у них то оказыается что напряжение они смотрели на конденсатроном вольтметре. Но во перых за достовернось его измерений никто не ручается во второых он показывает просадки на клеммах накопителя а вовсе не реальные. Реальные будут непосредственно на клеммах усилителя и только там!
Из всего вышеизложенного пусть каждый делает выводы для себя сам, я лишь рекомендую поставить кондер в сеть если вам он достается за недорого и с питанием все в порядке. Но если есть выбор то потратьте эту сумму на улучшение элементов питания авто и на провода. Это будет куда полезнее.
P.S. Тема открыта для обновления и обсуждения. С удовольствием выслушаю ваши наблюдения, возражения, дополнения.Спасибо что дочитали эту кучу букаф до конца 🙂
+ дополнение от flipwho
…хочу сказать что в роли потребителей в ионисторах являются схемы вольтметра и автозаряда. Кароче брать, если брать, стоит ТОЛЬКО ПУСТОЙ конденсатор и обращаться с ним очень осторожно (правильно заряжать и т.п).
+ дополнение к пользе накопителя 🙂
Когда необходимо заменить аккумулятор то при снятии клемм с него магнитола, часы в панели и настройки бортового компа не сбрасываются. Накопитель будет их держать минут 10 точно. За это время вы спокойнее все поменяете. Еще одного заряда накопителя зватает чтоб закрыть или открыть 4 центральных замка от брелка сигналки 🙂 мож кому сгодится 🙂
+ к инфе. Как зарядить накопитель не имеющий системы заряда. Просто между плюсовым проводом питания и конденсатором подкльчите лампочку с габаритов например. Она загорится и тут же начнет гаснуть, как погасла полность. тогда соединяйте напрямую кондер заряжен. Тоже самое нужно делать если вы надолго скидывали клемму с аккумулятора.
Вся правда о конденсаторах: волшебные свойства загадочных баночек
Было ли лучшее время для энтузиастов и любителей Hi-Fi, чем конец 1970-х и начало 1980-х годов? С одной стороны, так много всего происходило с развитием цифрового аудио, а с другой — наблюдался рост субъективизма. Внезапно проигрыватели и усилители стали оценивать не по уровню детонации, выходной мощности и гармоническим искажениям, а по их звучанию! И можно было даже всерьёз говорить о звучании кабелей. В этой новой атмосфере всё, что когда-то считалось само собой разумеющимся в области Hi-Fi, стало кандидатом на переоценку.
Пристальному изучению подверглось и влияние на звук пассивных электронных компонентов — резисторов, индуктивностей и конденсаторов. В особенности, конденсаторов. Знающие люди начали обсуждать такие явления как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и диэлектрическое поглощение.
Сегодня мы нечасто слышим об этой теме, но не потому, что проблема была исчерпана. Скорее всего, разработчики нынче уделяют столь же пристальное внимание используемым пассивным компонентам, как и схемам, в которых они применяются, так что общественный фурор несколько стих.
В простейшем виде конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделённых воздухом (или, ещё лучше, вакуумом) и схематично изображён на рис. 1. Поскольку между пластинами нет проводящего пути, конденсатор блокирует постоянный ток (например, от батареи). При этом конденсатор, напротив, пропускает сигналы переменного тока — как раз такие как звуковые волны.
Рис. 1. Компоненты, из которых состоит конденсатор — две проводящие пластины, разделённые слоем диэлектрика.
Проверенное решение
Мы нечасто сталкиваемся с воздушными конденсаторами, но если вы заглядывали внутрь старого лампового радиоприемника и видели элемент, отвечающий за настройку, который состоит из чередующихся металлических пластин, это как раз воздушный конденсатор переменной ёмкости. В большинстве конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся в аудиотехнике и прочей электронике, в качестве изолирующего материала (диэлектрика), разделяющего пластины, не используется воздух, поскольку он имеет низкую диэлектрическую постоянную (1,0), а это означает, что воздушные конденсаторы большой емкости слишком громоздкие, чтобы быть практичными. По этой причине используются, в основном, твёрдые диэлектрики, с более высокими диэлектрическими свойствами, в том числе из керамики и различных видов пластмасс (например, ПВХ с диэлектрической проницаемостью 4,0). Именно здесь история становится особенно интересной, поскольку для всех этих диэлектриков характерны те или иные компромиссы в плане влияния на звук, в то время как воздух практически идеален.
Простые фильтры
Для начала, узнаем побольше о том, как ведут себя конденсаторы и для чего они используются. Конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный, однако они не пропускают переменный ток с разной частотой одинаково. Это объясняется тем, что конденсаторы обладают реактивным сопротивлением, которое снижается с увеличением частоты (к слову, катушки индуктивности тоже обладают реактивным сопротивлением, которое, наоборот, увеличивается с ростом частоты).
Таким образом, конденсаторы пропускают высокочастотные сигналы легче, чем низкочастотные, что делает их крайне полезными в частотно-селективных цепях (то есть, в фильтрах), а также для устранения нежелательных сигналов (например, гул или шум с шины питания постоянного напряжения).
Простые фильтры верхних и нижних частот показаны на рис.2. В фильтре верхних частот (рис. 2а) последовательно включенный конденсатор подключен к шунтирующему резистору. В фильтре нижних частот (рис. 2b) конденсатор и резистор меняются местами.
Рис. 2. RC-фильтр первого порядка верхних (2a) и нижних (2b) частот.
Итак, конденсаторы зачастую используются для объединения цепей, отделения нежелательного шума в цепях постоянного напряжения и в частотно-селективных цепях (фильтрах). Поскольку конденсаторы накапливают электрический заряд, большие из них также применяются в качестве резервуаров в источниках питания переменного и постоянного тока. На рис. 3 показан типовой источник питания, включающий в себя понижающий трансформатор (он понижает напряжение сети), мостовой выпрямитель (который преобразует переменный ток из трансформатора в импульсный постоянный ток) и пару конденсаторов-резервуаров (сглаживающих пульсации после выпрямления переменного тока).
Рис.3. Принципиальная схема двухполупериодного источника питания, состоящего из понижающего трансформатора, двухполупериодного мостового выпрямителя и двух резервуарных конденсаторов.
Подобные схемы встречаются во многих твердотельных аудиокомпонентах. Аналогичные решения используются и в ламповом оборудовании, но из-за высоких напряжений, требуемых для работы ламп, трансформатор здесь обычно повышает напряжение сети.
Ёмкость резервуарных конденсаторов, используемых в транзисторных усилителях мощности, может достигать 50 000 мкФ и более, тогда как в других случаях в схеме могут использоваться конденсаторы емкостью 1 НФ (одна тысячная микрофарада) или даже меньше. Таким образом, очевидно, что некоторые типы конденсаторов лучше подходят под определённые задачи, чем другие.
Важное уточнение
Как правило, самые большие резервуарные конденсаторы являются электролитическими, ведь они обеспечивают высокую ёмкость в сравнительно небольшом объёме. Такие конденсаторы содержат электролит (жидкость или гель), который химически реагирует с металлической фольгой внутри банки, образуя слой диэлектрика. Подобные электролитические конденсаторы, а также некоторые другие — например, танталовые, называются полярными, а несоблюдение полярности подключения может привести к их выходу из строя.
Другая разновидность — неполярные конденсаторы, которые можно подключать без учёта полярности. Подобные электролиты иногда использовались в пассивных кроссоверах акустических систем, однако такая практика сегодня устарела, поскольку плёночные конденсаторы справляются с этой задачей лучше, хоть и занимают больше места.
Конденсаторы также могут иметь различное расположение выводов — аксиальное (осевое) или радиальное. Преимущество радиальных электролитов заключается в том, что они занимают меньше площади на плате, однако их минус — в том, что они увеличивают её высоту. В больших электролитических конденсаторах обычно отказываются от выводов под пайку — в пользу винтовых клемм.
Что скрывают конденсаторы
Настоящие конденсаторы, как и настоящие политики, ведут себя не идеально, и именно здесь кроется причина их влияния на качество звука. Во-первых, на практике ни один конденсатор не является только ёмкостью — он также имеет индуктивность и сопротивление. На принципиальной схеме конденсатор обычно обозначается одним из символов на рис. 4 (все они визуально отсылают к двум разделенным пластинам), однако в реальности он представляет собой что-то вроде схемы, представленной на рис. 5. Резистор обозначенный на рисунке как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) может быть не постоянным — сопротивление может зависеть от частоты. В случае с электролитическими конденсаторами, ESR обычно уменьшается с частотой.
Рис. 4. Варианты обозначения конденсаторов на схеме
Одним из последствий того, что у конденсаторов есть индуктивность (ESL или эквивалентная последовательная индуктивность на рис. 6), является то, что они, по сути, являются электрически резонансными. Если проанализировать импеданс конденсатора в зависимости от частоты, он не будет продолжать уменьшаться с ростом частоты. На рис. 6 показано, что импеданс достигает минимума (эквивалентного значению ESR) на резонансной частоте, а затем, по мере увеличения частоты, он снова начинает расти из-за ESL.
Рис. 5. Схематичный эквивалент реального конденсатора демонстрирует паразитное сопротивление (ESR) и индуктивность (ESL) 
Рис. 6. Паразитная индуктивность приводит к тому, что у конденсаторы имеют электрический резонанс, иногда — в пределах слышимого диапазона частот.
У больших электролитических конденсаторов частоты электрического резонанса обычно находятся в пределах звукового диапазона. У небольших конденсаторов частоты электрического резонанса могут превышать 1 МГц. Для увеличения частоты электрического резонанса для заданной емкости следует уменьшить ESL — последовательную индуктивность.
Для достижения этой цели, при разработке электролитических конденсаторов, где такая проблема стоит наиболее остро, применяются различные методы. Например, в конденсаторах DNM T-Network для снижения индуктивности используются специальные Т-образные соединения из фольги — таким образом, их резонансная частота более чем в два раза выше по сравнению со стандартной конструкцией (от 28 кГц до 75 кГц — в примере, который приводит компания DNM на своём веб-сайте).
ESR оказывает потенциально благотворное влияние на демпфирование электрического резонанса конденсатора, однако, в отличие от индуктивности или ёмкости, сопротивление генерирует тепло в то время, когда через конденсатор проходит ток. В больших ёмкостных конденсаторах, где проходящие через них токи велики, этот эффект внутреннего нагрева ограничивает безопасные условия эксплуатации. Тем не менее, электролитические конденсаторы лучше всего работают именно тёплыми.
Микрофонный эффект
Не секрет, что ламповое оборудование чувствительно к вибрации. Внутри вакуумированной стеклянной оболочки лампы находятся тонкие металлические электроды, расстояние между которыми влияет на работу лампы. Таким образом, если встряхнуть лампу достаточно сильно, это отразится на её электрической мощности — эффект, который называют «микрофонным», поскольку лампа в таком случае ведёт себя подобно микрофону.
Твердотельная электроника меньше подвержена этому эффекту, однако приведём в пример некий крайний случай: разработчики первых систем управления двигателем в гоночных автомобилях вскоре научились не прикреплять электронные блоки к двигателю, либо использовать хорошую изоляцию, иначе вибрации от двигателя могли нарушить её работу. Уровни вибрации, которые испытывает Hi-Fi оборудование при повседневном использовании, гораздо ниже, однако некоторые производители, среди которых, например, Naim Audio, по-прежнему прилагают большие усилия, чтобы свести к минимуму вероятное воздействие микрофонного эффекта.
Способность конденсатора накапливать заряд (его ёмкость) пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними, а «пластины» обычно представляют собой тонкую фольгу с тонкими слоями диэлектрика между ними. Это приводит к тому, что конденсаторы подвержены воздействию микрофонного эффекта, поскольку из-за вибрации расстояние между пластинами и, следовательно, значение ёмкости может меняться.
Таким образом, физические свойства материалов, из которых изготовлен конденсатор, могут быть столь же важны, как и электрические параметры. Но что ещё интереснее, вибрация извне не является необходимым условием для того, чтобы конденсаторы страдали от её воздействия, ведь силы, формируемые напряжениями и токами внутри самого конденсатора, также могут вызывать механические резонансы. Из-за этого эффекта можно даже услышать, как некоторые конденсаторы издают звук, когда через них проходит сигнал. В кроссовере акустической системы, где уровни вибраций, напряжения и токи высоки, присутствует «идеальный шторм» факторов, которые делают выбор подходящего конденсатора особенно важной задачей.
Ключевые слова
Проблема микрофонного эффекта и механических резонансов конденсаторов активно обсуждалась на протяжении многих лет, однако исследований по этому вопросу было достаточно мало. Во всяком случае, мало опубликованных исследований. Но те, что существуют, подтверждают мнение, что данный эффект может оказывать заметное влияние качества звучания.
К тому же, в некоторых случаях конденсаторы могут приводить к необычайно высоким уровням гармонических и интермодуляционных искажений. Понимание того, как и почему это происходит, позволяет разработчикам сосредоточить свои усилия на доработке электронной схемы и тщательном выборе электронных компонентов — таким образом, чтобы это принесло наибольшую пользу.