Аудиофильские конденсаторы Nichicon KZ (MUSE) 47 мкф 50 вольт, собираем Hi-End усилитель для наушников.

Привет!

Тема усилителей для наушников для меня новая, я считала что зачем такой усилитель вообще, но когда мне на обзор прислали наушники БлитцВульф, и встроенная звуковая карта не смогла раскачать их, я призадумалась, а не собрать ли мне хороший усилитель для наушников, чтоб и выглядел хорошо, и «раскачать» мог всё. К процессу «разработки» подключилась Нино, и мы вместе сделали что-то красивое и хорошо звучащее)))))))

Обозреваемые конденсаторы — это специальные «Аудиофильские» конденсаторы, где конструкция и состав электролита оптимизированы для качественной передачи звука. Во всяком случае, так утверждает производитель. Со своей стороны, хочу сказать что качество звука хорошее, и визуально конденсаторы очень красивые, заняли почётное место в моих аудиофильских конденсаторах.

Измерила емкость и ESR всех 10 штук.

Минимальная емкость была 45.6мкф, максимальная — 51. ESR — 0-0.02 ohm.

Пересмотрев в интернете множество схем, выбрала сравнительно простую, но надёжную и эффективную схему, которую взяла тут:

sound.whsites.net/project113.htm

Я внесла в схему небольшие изменения; Поменяла входной конденсатор на конденсатор в 47мкф (обозреваемый), резистор в обратной связи усиления поставила 5.1к, так как с 3.3к было очень тихо, а с 20к было очень громко и шумно, и выходные транзисторы поставила KSD1691, KSB1151 (других попросту не было).

Все остальные изменения косметические, но греют душу)))) поставила красивые, красные диоды ITT, красную кроватку DIP-8 для операционного усилителя NE5532 и все конденсаторы применила высококачественные, LowESR Matsushita и Nichicon в цепях питания, Wima MKP в фильтрах, и Philips PC в качестве входных. Разумеется, переменный резистор тоже оригинальный японский ALPS.

С чёрным текстолитом я работаю давно, но как красиво платы не собирай, всё равно чего-то не хватает, нет законченности и «профессиональности». Сравнивая с заводскими, не сразу и догадалась в чём разница, но потом заметила, у меня нет шелкографии и надписей на платах, а у заводских есть, вот и вся разница. Сидим с Нино вместе в кафешке, поделилась своей проблемой, и у Нино возникла «отличная» идея, давай мол сделаем как переводную татуировку? напечатаем и приклеим? я ей и говорю, молодец, ты «изобрела» метод ЛУТ, которым платы делаются, но у которого есть один минус для нашего применения — тонер то в принтере чёрный, а у нас текстолит тоже чёрный, ничего не будет видно, так что совет хороший, но не поможет он мне никак. Но что-то мучало меня, и я стала развивать мысль, а что если напечатать трафарет, и через него наносить краску кисточкой? но должны же быть замкнутые области, как же трафарет в них удержать? и тут я вспомнила, как клеили буквы на стекло рекламщики. У них на листе уже было собрано слово из букв, они на эти буквы наклеили сверху прозрачный скотчеподобный материал, с помощью которого и перенесли буквы на стекло! Это мне показалось вполне реализуемым, пошла в рекламную компанию, где на плоттере мне вырезали нужный трафарет, который перенесла на плату, а потом мы с Нино, используя акриловую краску и кисточки, заполнили прорези в трафарете, подсушили плату в термостате, чтоб краска закрепилась, потом отодрали трафарет, и запекли плату на 250С на один час. В результате чего, акрил окаменел и он визуально стал похожим на обычную шелкографию. А впрочем, чего я всё пишу, посмотрите сами!

Красота, от заводской и не отличишь! (но это экземпляр №5, до этого 4 штуки испортили, то перегрели, то недогрели, то пальцем мазанули) И заодно свой «бренд» «изобрели». Рисую плату в очередной раз, и тут Нино говорит, а что у тебя всё красиво, но несимметрично? сделай такие же три точки слева, как у тебя справа есть, получится бабочка. Я ей и говорю, это вход усилителя, зачем их делать два? ну тогда что-то нарисуй, чтоб пусто не было. Я подумала нарисовать Мисс Пакман, с бантиком, и как будто она пиксели есть, но потом решила, а пусть будет у нас свое лого, и «Придумала» — «ACE SOUND», если по короткому то «ACE SND» Пришлось его делать «Векторным», тонкостенным, так как акрилом покрыть большие плоскости красиво не получается, он начинает ужиматься при высыхании.

Раз «технологию» освоили, то сделали и плату блока питания, сразу с прорезями, как у «взрослых»

Схема обычная, два трансформатора, два моста, два стабилизатора на 12 вольт, и получаем двух полярный источник питания. У меня были стабилизаторы на 12 вольт в корпусе ТО-3, решила использовать их, но не ставить на радиаторы, а сделать подложку из молочно-белого оргстекла, и подсветить его снизу оранжевым светодиодом.

Получилось классно! и глаза не режет, но всё равно подсветка заметна!

Сделала и входной фильтр, и включатель и предохранитель, а для подключения к корпусу стабилизатора использовала позолоченные винты и гайки, всё как у настоящих аудиофилов)))))))

Всё наконец то собрано, подключила и работает! всё работает, ничего не горит, дыма нет, ничего не взорвалось, ура! Да вот на радостях встал вопрос, а как всё это с друг-другом соединить, чтоб было красиво? и где входные и выходные разъёмы, куда спрашивается глаза смотрели, когда плату рисовала? и много других горестных слов в свой адрес(((((( Но выход был найден! решила делать дополнительную, коммутационную плату, на которой и разместила и входные и выходные разъёмы, и индикатор наличия питания, и заодно сделала регулятор выходного импеданса, поставила переключатель, который последовательно с выходом включает резисторы на 16 ом, это если наушники будут очень низкоомные.

Теперь дело осталось за малым, сделать корпус. Я думаю сделать передную и задную панель из дерева, низ и бока из чёрного оргстекла с перфорацией, а верх — из дымчатого оргстекла, чтоб вся красота внутри была видна))))) Вот только книжку дочитаю, и сразу примусь за дело))))))

[Архивное фото — «Лаборант А, Саркисян знакомится с описанием современного вычислительного устройства Videoton»]

Некоторые просили в конце обзора поставить фото зверюшек. У меня дома зверюшек нет, был хомяк, но умер от старости.

Надеюсь, вам было интересно!

С Уважением,

Анна.

Конденсаторы для усилителей — AudioKiller’s site

1. Всякие неэлектролиты

Началось все с того, что мне не понравилось звучание одного из моих усилителей, а я уже давно подзревал, что конденсатор, включенный на его вход, вносит нелинейные искажения. После того, как при исследовании усилителя на микросхеме TDA7294 я обнаружил рост искажений на низких частотах, причем при увеличении емкости искажения уменьшались (тут все понятно — чем больше емкость, тем меньше сопротивление конденсатора, и тем меньше его влияние на сигнал, а значит, и искажения), мои подозрения перешли в уверенность. И я решил измерить, какие же искажения вносят конденсаторы. И сравнить несколько наиболее распространенных типов. Ведь на 

качество звучания усилителей конденсаторы оказывают большое влияние!

Должен сразу предупредить, что это не совсем верное сравнение — я использовал конденсаторы, которые у меня были. Они имели разные емкости, поэтому я с ними работал на разных частотах и напряжения на них подавались не совсем одинаковые. А по хорошему, нужно было провести измерения в абсолютно одинаковых условиях: и частота, и напряжение должны быть одинаковыми. И измерять нужно было на нескольких частотах и с разными напряжениями. Да и нужно было взять по нескольку штук одинаковых конденсаторов — вдруг мне какой-то из них немного бракованный попался. То есть результаты измерения не являются «истиной в последней инстанции» при сравнении конденсаторов. Если результаты различаются сильно, то можно с уверенностью говорить о том, что какой-то из конденсаторов лучше другого. А вот если различие маленькое, то вполне возможно, что тот, который в моем случае был чуть лучше, на другой частоте будет работать немного хуже.

И потом, ведь я измерял только коэффициент гармоник, а остальные параметры качества не мерял!!! Хотя с точки зрения влияния на звук проходных конденсаторов, качество конденсаторов большей частью зависит от их линейности. Согласитесь, что если после конденсатора стоИт резистор в десятки килоом, то нет никакой разницы между конденсатором с ESR=0,01 Ом и конденсатором с ESR=0,001 Ом! Эти доли ома потеряются уже на фоне сопротивления выводов, пайки и дорожек! А вот если Кг усилителя наполовину состоит из Кг конденсатора, то это нехорошо.

Тем не менее, результаты я бы назвал ошеломляющими. Есть конденсаторы хорошие и плохие, а есть вообще ужасные!!! Я знал, что керамические конденсаторы с диэлектриком, имеющим плохой ТКЕ, нелинейные, но не думал, что настолько! 

Все измерения проводились точно, правильно и корректно, без методических погрешностей. Схема измерения приведена на рисунке 1.

Рис. 1.

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

Для того, чтобы показать точность измерений, приведу два спектра тока конденсатора (а таким способом я измеряю именно ток). Дальше эти спектры будут обработаны для большей наглядности. В рассчетах учитывались только гармоники, помехи, если и были (надите помехи на рисунках!), не учитывались.

Рис. 2. Рис. 3.

Еще один важный момент — вычисление коэффициента гармоник Кг. Кроме обычного способа (рис.4 а), я пользовался нормированным к номеру гармонинки (рис.4.б).

Рис. 4.

Этот способ нормирования придумали инженеры из лаборатории английской компании ВВС в 50-х годах ХХ века. И такой способ, когда напряжение гармоники умножается на квадрат ее номера, позволяет учесть ширину спектра гармоник. Зачем это нужно? А затем, что чем больше порядок нелинейности и шире спектр гармоник, тем хуже звук. Вот пример на рисунке 5:

Рис. 5.

Все три варианта спектра искажений дают одинаковый Кг=0,1%. Но зеленый спектр содержит только две гармоники, и значит на слух такие искажения заметны меньше. Красный спектр содержит гармоники вплоть до 10-й, и на слух самый плохой. А Кг у них у всех одинаковый и не позволяет эти спектры различить. А нормированный К’г даст для этих спектров такие значения: 0,12%; 0,18% и 0,33%. Почувствуйте разницу!

Хочу сказать, что это не «Очередной Самый Новый Великий и Точный Метод Измерения Искажений»! Это просто модификация (и вполне законная) обычного метода, но более совершенная: если традиционный Кг позволяет учитывать только среднюю величину нелинейности передаточной характеристики (это как средняя температура по всей больнице, включая морг), то нормированный позволяет учесть и порядок этой нелинейности. И, несмотря на то, что он очень далек от совершенства и не очень хорошо соответствует слуховым ощущениям, он все же лучше, чем простой Кг. Т.е можно посмотреть с другой стороны: обычный Кг еще меньше коррелирует с субъективными ощущениями, чем нормированный. Коэффициент нормирован ко второй гармонике и его физический смысл — показать среднюю нелинейность, учитывая, насколько высшие гармоники хуже второй.

И такой подход принес пользу.  Дальше будет видно, что у конденсаторв EPKOS и К73-16 Кг одинаков и равен 0,0017%. Значит ли это, что конденсаторы одинаковы? Очень может быть, что и нет. А вот если посмотреть на нормированные коэффициенты, то у EPKOSа К’г=0,0053%, а у К73-16 К’г=0,0091%. Т.е. отечественный лавсановый конденсатор имеет более широкий спектр гармоник и хуже звучит, чем импортный полипропиленовый. Но для того, чтобы не лишать читателей привычных ориентиров, я привожу и обычные Кг.

Пора перейти от затянувшегося вступления к делу и представить сегодняшних участников конкурса «мистер конденсатор» (рис.6).

Рис. 6.

Конденсаторы керамические К10-17а и КМ-5 (скорее всего это импортный аналог наших К10-17б или К10-17в; недавно видел точно такой же отечественый конденсатор типа К10-73, но по тексту я так и оставлю наименование КМ-5, т.к. от КМ-5 они все произошли), лавсановые пленочные К73-16 и К73-17, фторопластовый ФТ1 и полипропиленовые отечественные К78-2, К78-19 и импортный EPCOS. Марку конденсатора, расположенного в центре верхнего ряда я не знаю. Подозреваю, что это пленочный, но какой? Это, скорее всего, импортный (такие стоят в мультимедийных колонках, например), он на самом деле темно-зеленого цвета (на фото не получился), поэтому я его буду называть «зеленый». Когда узнаю тип — впишу сюда.

Итак, поехали! На спектрограммах красный спектр — ток конденсатора, синий — выход звуковухи (т.к. подключение конденсатора, как нелинейной нагрузки, приводит к искажениям; я уже писал выше, что эти искажения учитывались при вычислении коэффициентов гармоник).

1. Керамический К10-17а

Кг = 0,83% , К’г = 2,2%

Страшно? Мне тоже. Я любил эти конденсаторы за хороший ТКЕ (температурный коэффициент емкости), а искажениями не интересовался (для звука использовал нечасто). А оно вон как плохо. Причем спектр гармоник очень широкий.

Вывод: не использовать для звука!

2. Керамический КМ-5 [К10-73] (класс Н90)

Кг = 2,1% , К’г = 6,1%

Это вообще какой-то кошмар! Я подозревал, что это плохие конденсаторы, думал, что их искажения такие большие, что могут быть даже с полпроцента. Но оказалось, что все намного-намного хуже! А если учесть, что их емкость очень сильно зависит от температуры…

Обратите внимание — подключение этого конденсатора на выход звуковухи сразу создает ей нехилую кучу гармоник! Т.е. и выходное напряжение искажается из-за этого конденсатора!

Вывод: держать подальше от звуковых схем, желательно в другом шкафу и в другой комнате! Также не рекомендуется в цепях питания звуковых устройств.

Важное замечание

На мой взгляд, у нас в стране действует совершенно дурацкая система обозначений керамических конденсаторов. Дело в том, что в них используется совершенно разная керамика: если емкость маленькая, то керамика довольно качественная, с хорошей линейностью и температурной стабильностью. Когда же нужно получить высокую емкость при малых габаритах, то используют керамику просто отвратительную — и линейность очень плохая, и термостабильности никакой (при нагреве на 20 градусов емкость может измениться в 2…3 раза!), и еще и сегнетоэлектрический эффект присутствует — конденсатор работает и как пьезо-динамик, и как пьезо-микрофон!Причем заразы-производители никому не говорят в каком именно конденсаторе какая керамика. Типа догадайся сам. Я бы на их месте не стал бы все валить в одну кучу, а давал бы разные типы в зависимости от типа диэлектрика. Тогда все было бы понятно — у конденсаторов этого типа емкость небольшая, зато стабильность и линейность хорошие, а у конденсаторов другого типа емкость высокая, но за счет качества. Так нет же! Специально запутывают, наверное, чтобы шпиёны не догадались!

Почему я раньше любил конденсаторы К10-7а? У них большой корпус по сравнению с КМ-5 (К10-73) и хороший ТКЕ. Поэтому я думал, что этот большой корпус заполнен большим количеством качественной керамики. Но оказалось, что там керамика хоть и лучше, чем у КМ-5, но все же дерьмецо. Для интереса я разломал пару конденсаторов (каждый из них 0,1 мкФ), чтобы посмотреть, что там внутри:

Душераздирающее зрелище: в таком большом корпусе такой масенький кристалл! Теперь понятно, почему линейность плохая — я-то думал, что стенки у корпуса тоненькие, а внутри сплошь потроха. Ан нет… Зато мое предположение, что больший по размерам конденсатор (при той же емкости) может иметь более высокое рабочее напряжение, вроде подтверждается — кристалл там побольше, наверное из-за большей толщины диэлктрика. Но точный ответ даст микроскоп, а его нет у меня.

Обязательно найду и померяю конденсатор такого типа, но небольшой емкости с хорошим диэлектриком! Чтобы сравнить…

3. Пленочный К73-16 (лавсан)

Кг = 0,0017% , К’г = 0,0091%

Ну это совсем другое дело! Если бы еще не было этого «хвоста» из гармоник довольно высокого порядка…

Вывод: Используйте на здоровье.

4. Пленочный К73-17 (лавсан)

Кг = 0,0019% , К’г = 0,0074%

Вот тут интересно: обычный Кг у него выше, чем у предыдущего, а нормированный — меньше. Это потому, что 3-я, 4-я и 5-я гармоники у него чуть-чуть выше, а зато 11-й нет совсем! Да и «нехорошие» 8-я и 9-я заметно меньше.

Вывод: похоже, что «народный» конденсатор чуть лучше, чем К73-16, несмотря на то, что К73-16 военный (5-й приемки). Но может это случайность — разница ведь небольшая…

5. Фторопластовый ФТ-1

Кг = 0,0023% , К’г = 0,0098%

Хороший, в общем-то конденсатор. У фторопласта есть ряд преимуществ (например, максимальная пропускаемая реактивная мощность на высокой частоте), но они максимально раскрываются в других местах, например в фильтрах колонок.

Вывод: нормалёк.

6. Пленочный К78-2 (полипропилен)

Кг = 0,0022% , К’г = 0,0064%

Самый низкий пока что нормированный коэффициент гармоник. По обычному Кг проигрывает конденсатору К73-16, но, сравнив спектры, понимаешь, что использовать для оценки линейности именно нормированный коэффициент К’г — лучше! Максимум, что нашлось — это 5-я гармоника. Более высоких нет.

Вывод: очень линейный конденсатор.

7. Пленочный К78-19 (полипропилен) 

Кг = 0,0015% , К’г = 0,0049%

Та же картина, только немного лучше!

Вывод: самый линейный конденсатор в обзоре! Уж «звучать» он будет!…

8. Пленочный EPCOS (полипропилен)

Кг = 0,0017% , К’г = 0,0053%

Наш оказался даже лучше! Правда это на пределе точности, и на одной частоте. Откуда вылезла 11-я гармоника напряжения, и почему нет соответствующей ей 11-й гармоники тока я не знаю. Может какая-то хитрая особенность конденсатора. Я несколько раз перемерял в разных условиях — результат тот же.

Вывод: не зря за него берут столько денег. Но хорошо бы внимательнее приглядеться в нашему К78-19 — похоже, что он не уступает буржуйскому (а по этим измерениям — даже лучше)! А дешевле.

9. Пленочный «зеленый»

Кг = 0,0025% , К’г = 0,024%

В принципе неплохой, если бы не непонятно откуда взявшиеся «отдельно стоящие» 12-я, 14-я и 17-я гармоники. Хоть и маленькие, а есть. Их тут же уловил чуткий к таким безобразиям К’г, который сразу вырос из-за них в 10 раз (кто-то все еще сомневается в его пользе?).

Вывод: можно использовать для питания и для неответственных цепей. Например, в той же мультимедийной акустике (в усилителе).

10. Импортный «К73»

По сравнению с «обычными» конденсаторами К73-17, эти (по-видимому) импортные (пока не знаю их марки) имеют меньшие габариты, и продаются на напряжения от 100 вольт и выше. На напряжение меньше 100 вольт не встречал. Причем их появляется все больше и больше за последние год-два. Посмотрим, что за птица.

Кг = 0,0027% , К’г = 0,012%

Линеность чуть хуже, чем у К73-16 и К73-17. Наверное это расплата за меньшие габариты. Но в принципе неплохо.

Вывод: можно использовать, но наш К73-17 лучше. Зато в цепях питания эти конденсаторы получаются выгоднее — при напряжениях выше 50 вольт К73-17 на 63 вольта уже использовать не стОит. А эти запросто пойдут и по габаритам будут меньше (значит на то же место можно поставить большую емкость!).

Награждение победителей

Расставим конденсаторы по местам, учитывая, что у нас два оценочных коэффициента, и таблица рекордов тоже получается двойная (интересно, что в правой половине все первые места заняли полипропиленовые конденсаторы, которые и по субъективным оценкам всегда ставят на первое место. Значит ли это, что нормированный К’г ближе к субъективным ощущениям?..)

Место	Тип	«Обычный» Кг, %		Место	Тип	Нормированный К’г, %
1	К78-19	0,0015		1	К78-19	0,0049
2	EPCOS	0,0017		2	EPCOS	0,0053
3	К73-16	0,0017		3	К78-2	0,0064
4	К73-17	0,0019		4	К73-17	0,0074
5	К78-2	0,0022		5	К73-16	0,0091
6	ФТ-1	0,0023		6	ФТ-1	0,0098
7	«Зеленый»	0,0025		7	Импортный «К73»	0,012
8	Импортный «К73»	0,0027		8	«Зеленый»	0,024
9	К10-17а	0,83		9	К10-17а	2,2
10	КМ-5	2,1		10	КМ-5	6,1

Думаю, комментарии излишни.

2. Для вас, аудиофилы!

Сегодня мы рассмотрим «аудиофильские» конденсаторы. Это довольно непростое дело — ведь некоторые считают, что самые лучшие конденсаторы это «Телефункен», добываемые из приемников, выпущеных в Германии в период с 1934 по 1944 года (т.е. при Гитлере). Некоторые считают, что конденсаторы нужно мотать самому из серебряной фольги и «правильного» диэлектрика 13-го числа в новолуние, повернувшись лицом на юг. К сожалению, ни первых, ни вторых конденсаторов я не только не имею, я их в жизни не видел. Поэтому сегодня всего три претендента:

Металлобумажные конденсаторы К42У-2 и их устаревший (зато хорошо «прогретый» за 30 лет) вариант МБМ. Считается, что бумага — очень хорошо «звучащий» диэлектрик, т.к. она изготовлена из живых существ и «откликается» на красивую музыку (как откликается на музыку соседская собака — я хорошо знаю, а вот как откликается бумага — ну никак не пойму!). Тем не менее, считается, что бумажные конденсаторы для усилителей — это кошерно.

И полистирольные конденсаторы К71-7. Полистирол — очень удачный диэлектрик с хорошими свойствами. Большой плюс этих конденсаторов — низкий разброс емкости — у моих он составляет всего лишь 0,5% (у металлобумажных соседей разброс емкости 10%, т.е. намного хуже). Такие конденсаторы хорошо применять в генераторах и точных (и сложных) фильтрах. Недостаток — большие габариты. Зато и качество конденсаторов — на высоте (и измерения это еще раз подтверждают).

При измерениях такого рода (практически на пределе точности измерительной системы) встает вопрос повторяемости измерений. Не секрет, что за прошедшие с прошлого раза два месяца что-то в (домашних) условиях измерений могло измениться. И действительно изменилось. Я повторил некоторые из прошлых опытов — значения получились чуть-чуть другими! Но не намного, в третей значимой цифре, так что новые результаты практически сравнимы с предыдущими. Так что если «аудиофильские» конденсаторы получились хуже — то это так и есть, измерения тут непричем! В доказательство привожу результат сравнения конденсатора К73-16, участвовшего в прошлом тесте и К42У-2 — нового участника. Эти измерения выполнены практичеки одновременно (с интервалом 5 минут на перепайку конденсаторов и собственно измерение) и в абсолютно одинаковых условиях. Хорошо видно разницу:

Вот этот же график, только рафинированный:

Так что по крайней мере по линейности бумага наверное чуть хуже, чем лавсан.

1. Металлобумажный К42У-2

Кг = 0.0023% , К’г = 0.0078%

Не очень плохо, но и не очень хорошо. Может в чем-то и у них есть своя хорошая сторона, но здесь ее не видно.

Вывод: для себя я ничего интересного не нашел.

2. Металлобумажный МБМ

Кг = 0.0014% , К’г = 0.0067%

Несмотря на то, что спектр гармоник несколько шире, их амплитуда меньше, поэтому старый получился лучше нового. Напоминаю, что я беру по одному конденсатору, а значит не застрахован от неудачных экземпляров. Может это получилось потому, что за 30 лет «прогрева» ток через конденсатор шел только в «правильном» направлении? 

Вывод: «С этой стороны — ничуть не лучше!» (Ослик Иа).

3. Полистирольный К71-7

Кг = 0.0016% , К’г = 0.0061%

А вот это уже совсем неплохо! Даже хорошо. Кг в основном состоит из третей гармоники. И спектр гармоник узкий, что свидетельствует о хорошей линейности.

Вывод: Очень хорошее качество при просто обалденной точности. Конденсаторов с лучшим показателем качество-точность, я просто и не знаю.

Награждение победителей (продолжается)

Ввиду явного преимущества полистирольного конденсатора, я не буду проводить местный рейтинг, и сразу дам общий результат.

Место	Тип	«Обычный» Кг, %		Место	Тип	Нормированный К’г, %
1	МБМ	0,0014		1	К78-19	0,0049
2	К78-19	0,0015		2	EPCOS	0,0053
3	К71-7	0,0016		3	К71-7	0,0061
4	EPCOS	0,0017		4	К78-2	0,0064
5	К73-16	0,0017		5	МБМ	0,0067
6	К73-17	0,0019		6	К73-17	0,0074
7	К78-2	0,0022		7	К40У-2	0,0078
8	ФТ-1	0,0023		8	К73-16	0,0091
9	К40У-2	0,0023		9	ФТ-1	0,0098
10	«Зеленый»	0,0025		10	Импортный «К73»	0,012
11	Импортный «К73»	0,0027		11	«Зеленый»	0,024
12	К10-17а	0,83		12	К10-17а	2,2
13	КМ-5	2,1		13	КМ-5	6,1

3. Разборки с керамикой

Керамические конденсаторы — самые «противные» из всех. Про них заранее ничего неизвестно — ведь конденсаторы одного и того же типа могут быть изготовлены из разной керамики с совершенно различными свойствами!  Существует «закон рычага мироздания»: выигрывая в чем-то одном, обычно проигрываешь в чем-то другом. В керамических конденсаторах выигрывая в размерах, проигрывают в термостабильности и линейности, т.к. в качестве диэлектрика используется сегнетокерамика. Причем по техническим условиям нормируется только ТКЕ (температурный коэффициент емкости), а вот линейность похоже никого не интересует. И распространено мнение, что термостабильные конденсаторы линейны, а вот нетермостабильные…

Только вот выходит, что и термостабильные керамические конденсаторы весьма и весьма нелинейны. Я наскреб по сусекам горсть конденсаторов и продолжаю их измерять. На это раз я попытаюсь найти связь между линейностью конденсатора и его остальными свойствами. К сожалению, тип конденсаторов продолжает оставаться неизвестным (за исключением К10-17а), поэтому вот их групповой портрет (рядом с каждым — порядковый номер, а конденсаторы одинаковой емкости разных типов имеют двойную нумерацию). Емкости от 1 мкФ до 750 пФ.

Я предположил, что линейность конденсаторов должна зависеть от их емкости (ведь маленькую емкость при маленьких габаритах получить легко, это для большой емкости приходится изворачиваться, запихивая ее в маленький корпус), типа и размера (ну тут тоже понятно: если не нужно миниатюрить — ставим качественную керамику). Особенно это относится к конденсаторам К10-17а — у них в одинаковых корпусах «помещаются» емкости от 100 пФ до 1 мкФ!!! А в корпусах разного размера сами «кристаллы» конденсаторов тоже разные (оба конденсатора по 0,1 мкФ; точно такие здесь исследуются, их номера 2-5 и 2-3):

Кроме того, конденсаторы разных типов (а типов этих промышленность выпускает немеряно! причем непонятно, в чем между ними разница, в справочниках — на эту тему ни гу-гу) могут иметь разные свойства.

Важно! Все конденсаторы измерены практически в одинаковых условиях (напряжение/частота)!

Поэтому все измерения сводим в общую таблицу (Внимание! на фото в таблице масштаб не соблюден! Реальные размеры — см. общее фото!).

№ п/п	Емкость	Внешний вид	Кг, К’г	Спектр искажений (в %)	ТКЕ, %/градус
1-1	1 мкФ		Кг = 2,7% К’г = 6,5%		-1,7
1-2	1 мкФ		Кг = 0,64% К’г = 2,2%		-1,15
1-3	1 мкФ		Кг = 0,51% К’г = 1,15%		-1,05
2-1	0,1 мкФ		Кг = 1,57% К’г = 4,3%		-0,59
2-2	0,1 мкФ		Кг = 0,68% К’г = 1,4%		-1,4
2-3	0,1 мкФ		Кг = 0,44% К’г = 1,16%		-1,73
2-4	0,1 мкФ		Кг = 0,51% К’г = 1,27%		-1,15
2-5	0,1 мкФ		Кг = 0,026% К’г = 0,057%		-0,18
3-1	0,022 мкФ		Кг = 1,17% К’г = 6,5%		—
3-2	0,022 мкФ		Кг = 0,88% К’г = 2,1%		—
3-3	0,022 мкФ		Кг = 0,16% К’г = 0,36%		-0,094
4	10 нФ		Кг = 0,08% К’г = 0,18%		-0,078
5	5,6 нФ		Кг = 0,0023% К’г = 0,009%		-0,1
6	3 нФ		Кг = 0,0018% К’г = 0,007%		—
789	2,4 нФ1,5 нФ750 пФ		Кг = 0,0017% К’г = 0,007%		—

Значения ТКЕ я измерил не для всех конденсаторов, но и этих чисел достаточно для предварительных выводов. Знак «минус» означает, что с ростом температуры емкость падает.

Выводы

1. Действительно, чем больше емкость и при этом чем меньше габариты, тем хуже линейность. Вот зависимость искажений от емкости для конденсаторов К10-17а, имеющих корпуса практически одинаковых размеров:

2. Конденсаторы небольшой емкости (менее 5 нФ) имеют хорошую линейность. Причем их искажения (в пределах моей погрешности измерений) от емкости не зависят. Наверное, там используется другой диэлектрик?

3. Конденсаторы в больших корпусах более линейны. Сравните 2-3 и 2-5 (именно они показаны в разломанном виде на фото вверху). Объем корпуса, а главное — объем «кристалла» в несколько раз больше, и искажения различаются более чем на порядок!

4. Конденсаторы разных типов имеют разные характеристики при одной и той же емкости. (Ну это и так понятно, непонятно зачем их столько разных вообще выпускают?!)

5. Интересно, что же происходит в SMD конденсаторах, которые еще меньше по размерам?

6. Зависимость «чем лучше ТКЕ, тем лучше линейность» (а это широко распространенное мнение) в общем случае подтверждается, но не совсем однозначно. Где-то так, а где-то и наоборот. По-видимому все зависит от свойств диэлектрика, причем если ТКЕ нормируется производителями и ТУ, то линейность — нет. Но чтобы хорошенько разобраться в вопросе, нужно провести много экспериментов с конденсаторами разных групп ТКЕ, а это пока не представляется возможным.

7. Качество звучания усилителя с проходыми керамическими конденсаторами большой емкости будет подпорчено.

Что делать?

Один из двух «классических русских вопросов» (второй вопрос: «Кто виноват?»).

• По возможности меньше пользоваться керамическими конденсаторами в тракте сигнала (да и питания). Пленочные — лучше.
• Если же пользоваться — то не гнаться за миниатюрностью. С другой стороны, не нужно впадать в крайности и использовать огромные высоковольтные конденсаторы, все должно быть разумно. Огромные и высоковольтные могут быть сделаны из какой-то специальной керамики, которая может оказаться еще хуже «обыкновенной».
• Конденсаторы малой емкости (< 2000 пФ) ведут себя пристойно. Но за все их типы я не ручаюсь.

Но все не так плохо, как кажется на первый взгляд. Даже с плохими конденсаторами можно иметь дело, приняв меры, чтобы не испортить ими звук (разве что совсем чуть-чуть). Об этом обязательно, но позже. Продолжение следует!

12.03.2008

Total Page Visits: 4010 — Today Page Visits: 18

Лучшие аудио конденсаторы | ARCADIY

Опубликовано 17th Jan 2019 в Профессиональное аудио Апгрейд

Как улучшить железо, или выбор конденсаторов для звука. Лучшие электролитические конденсаторы для апгрейда домашней и студийной аудиотехники в 2019-м году.

Так как я не только много менял и слушал конденсаторы в течении 2018 года, но и много читал форумы и статьи — опишу характер звучания электролитов не только своими впечатлениями, но и добавлю общее впечатление, часто совпадающее у различных людей из разноязычных форумов, по поводу звучания конденсаторов и их применения. Начну от самых лучших по звуку и от них опущусь к более простым:

1. Black Gate — ровное звучание по АЧХ, теплое и яркое, детальное. Яркость и окрас самые точные понятия применимые к звуку BG. У большинства слушателей именно это и вызывает ощущение живости звука и присутствия рядом с исполнителем.

2. Elna Silmic II — менее яркие, не окрашенные, но более динамичные и с большей сценой. Уровень баса тот же, бас не такой плотный как у Nichicon KZ, но мелодичный — шире чем у BG. Эти конденсаторы любят и выбирают за максимально живые средние частоты среди электролитов, после BG.

   Elna Cerafine — относительно Silmic легче бас и более подчеркнуты высокие. Высокие подчеркнуты в хорошем смысле и они лучше чем у Silmic II. Поэтому многие предпочитают керафайны силмикам и я оставляю обе серии на 2-м месте. У Elna есть еще несколько серий, которые так же активно используются для аудио, но найти и купить их оригинал не так просто.

3. Nichicon KZ (Muse) — относительно Elna хуже высокие, что создаёт ощущение закрытости и меньшей сцены, но выигрывает у Elna по басу и динамике. Очень плотный бас и ощутимое его превосходство. KZ на 50 вольт ощутимо лучше.

4. Nichicon FG, FW, ES — относительно KZ более зернистые, но менее детальные, есть легкая пелена — звук бледнее, бас слабже, но все еще довольно музыкально. Серия ES (Muse) является биполярным (неполярным) поэтому пелена в звуке с ним малозаметна. FG схож с FW, но чуть лучше по всем показателям.

5. Vishay Sprague 515D — относительно бюджетных электролитов имеет хороший уровень баса, и хорошую динамику, детальность хуже чем у FG и FW (больше зернистость), но очень хорошо передает средние.

6. Panasonic ECA M-series — также довольно зернистые как и Sprague, дают меньше бас но более теплый и живой верх, в остальном схожи со Sprague.

Все эти типы конденсаторов отлично подойдут, если в вашем устройстве не импульсный блок питания, а классический с большим тороидальным или квадратным (броневым) трасформатором.

Но так как на дворе 2019 год и огромная доля техники, включая аудио, сделана с импульсными блоками питания (мелкие квадратные трансформаторы), то к таким БП, как правило, требуются более выносливые 105-градусные конденсаторы со своими особенностями, такие как Nichicon UPW — он же просто PW.

Nichicon PW — это упругий бас, чистый голос и даже высокие, ровная АЧХ. Его проблема лишь в отсутствии теплоты — оставляет четкую оболочку звука, но лишает наполнения. Похожее звучание с небольшой разницей и у других высокотемпературных электролитов 105C и низким ESR, а именно:

• Panasonic FC
• Panasonic FM
• Rubycon Z, ZL
• Nichicon HE

Как правило, эти электролиты производители студийной и качественной домашней техники используют в комбинации с конденсаторами 85C Elna, либо Nichicon, так делает и производитель топового студийного железа и аудио апгрейдов компания Black Lion, сочетая Nichicon PW с 85-градусными Nichicon FW.

Другой производитель крутых студийных пультов-компания Audient использует в своих консолях(пультах) сочетание 105-градусных Panasonic FM и 85-градусных Vishay Sprague

Компания Panasonic в дорогих сериях своих домашних кинотеатров сочетает Nichicon PW с 85-градусными Panasonic m-series и Elna. В комбинации это означает, что в импульсный блок питания устройств ставятся Nichicon PW, в непосредственной близости к импульсному трансформатору, а в остальные цепи устройства 85-градусные Nichicon, Elna и прочие. Поэтому эксперименты с этими 105-градусными конденсаторами, даже если у вас не импульсный блок питания, могут дать очень приятный результат в звуке. Чаще всего экспериментируют как раз с Nichicon PW и Panasonic FM (рекордсмен с самым низким ESR).

Пожалуй, это наиболее стоящие электролиты для аудио апгрейдов. Да, я знаю что Black Gate очень сложно достать, но не упомянуть его я не мог, поскольку люди с деньгами все же могут найти и побаловать себя ярким звуком.

Самыми выгодными по сочетанию цена/качество являются Nichicon FW и потому это выбор американской компании Black Lion, занимающейся апгрейдами и производством собственного студийного оборудования.

И самое главное, что теперь вы захотели узнать — где эти конденсаторы можно купить?
Black Gate покупают кто где сможет и многие натыкаются на подделки, одна позиция на данный момент есть здесь

Elna я заказываю на сайте www.audiomania.ru. И есть еще одна серия Elna ROD на сайте www.chipdip.ru. Nichicon всех серий есть там же на сайте www.chipdip.ru. Там же вы сможете заказать Vishay и Panasonic.

Покупать на aliexpress и китайских аккаунтах ebay я категорически не советую, так как это чистая лотерея!

Конденсаторы для ВЧ/СВЧ. Часть 3 Пленочные и электролитические

Часть 1.
Часть 2.
Часть 3.
Часть 4.

Особенности конструкции и применения

Необходимо сказать о том, как свойства органических вообще и пленочных диэлектриков в частности определили конструктивные особенности и сферы применения конденсаторов этого типа. Пожалуй, главным фактором, определившим современный набор конструктивных исполнений органических конденсаторов, является неширокий по сравнению с керамическими конденсаторами температурный диапазон применения органических полимеров. Это резко снизило возможности использования полимеров в чип-конденсаторах. Речь, прежде всего, идет о процессе пайки, в результате которого может происходить температурное разрушение либо деградация конденсаторов. Дополнительные сложности в «жизнь» органических чип-конденсаторов внесло появление требований RoHS по пайке бессвинцовыми припоями. Поскольку температура плавления таких припоев выше, чем свинцовосодержащих, значительная часть известных серий, в частности пленочных конденсаторов, имеет ограничения при пайке. Часто это невозможность использовать технологию двухволновой пайки либо ограничения по времени прохождения волны припоя. Многолетняя статистика рынка, собранная в основном по пленочным конденсаторам, показывает, что 80–90% таких конденсаторов выпускается в выводном исполнении. Пайка выводов не ухудшает свойств собственно конденсатора.

 

Органические конденсаторы для ВЧ/СВЧ

Несмотря на то, что признанным лидером в области высокочастотных приложений принято считать керамические конденсаторы, органические полимеры успешно осваивают этот специфический диапазон. Говоря о применении полимерных конденсаторов на высоких частотах, можно упомянуть об авторской технологии AVX — многослойных органических структурах MLO (Multilayer Organic). Эта технология появилась именно как результат усилий по расширению частотного диапазона применения полимерных устройств. Суть ее заключается в том, что из полимерных материалов и посредством отработанных пленочных технологий создается многослойная подложка, стек слоев которой содержит один или несколько уровней полимера с малыми потерями на высоких частотах. Эти слои «зажаты» между слоями металлизации и разделительными. Слои металлизации используются для формирования стандартных компонентов, посредством трассировки соединяемых в целевые устройства. Стандартный стек слоев подложек первого поколения описан в [1] и представлен на рис. 1.

Рис. 1. Подложка MLO с шестью слоями металлизации

Синим цветом на рис. 1 обозначены переходные отверстия между слоями. Основной проблемой при создании этого типа подложек был поиск полимерного материала, имеющего малые потери на высоких частотах и при этом высокую диэлектрическую проницаемость для формирования значительной емкости в малых габаритах. В настоящее время в качестве таких материалов для high-Q‑слоев используются политетрафторэтилен (PTFE) и жидкокристаллические полимеры (LCP). Высокочастотные полимерные подложки MLO стали исключительно благодатной средой для размещения в них стандартных компонентов для повсеместно используемых радиотехнологий: беспроводных сетей многих протоколов, широковещательных спутниковых систем, автомобильных радиосистем и т. п. По технологии MLO выполняются конденсаторы, индуктивности, диплексеры, согласующие четвертьволновые трансформаторы, фильтры, ответвители и другие компоненты, вплоть до радиочастотных микросхем (RFIC). При этом на наружных металлизированных слоях подложек может выполняться стандартная трассировка для SMT-компонентов. Дополнительным бонусом MLO-подложек является их полная совместимость с широко применяемым материалом для печатных плат — FR4. Оба материала имеют одинаковое температурное расширение, и при закреплении MLO-компонентов на печатных платах они не создают дополнительных термических нагрузок на платы. Специалисты фирмы AVX отмечают очень хорошие показатели MLO по диэлектрической абсорбции [2]. По данным [2], этот показатель для MLO составляет 0,0015%, что на порядки лучше абсорбции, например, для керамики NP0 — 0,6%. Это свойство MLO, конечно, весьма востребовано в устройствах выборки/хранения. В качестве практического решения AVX предлагает представленный в [3] MLO-конденсатор формата 0603 (EIA) с диапазоном емкостей 0,1–5,1 пФ, рабочим напряжением 50–250 В. Изделие имеет допуск по номиналу ±0,02 пФ и может применяться в диапазоне частот до 20 ГГц.

Вообще необходимо отметить, что технология сложных подложек переживает период стремительного развития не только в области пленочных технологий. Для керамики примером тому служат 3D однослойные конденсаторы фирмы IPDiA, речь о которых пойдет ниже. А наиболее полным конструктивным аналогом MLO-подложек от AVX являются сложные керамические подложки CapStrate фирмы Johanson Dielectrics.

 

Типы пленочных конденсаторов и основные материалы для их производства

Конструкция пленочного (как поясняется в сноске в начале обзора) конденсатора схожа с конструкцией многослойного керамического конденсатора или с конструкцией оксидного (электролитического) конденсатора, с тем отличием, что рулон диэлектрика с металлизацией укладывается прямоугольным брикетом. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima приведена на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima

Так же как и в ситуации с MLCC, пленочные конденсаторы имеют большое количество конструктивных исполнений, в основном разделенных на три большие группы c корпусами для поверхностного монтажа (SMD) и выводными корпусами с радиальным (Radial) и аксиальным (Axial) расположением выводов. На рис. 3 представлены некоторые примеры исполнений по информационным материалам фирмы Kemet и промышленной группы Exxelia.

Рис. 3. Виды корпусов пленочных конденсаторов от Kemet и Exxelia:
а) SMD-исполнение от Kemet с размерами 12,7×11,5×6,5 мм;
б) SMD Kemet в корпусе DIL6 с минимальными размерами 11×12,2×6,05 мм;
в) низкоиндуктивные SMD-конденсаторы с самовосстановлением от Exxelia;
г) SMD высокочастотные SMPS Exxelia;
д) радиальный конденсатор с сериальным резистором от Kemet;
е) радиальный Exxelia, выводы с резьбой или в виде контактного лепестка;
ж) радиальный высоковольтный до 1000 В, Exxelia;
з) точный радиальный от Exxelia, каждая обкладка соединена с двумя выводами;
и) аксиальный от Kemet для SMPS-применений;
к) аксиальный низкоиндуктивный от Exxelia;
л) аксиальный высоковольтный до 2200 В от Exxelia;
м) аксиальный Exxelia, имеется исполнение, при котором один из выводов соединен с корпусом

Пленочные конденсаторы применяются, как правило, в сильноточных импульсных устройствах, в том числе работающих в нагруженных режимах с малыми скважностями. Хотя эта область электронной техники напрямую не связана с заявленной темой статьи, тем не менее краткий экскурс в нее оправдан, поскольку в развитии электронной индустрии виден процесс конвергенции, при котором высокочастотные устройства становятся сильноточными, а импульсная техника работает на все больших частотах.

В качестве диэлектрика в них чаще всего применяются поликарбонат, полиэстер и полипропилен, которые называют «большой тройкой» пленочных конденсаторов. Эти диэлектрики применяет большинство фирм — производителей пленочных конденсаторов. Хотя в последнее время на первое место выходит полифенилен сульфид (PPS), который активно замещает конденсаторы из поликарбоната [4]. Достаточно распространены на рынке и конденсаторы с диэлектриком из пропитанной бумаги.

Класс пленочных конденсаторов условно делится на два основных типа. Те конденсаторы, у которых металлические обкладки выполняются из фольги (например, тонкой фольги хрома), называются фольговыми. В англоязычной литературе принят термин all-film либо foiled. Встречается также термин film/foil. Ко второму типу относятся конденсаторы, чьи обкладки выполняются непосредственным напылением на пленку диэлектрика тонкой пленки металла. Это металлизированные конденсаторы, или metallized. В количественном соотношении металлизированные конденсаторы выпускаются в значительно больших объемах, чем фольговые. При этом фирмы-производители стараются разрабатывать и использовать проприетарные технологии изготовления для продвижения своей продукции. Так, перед напылением металлической пленки компания AVX проводит обработку диэлектрика коронным разрядом для лучшего сцепления полимера и металла. О причинах количественного неравенства между фольговыми и металлизированными конденсаторами будет сказано ниже.

В зависимости от типа полимера, который используется в качестве диэлектрика, пленочные конденсаторы можно разбить на три большие группы:

• Поликарбонат. Этот материал имеет низкий температурный дрейф (ниже, чем у других материалов), малый коэффициент рассеяния и диэлектрической абсорбции. Конденсаторы на основе поликарбоната применяются в импульсных цепях и прецизионных аналоговых устройствах в тех случаях, когда требуется хорошая температурная стабильность и высокий температурный коэффициент. В отличие от других диэлектриков имеет низкую устойчивость к влажности, что весьма критично в некоторых областях применения. Конденсаторы из поликарбоната имеют высокое тепловое сопротивление (до +125 °C), но плохо подходят для поверхностного монтажа. Большинство производителей рекомендует использовать поликарбонатные пленочные конденсаторы в автомобильных приложениях. Наиболее известные производители конденсаторов этого типа — Kemet PN, Electronic Concepts Inc, American Capacitor Corporation, EFC Wesko.
• Полиэстер. Этот материал, вероятно, самый популярный в пленочных конденсаторах, во всяком случае для монтажа на плату. Полиэстер — другое название класса аналогичных полимеров на основе полиэтилена терефталата. Европейское название — милар, PET, PETE или PETP. Высокий коэффициент рассеяния, особенно с ростом частоты, позволяет применять конденсаторы на основе полиэстера в цепях постоянного тока, в низкочастотных импульсных цепях с малым током или в источниках питания. Конденсаторы на основе полиэстера имеют высокий температурный дрейф, но их совместное подключение с конденсаторами на основе полипропилена позволяет выравнивать температурную кривую. Конденсаторы этого типа имеют номиналы 1 нФ – 10 мкФ и выше (речь идет в основном о конденсаторах до 1000 В). Высокое тепловое сопротивление позволяет применять их для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полиэстера — EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc.
• Полипропилен. Конденсаторы на основе полипропилена (РР) являются самым распространенным типом пленочных конденсаторов. Они выпускаются в очень широком диапазоне размеров и рабочих напряжений и применяются во многих электрических цепях. РР имеет низкий коэффициент рассеяния во всем диапазоне рабочих температур и в широком диапазоне частот. Это позволяет применять данный тип конденсаторов в высокочастотных цепях и в цепях с высоким током нагрузки, например в импульсных источниках питания. Некоторые типы конденсаторов имеют рабочее напряжение выше 400 кВ переменного тока. Они предназначены для замены старых моделей электролитических и бумажно-масляных конденсаторов. Конденсаторы данного типа имеют номиналы емкостей 100 пФ – 10 мкФ. Малая утечка и низкий коэффициент диэлектрической абсорбции позволяют применять полипропиленовые конденсаторы в интегрирующих цепях и в цепях выборки и хранения. Влияние влажности незначительное. По температурному дрейфу они немногим превосходят конденсаторы на основе полиэстера, поэтому их эксплуатация ограничена температурой +105 °C и делает невозможным их применение для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полипропилена — Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Интересно практическое количественное сравнение различных типов диэлектриков, данное в материалах фирмы Kemet [4] (табл. 1). Отметим, что в таблице сопротивление изоляции представлено в виде постоянной времени саморазряда конденсатора (секунды) после минутного заряда напряжением 100 или 500 В, в зависимости от типа испытуемого конденсатора.

Таблица 1. Сравнение типов диэлектриков (Kemet)

Материал диэлектрика	Аббревиатура	Минимальная толщина, мкм	Диэлектрическая константа (1 кГц, +23 °C)	Нормальная рабочая температура, °C (расширенная)	Температурный коэффициент, ppm/°C	Тангенс угла потерь (1 кГц, +23 °C), %	Сопротивление изоляции, с	Диэлектрическая абсорбция, %
Полиэстер	PET	0,9	3,3	–55…+100 (+125)	+400 (±200)	0,5	25 000	0,5
Полиэтилен нафталат	PEN	1,4	3	–55…+125 (+150)	+200 (±150)	0,4	25 000	1,2
Поликарбонат	PC	2	2,8	–55…+125	0 (±100) нелинейно	0,15	25 000	0,06
Полифенилен сульфид	PPS	1,2	3	–55…+125 (+175)	0 (–50)…+100 °C	0,06	50 000	0,05
Полипропилен	PP	2,4	2,2	–55…+105 (+125)	–200 почти линейно	0,03	100 000	0,01
Пропитанная бумага	P	8	5,5	–40…+115	+1200 (±200)	0,8	15 000	–

 

Сильноточные и высоковольтные

Еще одно эксклюзивное свойство пленочных конденсаторов, не присущее другим видам, — так называемое управляемое самовосстановление после пробоя (self-healing). Оно определяется не только и не столько свойствами пленки, сколько уже в целом конструкцией конденсатора. Свойством самовосстановления обладают только металлизированные конденсаторы. Суть его заключается в том, что в случае пробоя диэлектрика (в силу разных причин) ток короткого замыкания локализуется в определенном месте диэлектрика, где возник дефект, уменьшивший сопротивление слоя изоляции. При этом плотность тока такова, что происходит испарение металлизированного слоя в локальной области на двух прилежащих обкладках конденсатора. Испарение металла изолирует проблемную область диэлектрика. Лавинного пробоя не происходит. Работоспособность восстанавливается. Этот процесс иллюстрирует рис. 4 из материалов фирмы Wima.

Рис. 4. Процесс управляемого самовосстановления (Wima)

Как следует из данных производителя, локальные дефекты сопротивления изоляции чаще всего возникают в местах сгиба металлизированной пленки при формировании объема конденсатора вследствие механических напряжений. На рис. 5 представлена микрофотография участка пробоя.

Рис. 5. Участок пробоя (Wima)

Надежная система самовосстановления создает своеобразный синергетический эффект, поскольку позволяет повысить энергетическую эффективность металлизированных конденсаторов за счет увеличения рабочей напряженности электрического поля.

Общепринятая практика рекомендует завершение эксплуатации конденсатора после изменения емкости более чем на 2% (из-за локальных пробоев). При этом понятно, что по достижении такой величины падения емкости конденсатор по-прежнему работоспособен и, следовательно, решение о продлении эксплуатации принимает техперсонал объекта. Такая возможность увеличивает выгоды применения пленочных конденсаторов.

Наличие эффекта самовосстановления в немалой степени способствовало использованию пленочных конденсаторов в сильно-
точной, высоковольтной и импульсной технике. С ним же связано и количественное преобладание на рынке металлизированных конденсаторов по сравнению с фольговыми.

Однако необходимо отметить, что фольговые конденсаторы имеют достаточно устойчивую нишу применения. Это связано с некоторыми параметрами данных конденсаторов, которые лучше, чем у металлизированных. Так, именно из-за применения фольги, значительно более толстой, чем напыляемая пленка, снижается переходное сопротивление в области соединения обкладок с внешним выводом. Благодаря этому фольговые конденсаторы часто предпочтительнее металлизированных в импульсных устройствах. Второй важный плюс фольговых конденсаторов — низкий ток утечки неметаллизированной пленки.

Опять же для сравнения отметим, что фольговые конденсаторы не имеют процесса восстановления после пробоя в том виде, как это только что описано для металлизированных конденсаторов. Это связано с тем, что толщина фольги в фольговом конденсаторе может до 1000 раз превышать толщину металлической пленки в металлизированном конденсаторе. При пробое фольгового конденсатора утилизирующейся в канал пробоя энергии недостаточно для испарения металла, именно из-за его толщины. Происходит сплавление двух обкладок конденсатора.

Тем не менее в фольговых конденсаторах также используются технологии самовосстановления. Примером тому может служить продукция немецкой фирмы Electronicon. Речь идет об их силовых высоковольтных косинусных конденсаторах [5]. Эти изделия выполнены по all-film-технологии и представляют собой набор однотипных спирально намотанных секций, помещенных в общий корпус и имеющих смешанное последовательно-параллельное соединение (рис. 6).

Рис. 6. Схема соединений высоковольтного конденсатора и принцип самовосстановления

Как видно на рис. 6, каждая из параллельно включенных секций защищена плавкой вставкой, представляющей собой медную проволоку диаметром 0,25–0,35 мм. В случае пробоя с последующим коротким замыканием предохранитель отключает неисправную секцию. Конденсатор сохраняет работоспособность с потерей емкости в пределах 1,5–5%. На рис. 6 представлен пример того, как изменится емкость конденсатора в случае перегорания предохранителей в двух секциях изделия. Красной стрелкой показано снижение емкости и реактивной мощности.

Системы внутренней защиты в изделиях компании Electronicon отслеживают состояние конденсатора на протяжении всего жизненного цикла. Известно, что в конце срока службы при большом количестве самовосстанавливающихся пробоев в металлизированных конденсаторах или в результате перегрузок по напряжению или температуре внутри корпуса конденсатора может возникнуть избыточное давление с возможностью катастрофического отказа. Защитой в таких случаях является предохранитель-прерыватель избыточного давления [6], используемый в сериях E62, E63, E65 (рис. 7).

Рис. 7. Предохранитель-прерыватель (Electronicon)

Корпус конденсатора оснащен элементом защиты от повышенного давления. В качестве такового может работать либо гибкая крышка корпуса, либо зигованный желоб на корпусе изделия. Один из выводов конденсатора выполняется внутри корпуса в виде струны с ослабленным участком. При повышении давления и появлении выпуклости на крышке либо растяжении зиговки происходит обрыв проводника в месте тарированного ослабления.

Как мы уже убедились, пленочным конденсаторам в высокой степени свойственны технологии внутренней защиты и поддержания работоспособности.

Вкратце отметим основные исполнения выводных пленочных конденсаторов. В современной практике конденсаторы средней мощности чаще всего изготавливаются по сухой технологии (газонаполненные), а высокой мощности делают маслонаполненными. Для многих приложений используется заполнение корпуса конденсатора полиуретановыми смолами (твердый наполнитель). В качестве жидкого наполнителя наиболее часто применяется рапсовое масло. Применение наполнителей (кроме газа) позволяет повысить пробивное напряжение конденсатора, увеличить работоспособность при низких температурах, улучшить экологические параметры производства, эксплуатации и утилизации конденсаторов.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что все перечисленные достоинства пленочных конденсаторов стимулируют замену электролитических конденсаторов пленочными. Процесс этот идет достаточно давно и замедляется только тем, что оксидные конденсаторы пока еще часто выигрывают в ценовом отношении (табл. 2).

Таблица 2. Сравнение основных параметров пленочных и оксидных конденсаторов [7]

Пленочные конденсаторы	Электролитические конденсаторы
Допускается двукратная перегрузка по напряжению	Максимальная перегрузка в 1,2 раза
Выдерживают броски обратного напряжения	Нет
Выдерживают быстрый разряд	Нет
Обеспечивают эффективный ток до ~1 Аrms/мкФ	Примерно в 40 раз меньше
Нет риска выбросов вредных веществ	Используется кислота
Высокая надежность	Средний срок службы меньше в 10 раз, чем у пленочных
В конце срока службы максимальное уменьшение емкости 5%. Можно использовать и после заявленного срока службы	Снижение емкости до 30%
Длительное хранение не влияет на характеристики	После длительного хранения необходимо их восстановление

 

Заключение

В завершение разговора об органических полимерных конденсаторах отметим, что полимерные и основанные на сходных технологиях конденсаторы имеют широчайшую область, точнее, даже области применения. Граница разделения тут в основном проходит по типу корпуса. Чипированные изделия применяются в индустрии ВЧ, в то время как основная область применения выводных конденсаторов — это сильноточная техника. Силовые приводы электротранспорта, генераторы энергии, мощные импульсные устройства, источники питания, промышленные индукционные установки и сварка, мощные лазеры и сильноточная техника военного применения.

Основными производителями полимерных конденсаторов являются AVX и его подразделение TPC (Thomson Passive Component), Spectrum Advanced Specialty Products, Pilkor Electronics Co., Elpac Components, Wima, Eurofarad, Vishay Intertechnology, Seacor, Kemet, Faratronic Co. Ltd., Ixis, Cornell Dubilier, Epcos, TDK, JARO Components Ink., Electronicon Kondensatoren Gmbh., Exxelia, Sprague-Goodman Electronics Inc., Electronic Concepts Inc., American Capacitor Corporation, EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc., Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Статья опубликована в №6’2020 журнала «Компоненты и технологии»

Литература

1. Stratigos J. Capabilities of Multi-Layer Organic Packaging // Microwave Jornal. 2007. September.
2. Menendez E. Dielectric Absorption of Multilayer Organic (MLO) Capacitors. US, AVX. 2014.
3. RF Passive Components Made Using Multi-Layer Organic Technology.
4. kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/155/F9000_GenInfo_SMD.pdf
5. Шишкин С., Юшков А. Новое поколение косинусных конденсаторов среднего напряжения компании Electronicon // Силовая электроника. 2007. № 2.
6. electronicon.com/fileadmin/inhalte/pdfs/produkte/leistungselektronik/allgemein/PEC_application_notes.pdf
7. Самойлова М. Пленочные конденсаторы AVX/TPC // Компоненты и технологии. 2007. № 5.

Пленочные чип конденсаторы vs керамические конденсаторы

Пленочные чип конденсаторы необоснованно получили свое забвение уступив место бюджетным керамическим (MLCC) конденсаторам сери X7R, X5R, Y5R и др.

Попробуем восстановить статус-кво пленочных конденсаторов, описав их преимущества в сравнении с керамическими конденсаторами и побудить инженеров-электронщиков к более активному применению пленочных чип конденсаторов Panasonic.

Пленочные конденсаторы в чип корпусах, как и керамические (MLCC) конденсаторы, имеют многослойную структуру. Несмотря на схожую структуру пленочных конденсаторов с керамическими, пленочные конденсаторы обладают рядом преимуществ в сравнении с последними.

Рисунок 1. Структура пленочного чип конденсатора

Пленочные чип конденсаторы Panasonic изготавливаются на основе диэлектриков Полифениленсульфид (Polyphenylene sulfide (PPS)), Полиэтиленнафталат (Polyethylene naphthalate (PEN)) или Акрилового пластика (Acrylic resin).

Компания Panasonic предлагает 6 серий пленочных чип конденсаторов. В серии ECHU(X), ECHU(C) применен PPS материал, в сериях ECWU(X), ECWU(C), ECWU(V16) – PEN, и в серии ECPU(A) используется акриловый пластик.

Керамические конденсаторы в сравнении с пленочными конденсаторами имеют бОльшую удельную емкость, но в силу свойств бюджетной керамики, и наличия паразитных эффектов, таких как эффект DC-Bias (зависимость емкости от приложенного напряжения), зависимость емкости от температуры, которые нивелируют это преимущество. Принимая это во внимание, пленочные конденсаторы, обладающие меньшей удельной емкостью, но стабильной во всем диапазоне температур и рабочих напряжений, в ряде случаев могут конкурировать с MLCC.

Рисунок 2. Эффект DC-Bias (зависимость емкости от приложенного напряжения) керамического конденсатора

Рисунок 3. Зависимость емкости от температуры MLCC и пленочного конденсатора

Есть и еще один фактор, ограничивающий более широкое применение пленочных чип конденсаторов Panasonic, их рабочие напряжения не превышают 630 вольт прямого тока (VDC), в то время как керамические чип конденсаторы, представленные на рынке, имеют рабочие напряжения в единицы киловольт. Однако эффект DC-Bias и высокий коэффициент абсорбции керамических конденсаторов, в ряде случаев вызывают ограничения по их применению, особенно в высоковольтных цепях.

Рисунок 4. Диэлектрическая абсорбция пленочных и керамического конденсатора

Поэтому, применение пленочных чип конденсаторов в высоковольтных цепях полностью себя оправдывает, а их способность самовосстановления позволяет обеспечить максимальные уровни защиты высоковольтных цепей.

Рисунок 5. Тангенс угла потерь керамического и пленочного конденсатора

Отменные частотные характеристики пленочных конденсаторов обеспечиваются применением материалов, обладающих малым фактором рассеяния (Dissipation Factor) и малым тангенсом угла потерь, позволяющие сохранять основные характеристики в диапазоне частот до 10 МГц.

Рисунок 6. Зависимость импеданса пленочных конденсаторов от частоты

Стабильные частотные характеристики пленочных конденсаторов обеспечивают меньшие уровни искажения третьих гармоник, уменьшают уровни шума в широкой полосе частот и соответственно обеспечивают более высокую стабильность работы схемы.

Рисунок 7. Уровень искажения третьих гармоник керамического и пленочного конденсатора

Пленочные чип конденсаторы практически не заменимы в цепях ФАПЧ, так как имеют преимущества перед керамическими конденсаторами, в силу отсутствия пьезоэлектрического эффекта, не создают шум, они не поляризованы и как результат приводят к более быстрому времени блокировки сигнала (lockup time).

Рисунок 8. Время закрытия конденсаторов

Проблема пьезоэффекта, чувствительность к вибрациям, и механическая прочность керамических конденсаторов, может стать сильной «головной болью» разработчиков электроники. Обнаружить пьезоэффект и устранить проблему бывает не очень легко, а определить внутренне механическое повреждение керамического конденсатора, без применения специального оборудования невозможно. Причем механические повреждения керамических конденсаторов могут возникнуть как в ходе производства, транспортировки, так и в ходе пайки печатной платы и подготовки устройств к серийному выпуску.

Рисунок 9. Рентгеновский снимок дефекта керамического конденсатора

По данным исследовательского центра Eptac 30% выходящих из строя в процессе эксплуатации компонентов являются конденсаторы. При этом около 34% брака керамических конденсаторов отсеивается уже на производстве, около 25% керамических конденсаторов выходят из строя при механическом воздействии на конденсатор, 23% конденсаторов теряют свои функции в процессе пайки.

Мероприятия по дополнительному входному контролю конденсаторов и выходному контролю готовых плат или серийно выпускаемых устройств, а также сервисное обслуживание готовых устройств несут дополнительные временные и финансовые затраты, которые зачастую не учитываются при расчете стоимости комплектующих и могут составлять в разы более высокие фактические затраты.

Рисунок 10. Пьезоэффект керамических конденсаторов

Многие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в бюджетных конденсаторах, включают титанат бария (BaTiOз), обладающий высокой диэлектрической проницаемостью и могут генерировать напряжение (проявлять пьезоэффект) при механических деформациях или акустических шумах. Многослойная структура пленочных чип конденсаторов Panasonic включают в себя слои алюминиевой фольги с прослойками диэлектрика из Полифениленсульфида, Полиэтиленнафталата или Акрилового пластика, исключающих пьезоэффект.

Рисунок 11. Ударные шумы (пьезоэффект) керамического конденсатора

Так, например, применение пленочных конденсаторов в аудиотрактах, является абсолютно оправданным. Пленочные конденсаторы обладают низкими гармоническими искажениями (Total Harmonic Distortion (THD)) и низкими уровнями шумов звукового диапазона, в сравнении с керамическими конденсаторами, что позволяет достигнуть высочайшего уровня звука аудиоустройств и применять пленочные конденсаторы в высококачественных устройствах класса D.

Рисунок 12. Шум керамического конденсатора в цепях переменного тока.

Рисунок 13. Уровень общих гармонических искажений конденсаторов (THD)

Уровень последовательно сопротивления (ESR) пленочных чип конденсаторов сопоставим с ESR керамических конденсаторов, что в свою очередь определяет допустимые значения тока пульсации и ограничения, связанные с тепловыделением конденсаторов. Взаимосвязанные с этим сроки жизни конденсаторов, позволяют смело утверждать о высокой надежности и длительном сроке жизни пленочных конденсаторов.

Срок жизни пленочных конденсаторов рассчитывается по формуле:

В качестве примера сделаем расчет времени жизни пленочного конденсатор используя следующие параметры:

• Vs = 60% номинального напряжения, при температуре 65°C
• Vo = 1.4Vs, при 85°C, время тестирования 1000 часов

В результате полученных расчетов срок жизни пленочного конденсатора при температуре 65°C, составляет более 150 000 часов. Полученные расчеты показывают, что пленочные конденсаторы Panasonic при достаточно жестких условиях эксплуатации, способны обеспечить надежную работу устройства в течение 17 лет.

Конечно, пленочные конденсаторы не могут в полной мере заменить керамические конденсаторы, в том числе и в силу разницы удельной емкости. Но во многих случаях, таких как, фильтрация пульсаций в DC/DC преобразователях, цепи сопряжения аудио трактов, ФАПЧ схемы высокочастотных трактов, схемs фильтрации и др., применение пленочных конденсаторов полностью обосновано.

Обладая высокой точностью, низкими токами утечки, высоким сопротивлением изоляции, низкой величиной абсорбции, высокой температурной стабильностью, пленочные конденсаторы могут применяются во времязадающих цепях, устройствах выборки и хранения или в системах с низким энергопотреблением.

Пленочные конденсаторы превосходят керамические конденсаторы по надежности, стабильности характеристик в широком частотном, температурном диапазоне и сохраняют свои свойства на протяжении всего срока жизни, что позволяет создавать высоконадежные устройства с гарантированно большим сроком эксплуатации, что особенно важно в ряде промышленных применений.

Краткие технические характеристики пленочных чип конденсаторов Panasonic
Серия	Емкость, uF	Напряжение, VDC	Точность, %	Тип диэлектрика	Рабочий диапазон температур, °C	Корпус	Размер, мм
ECWU(V16)	0. 001…0.12	250	5	PEN	-55…+85	4833 (1913) 6041 (2416) 6050 (2420)	4.8×3.3 6.0×4.1 6.0×5.0
ECHU(X)	0.0001…0.22	16/50	2/5	PPS	-55…+125	1608 (0603) 2012 (0805) 3216 (1206) 3225 (1210) 4833 (1913) 6041 (2416)	1.6×0.8 2.0×1.2 3.2×1.6 3.2×2.5 4.8×3.3 6.0×4.1
ECHU(C)	0.01…0.22	100	2/5	PPS	-55…+105	4833 (1913) 6041 (2416) 7150 (2820) 7163 (2825)	4.8×3.3 6.0×4.1 7.1×5.0 7.1×6.3
ECWU(X)	0.001…0.01	100	5	PEN	-55…+105	3216 (1206) 3225 (1210)	3.2×1.6 3.2×2.5
ECWU(C)	0.001…1.0	100/250/630	5/10	PEN	-40…+85	4833 (1913) 6041 (2416) 6050 (2420) 7150 (2820) 7163 (2825) 7755 (3022) 9863 (3925)	4.8×3.3 6. 0x4.1 6.0×5.0 7.1×5.0 7.1×6.3 7.7×5.5 9.8×6.3
ECPU(A)	0.1…1.0	16/50	20	Acrylic resin	-40…+105	2012 (0805) 3216 (1206) 3225 (1210)	2.0×1.2 3.2×1.6 3.2×2.5

Доступность:

Пленочные чип конденсаторы Panasonic серий ECHU(X), ECHU(C), ECWU(X), ECWU(C), ECWU(V16), ECPU(A) находятся в массовом производстве и доступны для заказа с короткими сроками поставок.

Ресурсы:

 

Что такое твердотельный конденсатор — Ответы на вопросы

Твердотельный конденсатор — электролитический конденсатор, в котором вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер (PEDT) или полимеризованный органический полупроводник (TCNQ).

Также используются названия OS-CON, AO-CAPS, OC-CON, FPCAP.

Отличия от конденсаторов с жидким электролитом:

• Значительно больший срок службы
• Время наработки на отказ составляет порядка 50000 часов при температуре 85 °С
• Тем не менее, при максимально допустимой температуре (105 °С) заявленный срок службы полимерных конденсаторов такой же, как у традиционных электролитических конденсаторов и составляет 2000—5000 часов
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) меньше по величине по сравнению с сопротивлением жидко-электролитического конденсатора и слабо зависит от температуры
• Поэтому необходима меньшая ёмкость для использования твердотельного конденсатора в качестве шунтирующего (по переменной составляющей)
• Тем не менее не все модели имеют ЭПС меньшее, чем у аналогичных жидко-электролитических
• Рабочие напряжения до 35 Вольт
• Более высокая цена.

Конструкция:

• Катод — алюминиевая или танталовая фольга
• Прокладка пропитанная электролитом
• Анод — алюминиевая или танталовая фольга с оксидным слоем
• Лента свёртывается в рулон и упаковывается в корпус (с выводами или для поверхностного монтажа)
• Твердотельные конденсаторы (за редким исключением) не имеют клапана или насечки на корпусе, так как твёрдый электролит не способен вскипеть и вызвать взрыв корпуса.

Чем эти конденсаторы лучше обычных.

Во-первых, в них вместо жидкого электролита, использован твёрдый полимерный электролит, что исключает его испарение и протекание в наружу.

Во-вторых, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) ниже, что позволяет использовать в тех же условиях, конденсаторы меньшей емкости и меньшего размера.

И в третьих они мало чувствительны к перепаду температур.

Всё это позволяет твердотельным конденсаторам, безотказно работать в шесть раз дольше обычных!
А значит и аппаратура служит дольше и работает стабильней.
Ведь зависания и артефакты на экране могут быть не только следствием неправильной работы программного обеспечения, но и неисправности самого оборудования.

Итак, может ли это стать основным критерием при выборе аппаратуры для долговечных и надежных систем?
Однозначно да.

Цветовая раскраска никаких технологических характеристик не обозначает, просто разные производители используют разные цвета, например:

Зеленовато-голубой — Chemicon
Сиреневый — Sanyo
Красный — Fujitsu
Синий — Nichicon

В то же время компания MSI считает, что твердотельным конденсатором осталось не так уж много времени, и в скором будущем их заменят на что-то более современное.
Это мнение подтверждает тот факт, что MSI уже начала использовать новые конденсаторы под названием Hi-c CAP.

Этот набор букв расшифровывается как Highly-Conductive Polymerized Capacitor (полимерный конденсатор с высокой проводимостью).

Такие конденсаторы наделены сердцевиной из тантала, считающегося довольно редким металлом.

Они служат намного дольше обычных твердотельных конденсаторов и обладают очень высокой проводимости из-за низкого ESR.
На работоспособность конденсаторов Hi-c CAP никак не влияют изменения температуры, что на руку настоящим оверклокерам, любящим разгонять железо.

Если обратиться к сравнительному анализу, то конденсаторы типа Hi-c CAP имеют в 8 раз более длительный срок службы в сравнении с обычными твердотельными конденсаторами, обладают в 15 раз меньшими токами утечки и способны работать в течение 16 лет подряд даже при температуре 85 градусов Цельсия.

И еще одно преимущество конденсаторов Hi-c CAP — это их плоская форма.
Благодаря этому, они никоим образом не препятствуют потокам воздуха внутри системного блока и, соответственно, не являются косвенной причиной перегрева, скажем, видеокарты или процессора.

Массив электролитических конденсаторов | MyElectrons.ru

Вместе нам веселей,
Вместе мы вдвое сильней!

Насколько массив электролитических конденсаторов целесообразней, чем один большой конденсатор?

Первым толчком к изучению вопроса, как водится, послужила извечная лень:

• Во-первых, мне было никак не подобрать желаемые номиналы за разумные деньги;
• Во-вторых, конструктивные изыски по монтажу разнокалиберных банок совершенно не радовали.

На тот момент я всё-же раскошелился на огромные банки от Kemet, и лишь чуть позже мне попался сюжет от Дэйва, где он разъясняет популярно (на Английском), почему несколько электролитов в параллель может оказаться лучшим решением. Ниже перечислю основные моменты в моей собственной интерпретации.

Паразитное сопротивление в разы ниже (Low ESR)

В простейшем случае эквивалентную схему конденсатора представляют из последовательно включённых идеальных конденсатора, индуктивности и активного сопротивления. Эту аппроксимацию можно усложнять добавляя сопротивление утечки, потери в диэлектрике, эффекты памяти и т. д. Но для наших целей упрощённой модели достаточно. Очевидно, что соединяя параллельно сопротивления и индуктивности мы в результате получаем суммарные значения во столько раз меньше, сколько конденсаторов мы соединили в параллель.

ESR большого элктролитического конденсатора высокого качества будет в районе одного-двух десятков миллиОм. ESR конденсаторов поменьше, но тоже приличного качества, обычно находится в пределах двух-трёх десятков миллиОм. Итого массив из десятка таких небольших конденсаторов по идее мог бы иметь ESR не более трёх-пяти миллиОм.

К сожалению, в данном случае начинают влиять сопротивление и индуктивность соединителей (об этом ниже). Дабы не сесть в ту же лужу, что большинство, мы берём двустороннюю плату с двойной толщиной меди, и для соединения конденсаторов в массив используем сплошную проводящую поверхность, покрывающую всю площадь, занимаемую конденсаторами. Проводящая поверхность на одной стороне платы подключена к положительным выводам, на другой — к отрицательным.

Рабочие токи в разы выше (High Ripple Current)

Сравним 9.1А Ripple Current одного большого электролита, и 3.2А маленького (здесь и далее все примеры из конкретных спецификаций, большой конденсатор близкий по ёмкости к сумме маленьких, и на такое же рабочее напряжение). Маленьких много (в нашем случае девять штук), они равномерно «разбирают» каждый по приблизительно одинаковому «кусочку» общего тока. Итого на всех получаем 28А. Это вряд-ли когда нам понадобится в реальной жизни, но чем больше запас — тем надёжней аппарат.

Улучшеный тепловой режим

Чем меньше греется электролитический конденсатор — тем больше срок его безотказной работы.

На низких частотах нагрев происходит в основном из-за выделения тепла от протекания тока через последовательное паразитное сопротивление. Как мы уже выяснили, суммарное ESR массива конденсаторов меньше, нежели одного большого. Отсюда автоматом получаем меньший нагрев.

Теперь посмотрим, как охлаждается конденсатор. Основной вклад в охлаждение вносят излучение и обдув воздухом. У большого конденсатора поверхность существенно меньше (он ближе по форме к фигуре с минимальным отношением поверхности к объёму — шару), нежели у стайки маленьких. В итоге у массива больше площать поверхности — лучше отдача тепла как излучением, так и через конвекцию и/или обдув.

Повышенная надёжность

Высыхание электролита, брак изготовителя, или нарушение контакта при монтаже — и один электролитический конденсатор уже в поле не воин. Если же не повезло одному из десятка, то отряд и не заметит потери бойца.

Упомяну ещё один, скорее эмпирический, но всё же фактор риска для больших электролитов: весьма велик шанс отломать, или повредить и не заметить этого, крепёж / контакты — и провода толстые, и сам конденсатор велик и создаёт больше усилия при всевозможных ускорениях (вибрациях). Тогда как распайка небольших колбочек на печатную плату ни у кого не вызывает особых затруднений.

Ниже стоимость

Если выбирать качественные компоненты, то сильно снизить стоимость не получается. И всё же выгода есть. Эффекта здесь два срабатывают:

1. Количество одновременно закупаемых небольших конденсаторов велико и уже даёт ощутимую оптовую скидку у серьёзных поставщиков. Обычно от 10 штук уже дешевле, а если брать сотню и более — так и очень «вкусно» бывает 🙂
2. Большие электролитические конденсаторы товар практически штучный, производители партии выпускают небольшие, в подтверждение можно посмотреть объёмы на складах крупных поставщиков. Тиражи же производства небольших конденсаторов гораздо выше — их потребляют все подряд: компьютеры, бытовая техника, промышленная автоматика, автомобильная электроника, всего и не перечислишь. При массовом производстве цена (при пересчёте на ту же ёмкость и напряжение — столько же фольги и изолятора) натурально снижается.

К сожалению, печатная плата и необходимость сборки отъедают свою долю в финальном ценнике. Но не стоит забывать и про весомый вклад, если не в цену, то во время разработки (а моё время дорогого стоит), всех плясок с бубном вокруг монтажа больших электролитов.

Удобство монтажа

Признаюсь как на духу (вы уже наверняка догадались 🙂 ), жуть как невзлюбил я монтировать большие электролиты с самого начала моей карьеры в электронике:

• Нужно изобрести, как его прикрепить к корпусу;
• И даже когда в комплекте идут крепёжные пояса или придумал удобную держалку — попробуй найди ему подходящее место;
• При подключении проводов под винт необходимо разделать провода и, что самое главное, не свернуть при этом бошку клеммы этому самому дорогущему кондею;
• Если же выводы под пайку — то и того хуже: перегреть нельзя, провода (а мы же здесь все как-никак за High-End’ом собрались 😉 ) так и норовят выломать выводы на корню. Если печать — то каждый раз разводи под хитровыдуманные размеры 😉

Печатную плату под массив можно изготовить произвольных размеров, с удобным размещением крепёжных отверстий. Так, к примеру, мой вариант согласуется по крепежу с фильтрами питания. К тому же несколько таких плат легко собрать в компактную этажерку.

На той же плате предусмотрены как крепления провода под винт, так и колодки-терминалы. Да и шунтирующие плёночные конденсаторы нашли себе местечко, и нет необходимости их городить на проводах.

Доступность

Только что проверил на Mouser:

• 2200uF 63V — 24 разновидности (18, если ограничиться габаритами, под которые у меня плата разведена)
• 22000uF 63V — лишь один тип в наличии

Несколько мешков с самыми ходовыми небольшими электролитами покроют подавляющее большинство нужд разработчика, особенно когда под рукой есть платка, на которой их можно собрать в массив. Большими же конденсаторами на все случаи жизни, увы, не напасёшься.

Неожиданный эффект

Вопрос:

Заменил в питании усилителя старые полудохлые конденсаторы на Ваш массив с новейшими электролитами, а усилитель стал гудеть ещё больше, чем то было раньше!

Ответ:

В обычной схеме трансформаторного источника питания заряд накопительного конденсатора происходит не всё время, а только в моменты, когда выпрямленное напряжение с моста превышает оставшееся к тому моменту напряжение на конденсаторе. В момент включения диодов ток весьма резко возрастает от нуля до максимума, и ограничен лишь активным сопротивлением обмоток трансформатора, да паразитными сопротивлениями выпрямителя и конденсаторов. Внутреннее паразитное Последовательное Сопротивление (ESR) старых электролитов играло роль демпфера, смягчало эти броски зарядного тока. С новым, качественным накопительным конденсатором, ESR которого может быть на порядки ниже старого, броски зарядного тока могут увеличиться в разы. И если есть пути проникновения этих помех в сигнал (а очевидно всё было не очень хорошо и ранее, раз усилитель заметно гудел и до обновления конденсаторов), то с новыми конденсаторами всё стало лишь хуже. Возможные пути устранения проблемы:

1. Убирать пути проникновения помехи из питания в сигнал (детали опустим для краткости, тема достойна отдельного опуса)
2. Искусственно ввести сопротивление, ограничивающее броски зарядного тока.

Пункт №2 — мой излюбленный приём 🙂 Мы как бы добавляем обратно паразитное сопротивление конденсатора, но лишь со стороны зарядного тока. Нагрузке же (усилителю) предоставляем низкий импеданс качественного конденсатора во всей красе!

Для скептиков

На просторах Сети встретилась мне на первый взгляд грамотная статья: «Массив конденсаторов – мифы и реальность». Автор сего опуса очевидно знаком с измерениями, и весьма старателен. Странно только, что он ходит по тем граблям, которые сам же тщательно вымеряет и разъясняет: печатная плата под массив разведена «гребёнкой». Сопротивление и индуктивность длинных «зубчиков» этой гребёнки на печатной плате губят на корню основные преимущества массива.

Анекдот:
— Вы любите кошек?
— Нет.
— Просто Вы не умеете их готовить!

В погоне за дешевизной (за счёт применения односторонней печатной платы), подобные гребёнки лепят все подряд любители сэкономить, особенно те, что родом из Клуба_Недоучек_Радиогубителей. Вот ещё пример такого же безграмотного  массива электролитов, который между прочим идёт как горячие пирожки на Алибабе:

Увы, сейчас подобных плат множество на сайтах типа иБэй и Алибаба. Будьте осторожны — не ведитесь на безграмотную дешёвку!

Эффективное решение

Для компенсатора постоянной составляющей как раз необходимы мне были конденсаторы на десятки тысяч микрофарад, при чём высокая надёжность была одним из основных требований. Очень хотелось так же, чтобы компенсатор удобно крепился в паре с моими фильтрами питания. Разработал я плату, набрав необходимую ёмкость в каждом плече из девяти небольших электролитов в параллель. Посмотрел на сие творение и тут же понял, что уникального от компенсатора постоянки там лишь три диодика, остальное — отличный массив электролитических конденсаторов. Причём полезное место не пропадает зря: на место зенеров прекрасно встают плёночные шунтирующие конденсаторы.

На фото ниже детали ещё не напаяны на плату, просто собраны для проверки компоновки. Диаметр конденсаторов 18мм.

Печатная плата представляет собой по сути четыре проводника: по две полосы шириною в половину платы с каждой стороны. Толщина меди 70µm. Обработка контактных площадок — позолота ENIG.

Конденсаторы можно применять с расстоянием между выводами 3.5мм, 5мм, и 7.5мм.

Coda Effects — Лучшие конденсаторы для гитарных педалей: какой выбрать?

Я люблю говорить, что электроника похожа на лего.

Если наступить на него, будет больно! Шучу, он серьезно работает как Лего! 😃

Вы должны выбрать разные блоки (электронные компоненты: резисторы, конденсаторы, диоды, ИС …) и собрать их все, следуя схеме.

Единственная проблема: подобно тому, как кирпичи лего бывают разных цветов, электронные компоненты отклоняются в разных версиях с одинаковой стоимостью.

Например, можно найти много разных конденсаторов с одинаковым значением емкости: Panasonic SMF, Wima MKP2, FKP2, стандарт MKT … Какой беспорядок! Давайте попробуем навести порядок во всем этом и посмотреть, какие конденсаторы лучше всего подходят для нашего использования (гитарные педали).

6 элементов конденсаторов В мире существует 6 основных типов конденсаторов: электролитических, керамических, пленочных, танталовых, полистирольных и серебряно-слюдяных конденсаторов.

Тип конденсатора — это просто описание того, из чего он сделан.

Вам также следует проверить рабочее напряжение конденсатора (подробнее об этом чуть позже). Допуск конденсатора — это максимальная разница между теоретическим значением конденсатора и его реальным значением. Вы всегда должны искать это тоже; некоторые конденсаторы могут иметь допуски до 40%!

Чем меньше допуск, тем лучше. 😊

Вот несколько примеров сквозных конденсаторов . Слева направо: керамический конденсатор 150 пФ, танталовый конденсатор 1 мкФ, пленочный конденсатор SMF Panasonic 10 нФ, электролитический конденсатор Panasonic FC 10 мкФ и 0.Пленочный конденсатор Wima MKP2 емкостью 33 мкФ.

Начнем:

• Конденсаторы электролитические: они цилиндрические. Обычно они имеют высокое значение емкости, поэтому я бы посоветовал использовать такие конденсаторы для любых значений выше 1 мкФ.
  Они также большую часть времени поляризованы, поэтому будьте осторожны с ориентацией. Хорошая модель, которую я часто использую, — это серия Panasonic FC: высшего качества и красивого черно-золотого цвета!
• Керамические конденсаторы: используются для малых значений емкости, около 10-500 пФ.Они не очень ценятся аудиофилами, потому что не пропускают некоторые низкие частоты: они работают как фильтр высоких частот на 100 Гц.
  Если вы пропустите гитарный сигнал через такой конденсатор без какого-либо альтернативного решения (например, через другой конденсатор, подключенный параллельно), вы потеряете басы. Однако, когда они размещены в стратегических точках схемы, они очень практичны, чтобы выбрать, сколько высоких частот вы хотите пройти. Обычно они имеют высокий допуск, поэтому я рекомендую присматривать за моделями с низким допуском.
• Пленочно-слюдяные конденсаторы: они используются для низких значений пФ как керамика. Они лучше керамики, но намного крупнее и дороже. Я бы посоветовал остановиться на керамике и сэкономить!
• Танталовые конденсаторы: каплевидных конденсаторов, используемых для значений порядка мкФ. Они не очень хороши для звука и довольно дороги. Единственное преимущество по сравнению с другими конденсаторами того же номинала (электролитические, пленочные колпачки) — это экономия места.Иногда их дефекты в звуке могут быть полезны для создания резкого звука, подходящего для какого-то грязного пуха, такого как большая муфта (например, фараоновый пух в черных тонах использует танталовые конденсаторы).

Мои 2 цента о танталовых конденсаторах:
Танталовые конденсаторы великолепны, потому что они настолько малы, что используются во многих электронных устройствах, таких как ваш телефон или компьютер. Однако у них есть много этических проблем при добыче колтана (минерала, используемого для производства тантала) с нарушением прав человека.Больше информации здесь. Из-за этого стараюсь не использовать танталовые крышки.

• Пленочные конденсаторы: наши фавориты! Их величина находится в большом диапазоне от нФ до 1 мкФ. Вы будете часто использовать такие конденсаторы! Более того, большинство из них действительно хороши для аудио приложений: MKP2 от Wima является эталоном в мире аудио. Panasonic SMF ECQ также хороши и имеют более простую в эксплуатации форму с длинными ушками. Наконец, стандарты MKT тоже неплохие и дешевле.

Вот таблица, чтобы узнать, какой конденсатор использовать:

Значение	Тип конденсатора	Примеры
10-1000 пФ	Керамика, Серебро-Слюда	Керамические колпачки Vishay, военные тоже хороши
1 нФ-1 мкФ	Пленка	Wima MKP2, MKS2, Panasonic SMF
1 мкФ и более	Электролитический	Panasonic FC

Если, конечно, не указано иное.

Что с рабочим напряжением?

Рабочее напряжение — это максимальное напряжение, которое может выдерживать конденсатор .

Если вы превысите это напряжение, конденсатор может выйти из строя! Таким образом, очень важно использовать допуск, который соответствует нашему использованию.

В гитарных педалях мы редко используем напряжение выше 18 В. Так что любой конденсатор с допуском выше 18В хорош .

Вообще говоря, чем больше значение допуска, тем лучше.

Осторожно! Чем больше рабочее напряжение, тем больше размер конденсатора.В частности, электролитические конденсаторы могут быть ОГРОМНЫМИ! Поэтому всегда проверяйте размер конденсатора.

Примеры конденсаторов в коммерческих педалях Давайте рассмотрим несколько педалей, которые, возможно, уже есть на педалборде! Я покажу вам внутренности некоторых коммерческих педалей, и вы увидите, какие конденсаторы они используют.

Mojo Hand Iron Bell (пушинка в стиле Big Muff): Здесь мы можем найти керамические конденсаторы (маленькие желтоватые) и конденсаторы Wima, которые также являются пленочными конденсаторами (красные квадраты).Еще есть Panasonic SMF (темно-красные конденсаторы). В целом конденсаторы очень хорошие! Никаких сюрпризов от этого очень хорошего бренда.

Fulltone OCD (овердрайв / дисторшн)
Здесь мы видим множество керамических конденсаторов (синие «капли» повсюду на схеме и коричневые круглые колпачки) и 2 электролитических конденсатора (черные цилиндры в верхней части схемы).

Компрессор Bearfoot Pale Green
Наконец, в этой педали Bearfoot мы видим один танталовый конденсатор (оранжевая капля слева от схемы), конденсаторы MKT, вероятно марки Epcos (синие прямоугольники), электролитические конденсаторы разных размеров (маленькие и большие черные и белые цилиндры) .Здесь тоже хорошие вещи! Любые вопросы? Предложения? Оставить комментарий!

Дальше Типы конденсаторов

— Типы конденсаторов »Электроника

Есть много разных типов конденсаторов, которые используются в электронном оборудовании, каждый из них имеет свои особенности: проверьте различия и какие из них применимы для разных приложений.

---

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

---

Конденсаторы используются практически во всех электронных схемах, которые строятся сегодня.Конденсаторы производятся миллионами каждый день, но существует несколько различных типов конденсаторов.

Каждый тип конденсатора имеет свои преимущества и недостатки, которые можно использовать в различных приложениях.

Соответственно, необходимо немного знать о каждом типе конденсатора, чтобы можно было выбрать правильный для любого конкретного использования или применения.

Существует множество вариантов, в том числе, фиксированный или регулируемый конденсатор, выводной или с использованием технологии поверхностного монтажа, и, конечно же, диэлектрик: электролитический алюминий, тантал, керамика, пластиковая пленка, бумага и многое другое.

Полярный и неполярный

Одно из основных различий между различными типами конденсаторов заключается в том, являются ли они поляризованными.

По сути, поляризованный конденсатор — это конденсатор, который должен работать с напряжением на нем определенной полярности.

Некоторые из наиболее популярных типов поляризованных конденсаторов включают электролитический алюминий и тантал. Они отмечены для обозначения положительного или отрицательного вывода, и они должны работать только с напряжением смещения в его направлении — обратное смещение может повредить или разрушить их.Поскольку конденсаторы выполняют множество задач, таких как связь и развязка, на них будет постоянное напряжение постоянного тока, и они будут пропускать только любые компоненты переменного тока.

Другой вид конденсатора — это неполяризованный или неполярный конденсатор. Этот тип конденсатора не требует полярности и может быть подключен любым способом в цепи. Керамика, пластиковая пленка, серебряная слюда и ряд других конденсаторов являются неполярными или неполяризованными конденсаторами.

Конденсаторы с выводами и поверхностным монтажом

Конденсаторы

доступны в виде выводов и конденсаторов для поверхностного монтажа.Практически все типы конденсаторов доступны в свинцовом исполнении: электролитические, керамические, суперконденсаторы, пластиковая пленка, серебряная слюда, стекло и другие специальные типы.

Конденсаторы SMD

немного более ограничены. Конденсаторы SMD должны выдерживать температуры, используемые в процессе пайки. Поскольку у конденсатора нет выводов, а также в результате используемых процессов пайки, компоненты SMD, включая конденсаторы, подвергаются полному повышению температуры самого припоя. В результате не все разновидности доступны в качестве конденсаторов SMD.

К основным типам конденсаторов для поверхностного монтажа относятся: керамические, танталовые и электролитические. Все они были разработаны, чтобы выдерживать очень высокие температуры пайки.

Конденсаторы переменной и постоянной емкости

Еще одно различие между типами конденсаторов заключается в том, являются они постоянными или переменными.

На сегодняшний день подавляющее большинство конденсаторов — это конденсаторы постоянной емкости, т.е. они не имеют никакой регулировки. Однако в некоторых случаях может потребоваться регулируемый или переменный конденсатор, где может потребоваться изменение емкости конденсатора.Обычно эти конденсаторы имеют относительно низкую стоимость, иногда максимальные значения до 1000 пФ.

Переменный конденсатор, используемый для настройки в радиостанциях

Переменные конденсаторы также могут быть классифицированы как переменные и предварительно установленные. Основные переменные можно регулировать с помощью ручки управления и использовать для настройки радио и т. Д. Предустановленные переменные конденсаторы обычно имеют регулировку винтом и предназначены для регулировки во время настройки, калибровки, тестирования и т. Д. Они не предназначены для регулироваться при нормальном использовании.

Типы конденсаторов постоянной емкости

Существует очень много различных типов конденсаторов фиксированной емкости, которые можно купить и использовать в электронных схемах.

Эти конденсаторы обычно классифицируются по диэлектрику, который используется в конденсаторе, поскольку он определяет основные свойства: электролитические, керамические, серебряно-слюдяные, металлизированная пластиковая пленка и ряд других.

Хотя в приведенном ниже списке приведены некоторые из основных типов конденсаторов, не все из них можно перечислить и описать, и есть несколько менее используемых или менее распространенных типов, которые можно увидеть.Однако он включает в себя большинство основных типов конденсаторов.

• Керамический конденсатор: Как видно из названия, этот тип конденсатора получил свое название из-за того, что в нем используется керамический диэлектрик. Это дает множество свойств, включая низкий коэффициент потерь и разумный уровень стабильности, но это зависит от точного типа используемой керамики. Керамические диэлектрики не дают такого высокого уровня емкости на единицу объема, как некоторые типы конденсаторов, и в результате керамические конденсаторы обычно имеют значение от нескольких пикофарад до значений около 0.1 мкФ.

  Для компонентов с выводами широко используются дисковые керамические конденсаторы. Этот тип керамического конденсатора широко используется для таких применений, как развязка и связь. Конденсаторы с более высокими техническими характеристиками, особенно используемые в конденсаторах для поверхностного монтажа, часто имеют определенные типы керамических диэлектриков. Наиболее часто встречающиеся типы включают:
  

  • COG: Обычно используется для низких значений емкости. Он имеет низкую диэлектрическую проницаемость, но обеспечивает высокую стабильность.
  • X7R: Используется для более высоких уровней емкости, поскольку он имеет гораздо более высокую диэлектрическую проницаемость, чем COG, но более низкую стабильность.
  • Z5U: используется для еще более высоких значений емкости, но имеет более низкую стабильность, чем COG или X7R.
  Керамические конденсаторы доступны как в традиционных устройствах с выводами, так и в проходных вариантах. Наиболее широко используемый формат для керамических конденсаторов — это конденсатор для поверхностного монтажа — формат представляет собой многослойный керамический конденсатор, также сокращенный до MLCC.Эти MLCC используются миллиардами каждый день, поскольку они образуют наиболее часто используемый тип конденсаторов для массового производства.
  
  
• Электролитический конденсатор: Конденсатор этого типа является наиболее популярным типом с выводами для значений более 1 мкФ, имея один из самых высоких уровней емкости для данного объема. Конденсатор этого типа состоит из двух тонких пленок алюминиевой фольги, один из которых покрыт оксидным слоем в качестве изолятора.Между ними помещается пропитанный электролитом бумажный лист, затем две пластины наматываются друг на друга и затем помещаются в банку.

  Электролитические конденсаторы поляризованы, то есть их можно размещать в цепи только в одном направлении. Если они подключены неправильно, они могут быть повреждены, а в некоторых крайних случаях могут взорваться. Также следует соблюдать осторожность, чтобы не превышать номинальное рабочее напряжение. Обычно они должны работать значительно ниже этого значения.

  Этот тип конденсатора имеет большой допуск.Обычно значение компонента может быть указано с допуском -50% + 100%. Несмотря на это, они широко используются в аудиоприложениях в качестве конденсаторов связи и в приложениях сглаживания для источников питания. Они плохо работают на высоких частотах и ​​обычно не используются для частот выше 50–100 кГц.

  Электролитические конденсаторы выпускаются как традиционные устройства с выводами. У некоторых даже есть клеммы для пайки или даже винтовые клеммы, хотя они, как правило, зарезервированы для версий с более высоким током и емкостью, часто используемых в источниках питания.Электролитические компоненты также доступны в виде конденсаторов для поверхностного монтажа. Первоначально они не были доступны в формате для поверхностного монтажа из-за трудностей, возникающих в результате высоких температур, которым подвергаются конденсаторы при пайке. Теперь они преодолены, и электролиты широко доступны в качестве конденсаторов для поверхностного монтажа.
  

  
  
• Конденсаторы с пластиковой пленкой: Конденсаторы с пластиковой пленкой могут быть изготовлены в двух основных форматах:
  
  • Металлизированная пленка: В пленочных конденсаторах этого типа на пластиковую пленку нанесен очень тонкий слой металлизации. фильм.Эта металлизация подключается к соответствующему разъему на одной или другой стороне конденсатора.
  • Пленочная фольга: Пленочный конденсатор этой формы имеет два электрода из металлической фольги, разделенных пластиковой пленкой. Клеммы присоединяются к торцам электродов с помощью сварки или пайки.
  В пластиковых пленочных конденсаторах можно использовать различные диэлектрики. Поликарбонат, полиэстер и полистирол — одни из самых распространенных.У каждого есть свои свойства, позволяющие использовать их в определенных приложениях. Их значения могут варьироваться от нескольких пикофарад до нескольких микрофарад в зависимости от фактического типа.
  Конденсатор с полиэфирной пленкой Обычно они неполярные. В общем, это хорошие конденсаторы общего назначения, которые можно использовать для различных целей, хотя их высокочастотные характеристики обычно не так хороши, как у керамических типов. Вот некоторые из наиболее распространенных типов:
  
  • Майлар — может создавать шум при использовании в приложениях, где есть вибрация.
  • Поликарбонат — Умеренный уровень потерь, который может увеличиваться с частотой. Очень высокое сопротивление изоляции.
  • Полиэстер — Умеренный уровень потерь, который может увеличиваться с частотой. Очень высокое сопротивление изоляции.
  • Полистирол — имеет очень низкие потери, но объемный. Имеют температурный коэффициент около -150 ppm / C
  Пленочные конденсаторы доступны в виде традиционных устройств с выводами, но редко используются в качестве конденсаторов для поверхностного монтажа.Причина этого — высокие температуры, которые испытывает весь конденсатор SMT во время процессов пайки, используемых при поверхностном монтаже.
  
  
• Тантал: Обычные алюминиевые электролитические конденсаторы довольно большие для многих применений. В приложениях, где важен размер, можно использовать танталовые конденсаторы. Они намного меньше, чем алюминиевые электролиты, и вместо использования пленки оксида на алюминии они используют пленку оксида на тантале.Обычно они не имеют высоких рабочих напряжений, максимум 35 В, а некоторые даже имеют значения всего вольта или около того.

  Танталовый конденсатор с выводами Как и электролитические конденсаторы, тантал также поляризован, и они очень нетерпимы к обратному смещению, часто взрываясь при воздействии напряжения. Однако их небольшой размер делает их очень привлекательными для многих приложений.

  Тантал уже давно доступен в формате конденсатора для поверхностного монтажа. До того, как стали доступны электролиты SMT, эти конденсаторы стали основой для дорогостоящих конденсаторов для поверхностного монтажа.В настоящее время они все еще широко используются, хотя также доступны электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа.
  

  
  
• Silver Mica: Серебряные слюдяные конденсаторы производятся путем нанесения серебряных электродов непосредственно на диэлектрик слюдяной пленки. Для достижения необходимой емкости используется несколько слоев. Добавляются провода для соединений, а затем вся сборка инкапсулируется. Значения конденсаторов из серебряной слюды колеблются от нескольких пикофарад до двух или трех тысяч пикофарад.
  Серебряный слюдяной конденсатор Этот тип конденсаторов не так широко используется в наши дни. Однако их все еще можно получить и использовать там, где стабильность стоимости имеет первостепенное значение и где требуются низкие потери. В связи с этим одно из их основных применений — в настраиваемых элементах схем, таких как генераторы, или в фильтрах.
  
• Supercap Суперконденсаторы с уровнями емкости от фарада и выше становятся все более обычным явлением.Эти суперконденсаторы обычно используются для таких приложений, как задержка памяти и тому подобное.
  Суперконденсатор или суперконденсатор Они слишком велики для использования в большинстве схем, и их частотная характеристика ограничена, но они представляют собой идеальные удерживающие конденсаторы, способные обеспечивать остаточный ток и напряжение для сохранения памяти на периоды, когда может быть отключено питание.
  

Обзор типов конденсаторов

Примерные диапазоны для различных типов конденсаторов

Даже из выбора наиболее часто используемых типов конденсаторов видно, что доступно множество форм.У каждого есть свои преимущества и недостатки, и если для каждой работы выбрать правильный, то он может очень хорошо работать в цепи. Именно по этой причине при построении схем важно использовать конденсатор правильного типа. Если используется неправильная сортировка, то его производительность может не соответствовать стандарту, необходимому для схемы.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Основы и преимущества танталовых и керамических конденсаторов — Блог о пассивных компонентах

Источник: Power Systems Design, статья

, Брайан Брюнет, AVX Corporation

Танталовые (Ta) конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (MLCC) — это две широко распространенные конденсаторные технологии, которые можно использовать в широком спектре электронных приложений. Хотя обе технологии выполняют одну и ту же базовую функцию, они сильно различаются с точки зрения методов изготовления, материалов и характеристик в различных условиях, поэтому важно понимать потенциальное влияние выбора одной из них над другой.

Сравнительное руководство по выбору

Понимание характеристик, присущих танталовым конденсаторам и MLCC, включая их надежность и поведение при температуре и напряжении, типичные возможности тестирования и последние разработки для каждого из них, поможет обеспечить правильный выбор.

Рисунок 1: Площадь диэлектрической поверхности анода танталового конденсатора по сравнению с его конечным размером

Основные сведения о конденсаторах

Основная формула для определения емкости: C = εr * ε0 * (A / d), в которой

• C = емкость, в Фарадах (Ф)
• A = площадь перекрытия двух пластин в квадратных метрах (м ² )
• εr = относительная статическая диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость
• ε0 = электрическая постоянная (ε0 ≈ 8.854 × 10-12F / м)
• d = расстояние между пластинами в метрах или, по сути, толщина диэлектрика.

Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы достигают высоких значений емкости благодаря сочетанию факторов, включая пятиокись тантала (Ta ₂ O _5, εr = 27) диэлектрик, большую площадь пластины (A) и очень тонкую толщину диэлектрика (d). . Положительно заряженная диэлектрическая пластина танталового конденсатора сформирована из чистого танталового порошка элементной чистоты, который прессуется и спекается в таблетку.Эти гранулы чрезвычайно пористы и, как таковые, позволяют площади поверхности каждой отдельной частицы вместе составлять площадь эквивалентной пластины конденсатора. Кроме того, диэлектрический слой Ta ₂ O ₅ формируется со скоростью 17 Ангстремов на вольт, с толщиной, пропорциональной приложенному напряжению, что приводит к очень тонкому диэлектрическому слою и способствует большим значениям емкости.

Типы танталовых конденсаторов

Для поверхностного монтажа AVX производит два типа танталовых конденсаторов, оба из которых содержат катод на основе MnO ₂ , чтобы воспользоваться его характеристиками самовосстановления и показаны на рисунке 2.Формованный стиль (вверху) является более традиционной конфигурацией и использует танталовую проволоку, встроенную в таблетку, для создания положительного соединения с цепью. Более новая, меньшая по размеру конфигурация в виде микрочипа (внизу) была представлена ​​на рынке совсем недавно и используется в приложениях с высокой плотностью компонентов и минимальным доступным пространством на плате. Конфигурация в виде микрочипа включает танталовую пластину с напрессованным и спеченным на ее поверхность танталовым порошком и определяет отдельные аноды с помощью операции высокоточного пиления.Оба типа конденсаторов имеют одинаковые базовые элементы, и в течение десятилетий производства и испытаний оба были признаны пригодными для применения в системах с высочайшей надежностью.

Рис. 2a и 2b: Литой танталовый конденсатор (вверху) и танталовый конденсатор в виде микрочипа (внизу)

Конденсаторы керамические

В отличие от танталовых конденсаторов, керамические конденсаторы имеют меньшую общую площадь пластин и значительно более толстые слои, но компенсируют такие недостатки за счет использования диэлектрических материалов с гораздо более высокой диэлектрической проницаемостью. Диоксид титана (εr ~ 86–173) и титанат бария (εr ~ 1250–10000) — два самых популярных диэлектрических материала, используемых для изготовления MLCC, и каждый материал представляет собой свой собственный класс конденсаторов.

Рисунок 3: Многослойный керамический конденсатор

Керамические конденсаторы класса 1 и класса 2

Керамические конденсаторы

класса 1 обладают наиболее стабильной емкостью в отношении приложенного напряжения, температуры и, в некоторой степени, частоты. Основные элементы керамических конденсаторов класса 1 состоят из параэлектрических материалов, таких как диоксид титана, которые модифицированы добавками, включая цинк, цирконий и ниобий, для достижения желаемых характеристик линейной емкости, присущих танталу.Керамические конденсаторы класса 1 также имеют самый низкий объемный КПД среди керамических конденсаторов из-за относительно низкой диэлектрической проницаемости (εr ~ 6–200) используемых параэлектрических материалов и, как таковые, предлагают значения емкости в более низком диапазоне.

В керамических конденсаторах

класса 2 используются сегнетоэлектрические диэлектрические материалы, такие как титанат бария (BaTiO), и они модифицированы добавками, включая силикат алюминия, силикат магния и оксид алюминия. Эти материалы имеют более высокую диэлектрическую проницаемость, чем конденсаторы класса 1 (εr ~ 200–14 000 в зависимости от напряженности поля), и обеспечивают лучшую объемную эффективность, но обладают меньшей точностью и стабильностью.Конденсаторы класса 2 также имеют нелинейные значения емкости, которые зависят как от рабочих температур, так и от приложенного напряжения и со временем изнашиваются, что может повлиять на производительность.

Коды диэлектрика керамического конденсатора

Диэлектрики керамических конденсаторов определяются трехсимвольным кодом EIA, который определяет стабильность емкости материала в заданном диапазоне температур. Например, керамические конденсаторы, изготовленные с использованием диэлектрических материалов X5R, имеют диапазон рабочих температур от -55 ° C до + 85 ° C с допустимым изменением емкости ± 15% в этом диапазоне и демонстрируют нелинейную стабильность значения емкости в этом диапазоне.

Точно так же любой материал, который позволяет устройству соответствовать или превосходить температурные характеристики X7R, изменение емкости ± 15% в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C, может называться X7R. Нет спецификаций коэффициента напряжения для X7R или любого другого типа диэлектрика. Производитель может назвать конденсатор X7R, X5R или любой другой диэлектрического кода, если он соответствует спецификациям температурного коэффициента, независимо от того, насколько плохой коэффициент напряжения.

Рисунок 4: Таблица кодов EIA для керамических диэлектриков конденсаторов

Тантал vs.Производительность керамического конденсатора

Температурный отклик тантала и керамического конденсатора

На рисунке 5 показана типичная реакция емкости на температуру для танталовых конденсаторов, керамических конденсаторов класса 2 (X7R) и керамических конденсаторов класса 1 (NP0 или C0G). Танталовый конденсатор демонстрирует линейное изменение емкости в зависимости от температуры: изменение емкости от -5% при -55 ° C до 8 +% при 125 ° C. Керамические конденсаторы класса 2 демонстрируют наиболее нелинейную реакцию на температуру, но могут быть созданы для достижения аналогичных желаемых линейных характеристик в приложениях с узкими диапазонами рабочих температур (например,g., медицинские имплантируемые устройства), учитывая температурный отклик при проектировании схемы.

Рисунок 5: Изменение емкости при изменении температуры для тантала, керамических материалов класса 1 и керамических диэлектриков класса 2

Тантал и керамический конденсатор Отклик по напряжению

Помимо обеспечения линейных характеристик по температуре, танталовые конденсаторы не демонстрируют нестабильности емкости по отношению к приложенному напряжению. В отличие от танталовых конденсаторов, емкость керамических конденсаторов класса 2 изменяется в зависимости от приложенного напряжения, поскольку диэлектрическая проницаемость диэлектрика уменьшается в ответ на более высокие приложенные напряжения. Эти изменения относительно линейны, и поэтому их легко учесть в схемах, но некоторые диэлектрики с более высокой диэлектрической проницаемостью могут терять до 70% или более своей начальной емкости при работе при номинальном напряжении или близком к нему.

Рисунок 6: Повышенное напряжение при изменении емкости для керамического конденсатора класса 2 (X5R)

Тантал vs.Керамический конденсатор старения

Керамические конденсаторы

класса 2 также демонстрируют логарифмическое уменьшение емкости с течением времени, что называется старением. Деградация поляризованных доменов в этих сегнетоэлектрических диэлектриках со временем снижает диэлектрическую проницаемость, вызывая уменьшение емкости керамических конденсаторов класса 2 по мере старения компонента. Танталовые конденсаторы не подвержены подобному старению и не имеют известного механизма износа.

Рисунок 7: Изменение емкости с течением времени для диэлектрических конденсаторов X7R и X5R класса 2

Тантал vs.Керамический конденсатор IR и DCL

Сопротивление изоляции — это сопротивление, измеренное на диэлектрике конденсатора. По мере увеличения значений емкости (и, следовательно, площади диэлектрика) ИК уменьшается. Таким образом, продукт (C x IR или RC) часто указывается в Ом-фарадах или, чаще, в мегаомах. Ток утечки определяется делением номинального напряжения на IR (согласно закону Ома). Керамические конденсаторы обычно определяют сопротивление изоляции, тогда как танталовые конденсаторы классифицируются по утечке постоянного тока (или DCL).Эти единицы эквивалентны, и перевод одной меры в другую производится по закону Ома.

Рисунок 8: Сравнение ИК керамических конденсаторов и ДКЛ танталовых конденсаторов

Испытания тантала и керамического конденсатора

Тантал и керамический конденсатор Испытание на срок службы ИК-излучения

На рис. 9 показаны условия испытания на срок службы различных типов керамических и танталовых конденсаторов, изготовленных несколькими разными производителями, а также допустимое изменение сопротивления изоляции и / или DCL / CV.Как показано, условия испытаний на срок службы не стандартизированы, поэтому прямое сравнение керамических конденсаторов, изготовленных различными производителями, трудно провести с высокой степенью уверенности, а прямое сравнение керамических конденсаторов с танталовыми практически невозможно, за исключением одного. несколько очень высоких значений емкости.

Рисунок 9: Варианты долговечности керамических и танталовых конденсаторов

Из-за заметных различий между большинством методов испытаний, используемых для оценки танталовых и керамических конденсаторов, прямое сравнение их относительных характеристик нелегко получить с помощью литературы по продукту и данных технических характеристик.Таким образом, AVX провела следующее тестирование, чтобы обеспечить более прямое сравнение их соответствующей производительности.

Сравнительные испытания тантала и керамики

Команда AVX отобрала образцы керамических и танталовых конденсаторов, которые представляют общие рейтинги для обеих технологий и обычно используемые значения для медицинских и других высоконадежных приложений.

• Танталовый конденсатор (TBCR106K016CRLB5000)
  • 10 мкФ, 16 В
  • 0805 размер корпуса

• Керамический конденсатор (MQ05YD106KGT1AN)
  • 10 мкФ, 16 В
  • 0805 размер корпуса
  • X5R диэлектрик

Команда представила все части по одному и тому же плану тестирования, чтобы обеспечить выполнение специальных требований тестирования (например,g., частота испытания емкости и смещение постоянного тока, время выдержки после испытаний на окружающую среду и т. д.) можно было точно наблюдать, собирать и сравнивать для обоих основных типов продуктов.

• Температурная стабильность (MIL-PRF-55365) — 13 шт.
• Тепловой удар (MIL-STD-202, метод 107) — 40 единиц
• Влагостойкость (MIL-STD-202, метод 106) — 40 единиц

Большинство результатов испытаний показали схожие характеристики керамических и танталовых конденсаторов.Например, температурная стабильность показала, что керамические конденсаторы более стабильны в отношении эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и DCL, тогда как танталовые конденсаторы более стабильны в отношении значения емкости при изменении температуры. Танталовые конденсаторы также показали увеличение емкости при повышенной температуре, в то время как керамические конденсаторы продемонстрировали уменьшение емкости при тех же условиях. Кроме того, испытания на влагостойкость и термический удар показали стабильную работу обеих технологий.

Рисунок 10: Сравнение параметров танталового и керамического конденсаторов

Заключение

В заключение, танталовые и керамические конденсаторы обладают рядом преимуществ и преимуществ, которые помогают в производстве эффективной и высоконадежной электроники на самых разных рынках. Однако, поскольку оба конденсатора значительно различаются по составу, материалам и характеристикам, выбор между указанием одной технологии по сравнению с другой сводится к конкретным соображениям и требованиям приложения.Таким образом, инженерам важно учитывать потенциальные эффекты выбора компонентов на ранней стадии проектирования.

---

Узнайте больше о пассивных элементах от экспертов отрасли! — Электронные курсы пассивных компонентов EPCI-Academy для студентов и сертифицированные курсы для профессионалов:

Танталовый конденсатор против керамического

Дефицит многослойных керамических конденсаторов (MLCC) начался в 2018 году и, по прогнозам, сохранится в этом году. Конденсаторы, особенно MLCC, являются жизненно важной частью почти всех распространенных электронных устройств, и в результате рынок конденсаторов становится все более прибыльным. Ожидалось, что только рынок MLCC вырастет с 5 миллиардов долларов в 2018 году до более 7 миллиардов долларов к 2023 году.

Этот постоянный дефицит заставил многих производителей и клиентов рассматривать альтернативы, популярной заменой которых являются танталовые конденсаторы. Во многих приложениях вместо MLCC можно использовать танталовые конденсаторы, но это часто требует более высоких затрат.Однако со всеми сбоями в цепочке поставок и последствиями, вызванными текущей пандемией COVID-19, сроки поставки тантала увеличились, и опасения по поводу возможной нехватки тантала становятся все более актуальными. По мере того, как становится все труднее приобретать запасы, а использование альтернатив увеличивается, важно знать, как разные конденсаторы сравниваются и контрастируют. В этом посте мы сравниваем танталовый конденсатор и керамический, различия между ними и их преимущества.

Танталовые и керамические конденсаторы:

Танталовые конденсаторы — это подтип электролитических конденсаторов, в которых в качестве анода используется металлический тантал.Танталовые конденсаторы обладают превосходными частотными характеристиками и долговременной стабильностью. Они известны своим практически неограниченным сроком хранения, высокой плотностью емкости и надежностью. Танталовые конденсаторы выпускаются как с мокрым (фольга), так и с сухим (твердый) электролитическим типом, наиболее распространенным из которых является сухой.

Хотя танталовые конденсаторы обычно требуют внешнего отказоустойчивого устройства, чтобы избежать проблем, вызванных их режимом отказа, они используются в самых разных схемах. Некоторые приложения включают ПК, ноутбуки, медицинские устройства, усилители звука, автомобильные схемы, сотовые телефоны и другие устройства поверхностного монтажа (SMD). Танталы также являются популярной заменой алюминиевых электролитов, используемых в военных целях, поскольку они не высыхают и не изменяют емкость с течением времени.

В керамических конденсаторах

используется один из основных типов конденсаторов, в которых в качестве диэлектрика используется керамический материал. Известный изолятор, керамика был одним из первых материалов, использованных при производстве конденсаторов. Эти конденсаторы имеют небольшой размер, меньшее максимальное номинальное напряжение и меньшие значения емкости. Двумя наиболее распространенными типами являются MLCC и керамические дисковые конденсаторы.

Керамические конденсаторы используются во многих различных приложениях и чаще всего используются в личных электронных устройствах. Одни только MLCC являются наиболее производимыми конденсаторами, которые используются примерно в 1 млрд электронных устройств в год. Некоторые варианты использования включают печатные платы, индукционные печи, преобразователи постоянного тока в постоянный и силовые выключатели. Керамические конденсаторы часто используются в качестве конденсаторов общего назначения, потому что они не поляризованы и бывают самых разных емкостей, номинальных напряжений и размеров.

В производстве конденсаторов некоторые ключевые игроки включают:

• Абракон
• AVX
• Johanson Dielectrics
• Мурата
• Vishay
• Кемет
• Panasonic
• TE Связь

Танталовые конденсаторы против керамических:

Хотя и танталовые, и керамические конденсаторы схожи по своим функциям, они сильно различаются по технологии изготовления, материалам и характеристикам.

С точки зрения характеристик конденсаторов танталовые и керамические конденсаторы различаются по нескольким ключевым параметрам:

• Возраст:

  Когда дело доходит до конденсаторов, логарифмическое уменьшение емкости с течением времени называется старением. Керамические конденсаторы стареют, а тантал — нет. Танталовые конденсаторы даже не имеют известного механизма износа.

• Поляризация:

  Танталовые конденсаторы обычно поляризованы. Это означает, что их можно подключать к источнику постоянного тока только при соблюдении правильной полярности клемм. С другой стороны, керамические конденсаторы неполяризованы и могут безопасно подключаться к источнику переменного тока. Благодаря отсутствию поляризации керамические конденсаторы имеют лучшую частотную характеристику.

• Температурный отклик:

  Под воздействием изменений температуры танталовые конденсаторы обычно показывают линейное изменение емкости, в то время как керамические конденсаторы обычно имеют нелинейный отклик.Тем не менее, керамические конденсаторы могут иметь линейный тренд, сужая диапазоны рабочих температур и учитывая температурный отклик на этапе проектирования.

• Отклик по напряжению:

  Если посмотреть на изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения, танталовые конденсаторы демонстрируют стабильную стабильность, тогда как керамические конденсаторы — нет. В ответ на более высокие приложенные напряжения диэлектрическая проницаемость диэлектрика в керамическом конденсаторе сокращается и вызывает изменения емкости.Хотя изменения емкости керамических конденсаторов обычно линейны и могут быть легко учтены, некоторые диэлектрики с более высокой диэлектрической проницаемостью могут терять около 70% своей начальной емкости при работе при номинальном напряжении.

Танталовый конденсатор против керамических параметров:

Параметр конденсатора:	Танталовые конденсаторы:	Конденсаторы керамические:
Эффективность старения	✔
Зависимость смещения постоянного тока	✔
Стабильность эквивалентного последовательного сопротивления (ESR)		✔
Фильтрация высоких частот		✔
Низкая индуктивность		✔
Отклик на микрофонный (пьезоэлектрический) эффект	✔
Умеренный диапазон и реакция	✔
Объемный КПД	✔

(Ссылка)

Конденсаторы источника:

Поскольку нехватка MLCC вызывает повышенный спрос на тантал и недавние сбои в глобальной цепочке поставок, нехватка танталовых конденсаторов становится все более вероятной. Эти факторы в сочетании с производственными изменениями и переносом производства крупными производителями приводят к тому, что сроки выполнения заказов на тантал значительно увеличиваются. Хотя закупить тантал и другие конденсаторы будет сложнее, существуют способы избежать производственных потерь из-за нехватки компонентов. Здесь, в Sensible Micro, мы поддерживаем глобальную сеть проверенных поставщиков, чтобы помочь вам найти нужные детали. Мы также держим на складе широкий спектр готовых к отправке компонентов, и наша внутренняя команда по поиску поставщиков усердно работает над поиском потенциальных альтернативных производителей или «перекрестных» возможностей для компонентов товарного типа.Если вам нужна помощь в поиске конденсаторов, позвоните одному из наших экспертов по поисковым решениям сегодня!

Будьте в курсе последних событий в отрасли и в нашем сообществе, подписавшись на блог Sensible Micro!

Выбор пленочных или электролитических конденсаторов для цепей преобразования мощности

Благодаря низкому эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR), обеспечивающему хорошую обработку пульсаций тока, а также высоким номинальным импульсным напряжениям и самовосстановлению, пленочные конденсаторы обладают высокой прочностью. кандидаты на многие обязанности по кондиционированию энергии в ключевых приложениях, таких как электромобили, возобновляемые источники энергии и промышленные приводы.Они особенно подходят для сценариев, в которых не требуется задержка (или прохождение), например, в случае сбоя или между пиками пульсаций линейной частоты, а также там, где есть необходимость в передаче или приеме больших высокочастотных сигналов. пульсации тока с высокой надежностью и низкими потерями.

Пленочные конденсаторы

также отлично подходят для приложений, работающих при высоком напряжении на шине постоянного тока, чтобы минимизировать омические потери. Поскольку алюминиевые электролитические конденсаторы доступны только с номиналами до 550 В, приложения, работающие с более высокими напряжениями, требуют последовательного подключения нескольких устройств. Затем возникает необходимость предотвратить дисбаланс напряжений либо путем выбора конденсаторов с согласованными значениями, что дорого и требует много времени, либо путем добавления резисторов для выравнивания напряжения, которые приводят к дополнительным потерям энергии и стоимости спецификации.

С другой стороны, алюминиевый электролит остается сильным выбором, когда первоочередной задачей является чистая плотность накопления энергии (джоуль / см ³ ). Одним из примеров являются обычные автономные источники питания, в которых требуется экономичное накопление большого количества энергии для поддержания выходного напряжения постоянного тока в случае отключения электроэнергии без резервного аккумулятора.Подходящее снижение характеристик может снизить срок службы и проблемы надежности, часто связанные с алюминиевыми электролитами.

Однако верно, что алюминиево-электролитические конденсаторы могут выдерживать перенапряжения только около 20% до того, как произойдет повреждение, тогда как пленочные конденсаторы могут выдерживать воздействие напряжений, примерно в два раза превышающих их номинальные, в течение коротких периодов. Самовосстановление обеспечивает более безопасную реакцию на периодические стрессы, которые обычно встречаются в реальных приложениях.

Кроме того, пленочные конденсаторы могут обеспечить более простые варианты подключения и монтажа, они неполяризованы и, следовательно, не подвержены ошибкам обратного подключения.Их часто упаковывают в изолированные, эффективные по объему прямоугольные «коробчатые» корпуса. Доступны различные типы электрических соединений, такие как винтовые клеммы, наконечники, «фастоны» или шины.

В таблице 1 сравниваются характеристики типов пленочных конденсаторов, которые обычно используются. Типы полиэфиров используются при низких напряжениях, в то время как полипропилен обычно демонстрирует самые низкие потери и самую высокую надежность под нагрузкой благодаря низкому коэффициенту рассеяния (DF) и высокому диэлектрическому пробою на единицу толщины. Пеленгатор также относительно стабилен при изменении температуры и частоты. Также доступен сегментированный высококристаллический металлизированный полипропилен, обладающий плотностью энергии, сравнимой с плотностью алюминиевых электролитов.

Таблица 1. Характеристики распространенных типов пленочных конденсаторов. (Источник: Википедия: пленочный конденсатор)

Выбор подходящего конденсатора

Анализ некоторых распространенных схем преобразования мощности может показать, как выбор конденсаторной технологии сильно влияет на размер, вес и стоимость, в зависимости от того, нужна ли емкость для хранения энергии или для обработки пульсаций или шума.

Например, сравнение электролитических и пленочных конденсаторов, используемых в качестве объемной емкости для автономного преобразователя мощностью 1 кВт, наглядно демонстрирует различия между свойствами этих двух типов. Преобразователь, как показано на рис. 1 , оснащен входным каскадом с коррекцией коэффициента мощности и имеет номинальное напряжение на шине постоянного тока (Vn) 400 В.

1. Емкость в качестве накопителя энергии при перебоях в подаче электроэнергии.

Предположим, что КПД составляет 90%, а напряжение отключения (Vd) 300 В, ниже которого регулирование выхода теряется.Если происходит сбой, конденсатор большой емкости C1 подает энергию для поддержания постоянной выходной мощности, когда напряжение на шине падает с 400 В до 300 В. Мы можем вычислить значение C1, необходимое для прохождения 20 мсек до того, как напряжение упадет ниже 300 V:

Алюминиево-электролитический конденсатор емкостью 680 мкФ, 450 В из серии TDK-EPCOS B43508, в корпусе диаметром 35 мм × 55 мм, соответствует требованиям с общим объемом 53 см ³ (около трех кубических дюймов). Напротив, решение с использованием пленочных конденсаторов будет непрактично большим: может потребоваться параллельное подключение до 15 пленочных конденсаторов TDK-EPCOS B32678, в результате чего общий объем составит 1500 см ³ (91 кубический дюйм).

Выбор резко изменился бы, если бы конденсатор был нужен только для управления пульсациями напряжения в линии постоянного тока, например, в трансмиссии электромобилей. Напряжение на шине может быть 400 В, как и раньше, но питаться от аккумулятора, поэтому нет необходимости в прохождении через него. Было бы реалистично попытаться ограничить пульсации в пределах, скажем, 4 В (среднеквадратичное значение), в то время как преобразователь, расположенный ниже по потоку, потребляет 80-А действующий импульсный ток при частоте переключения 20 кГц. Требуемая емкость:

Электролитический конденсатор емкостью 180 мкФ, 450 В из серии TDK-EPCOS B43508 имеет номинальный ток пульсации около 3.5 А среднеквадратичное значение при 60 ° C, включая частотную коррекцию. Для обработки 80 А потребуется 23 конденсатора, подключенных параллельно, что дает ненужную большую емкость в 4140 мкФ и общий объем около 1200 см ³ (73 кубических дюйма). Это согласуется с эмпирическим правилом 20 мА / мкФ для номинальных значений пульсаций тока электролитических конденсаторов.

Используя пленочные конденсаторы серии TDK-EPCOS B32678, всего четыре параллельно подключенных устройства дают номинальный ток пульсации 132 А среднеквадратичного значения в объеме 402 см ³ (24,5 кубических дюйма).Более того, если ожидается, что температура окружающей среды останется ниже 70 ° C, можно выбрать конденсаторы в еще меньшем размере корпуса.

Есть и другие причины, по которым пленочные конденсаторы являются лучшим выбором. Чрезмерная емкость параллельных электролитов может вызвать такие проблемы, как управление энергией в пусковом токе. Кроме того, пленочные типы гораздо более устойчивы в случае переходных перенапряжений в цепи постоянного тока, которые часто встречаются в приложениях с малой тягой, таких как электромобили.

Аналогичный анализ может быть применим для таких приложений, как системы ИБП, кондиционирование энергии в ветряных или солнечных генераторах, инверторы, подключенные к общей сети, и сварочные аппараты.

Фильм как первый выбор

Относительная стоимость пленочных или электролитических конденсаторов может быть проанализирована с точки зрения накопления в больших объемах или с точки зрения устойчивости к колебаниям. Цифры, опубликованные в 2013 году, сравнивают типичные затраты на шину постоянного тока, питаемую от выпрямленного источника переменного тока 440 В (Таблица 2) .

Таблица 2.Сравнение стоимости пленочных и электролитических конденсаторов.

С учетом этого анализа пленочные конденсаторы являются отличным выбором для развязки, демпфирования переключателя и таких приложений фильтрации, как подавление электромагнитных помех или фильтрация на выходе инвертора.

Разделительный конденсатор, помещенный на шину постоянного тока инвертора или преобразователя, обеспечивает путь с низкой индуктивностью для циркуляции высокочастотных токов. Практическое правило — использовать около 1 мкФ на 100 А коммутируемого тока. Стоит отметить, что соединения с конденсатором должны быть как можно короче, чтобы избежать возникновения переходных напряжений.При большом токе и высокой частоте возможны изменения до 1000 А / мкс. Учитывая, что дорожки на печатной плате могут иметь индуктивность около 1 нГн / мм, каждый миллиметр может соответствовать переходному процессу 1 В в соответствии с:

В схеме переключения-демпфирования конденсатор подключается последовательно с комбинацией резистор / диод и подключается к переключателю питания — обычно IGBT или MOSFET — для управления dV / dt (рис. 2) . Демпфер замедляет звон, контролирует электромагнитные помехи и предотвращает ложное включение / выключение.Демпферная емкость обычно выбирается примерно в два раза больше суммы выходной емкости переключателя и монтажной емкости. Затем выбирается значение сопротивления для критического гашения любого звона.

2. Переключатель демпфера IGBT или MOSFET.

Подавление электромагнитных помех

Пленочные конденсаторы

также идеально подходят в качестве конденсаторов X и Y для снижения дифференциального и синфазного шума, соответственно (рис. 3) , используя их возможности самовосстановления и переходных перенапряжений.Конденсаторы класса безопасности X1 (4 кВ) или X2 (2,5 кВ) подключаются к линиям электропередачи и обычно представляют собой полипропиленовые конденсаторы со значением емкости в микрофарадах, если это необходимо для соответствия применимым стандартам ЭМС.

3. Конденсаторы X и Y для подавления электромагнитных помех.

Конденсаторы

Y с низкой индуктивностью подключения подключаются в положениях «фаза-земля». На рис. 3 конденсаторы Y1 или Y2, рассчитанные на переходные процессы 8 кВ и 5 кВ, соответственно, подключены в положениях «линия-земля», как показано.Соображения, касающиеся тока утечки, ограничивают допустимую емкость. Хотя низкая индуктивность подключения пленочных конденсаторов помогает поддерживать высокий собственный резонанс, внешние подключения к системе заземления также должны быть короткими.

Фильтрация выхода инвертора

Неполяризованные пленочные конденсаторы в сочетании с последовательными катушками индуктивности, часто в одном модуле, создают фильтры нижних частот для ослабления высокочастотных гармоник на выходе переменного тока приводов и инверторов (рис.4) . Они все чаще используются для соответствия системным требованиям по ЭМС и снижения нагрузки на кабели и двигатели, связанной с dV / dt, особенно когда нагрузка находится далеко от приводного устройства.

4. Пленочные конденсаторы используются для фильтрации ЭМС моторных приводов.

Заключение

Знание относительной прочности электролитических и пленочных конденсаторов для приложений преобразования энергии может помочь разработчикам сделать правильный выбор для оптимального общего размера, веса и стоимости материалов.Их можно резюмировать следующим образом:

Конденсаторы электролитические:

• Более высокая плотность накопленной энергии (джоуль / см ³ )
• Снижение затрат на объемную емкость для «прохода» напряжения на шине постоянного тока
• Поддерживать номинальный ток пульсации при более высоких температурах

Пленочные конденсаторы:

• Более низкое СОЭ для превосходной обработки пульсаций
• Более высокие значения перенапряжения
• Самовосстановление повышает надежность и срок службы системы

Руди Рамос — менеджер проекта по маркетингу технического контента в Mouser Electronics.

Как заставить винтажный компонент снова петь — PS Audio

Часть 1: Конденсаторы блока питания

Не секрет, что одним из наиболее экономичных способов создания Hi-Fi системы является покупка бывшего в употреблении или старинного оборудования. На вторичном рынке можно найти множество старого оборудования от таких компаний, как Audio Research, Conrad Johnson, Luxman, PS Audio, Dynaco, Marantz, Sansui, Quad и многих других. К сожалению, старое оборудование, вероятно, будет хуже звучать по сравнению с тем, когда оно было приобретено, поскольку некоторые электронные компоненты под крышкой со временем стареют.

В первые годы учебы в колледже, когда средств было мало, я купил Marantz Model 1060 на сайте Craigslist за несколько сотен долларов. Я помню, как был в восторге от сделки и как можно скорее помчался домой, чтобы подключить ее к своей системе. Когда я впервые включил его, я был в полном шоке. Звуковая сцена отсутствовала, высокие частоты были отключены, а басы звучали так, как будто кто-то пнул картонную коробку. «Что, черт возьми, случилось?», — подумал я. Это действительно был один из усилителей с худшим звуком, который я когда-либо слышал!

Винтажная модель Marantz 1060

Посмотрев несколько аудиофорумов по этой теме, я узнал, что конденсаторы, вероятно, устарели, что резко ухудшило качество звука.С помощью некоторых участников форума я смог получить схему и заказать подходящие конденсаторы для замены. Несмотря на то, что я был обеспокоен отсутствием у меня навыков пайки или понимания, я был удивлен тем, насколько это было легко и увлекательно. Этот проект был на самом деле приятным и приятным, как ощущение повторной отделки антикварного предмета мебели.

Чего я не знал, пока работал над этим, так это того, что лучшая награда еще впереди. После замены всех необходимых конденсаторов все негативные моменты, которые я слышал ранее, ушли! Теперь звук приобрел теплый и детальный звук, которым славился Marantz. Моя тяжелая работа добавила к этому чувство сентиментальной привязанности, которое я никогда раньше не испытывал с аудиоаппаратурой. Этот проект не только помог мне освоить следующие проекты DIY, но и дал мне уверенность в том, что я могу искать новые проекты вплоть до создания и проектирования собственного оборудования. Можно с уверенностью сказать, что без этого старого доброго 1060 я не уверен, что когда-либо занялся бы DIY.

Я обнаружил, что одним из самых больших препятствий для начинающих является определение того, какие компоненты необходимо заменить и как выбрать те, которые их заменяют.Хотя список компонентов для полного углубленного восстановления может быть длинным, конденсаторы обычно первыми вызывают звуковые или функциональные проблемы. В этой статье я рассмотрю некоторые основные теории и советы по компоненту, который с наибольшей вероятностью устареет в оборудовании, а именно по конденсатору источника питания.

Что такое конденсатор блока питания и почему они стареют?

Блок питания состоит из нескольких ступеней. Во-первых, трансформатор используется для изменения сетевого напряжения, выходящего из стены, на напряжение или различные напряжения на вторичной обмотке.Они выбираются в зависимости от приложения, для которого будет использоваться блок питания. Затем вторичная обмотка трансформатора подключается к так называемому выпрямителю. Выпрямитель состоит из диодов, которые преобразуют переменный ток (50 или 60 Гц) в постоянный ток (0 Гц). Всякий раз, когда форма сигнала переменного тока пересекает свою нулевую точку пересечения, есть период, когда выпрямитель полностью выключается. Это приводит к появлению паразитной составляющей переменного тока на удвоенной частоте сети после выпрямителя. Эта форма волны известна как пульсация.

Конденсаторы используются после выпрямления для хранения и фильтрации энергии. Когда диоды выпрямителя смещены в прямом направлении, они заряжают конденсатор. Во время перехода через нуль выпрямитель перестает проводить ток и, следовательно, прекращает подачу тока на конденсаторы. В этот момент конденсаторы становятся единственным источником тока для нагрузки источника питания и начинают медленно разряжаться. По мере разряда выходное напряжение начинает падать до следующего цикла проводимости.Этот процесс добавления конденсаторов после выпрямления уменьшает пульсации и увеличивает напряжение постоянного тока. Хотя некоторая пульсация была уменьшена, помните, что она все еще присутствует из-за этих циклов зарядки и разрядки.

Пульсация перед добавлением накопительного конденсатора

Пульсация после добавления накопительного конденсатора

Это приводит нас ко второму применению конденсаторов источника питания, фильтрации. При подключении от шины постоянного тока к земле конденсаторы фильтруют, образуя так называемый фильтр нижних частот.Базовый фильтр нижних частот первого порядка показан ниже:

Фильтр нижних частот первого порядка, обычно используемый в источниках питания

Поскольку конденсаторы имеют более высокий импеданс по мере приближения к постоянному току и более низкий импеданс по мере приближения к высокой частоте, высокие частоты шунтируются на землю, проходя большинство частот ниже частоты среза. Частота среза, также известная как угловая частота, может быть определена как fc = 1 / (2πRC) и представляет собой частоту, на которой происходит уменьшение амплитуды на 3 дБ.

Конденсаторы источника питания обычно электролитические из-за стремления к высокой емкости в этом приложении. Чем выше емкость, тем ниже становится частота среза; тем больше ослабляется пульсация. Поскольку в электролитах в качестве электрода по существу используется жидкость, эта жидкость в конечном итоге начинает высыхать, увеличивая последовательное сопротивление и уменьшая емкость компонента. Это снижает эффективность фильтра нижних частот за счет смещения частоты среза вверх, а также снижает его способность ослаблять высокочастотный шум. Уменьшение емкости также не позволяет ему сохранять достаточный заряд в непроводящие периоды. Следствием этого является более высокая пульсация и более низкое напряжение постоянного тока, оба из которых ухудшаются при более высоких выходных токах.

Результат — гул, высокочастотный шум, потеря динамики, снижение выходной мощности и, ну… плохой звук. Эти конденсаторы в конечном итоге полностью выйдут из строя, поэтому их первоочередная задача — заменить их в старом оборудовании.

Электролитические компоненты, которые вышли из строя или вот-вот выйдут из строя, часто вздуваются вверх из-за выделения газообразного водорода, вызывая утечку не высохшей электролитической жидкости.Это только в крайних случаях, и многие конденсаторы, которые необходимо заменить, не будут иметь физических признаков.

Вздутый и негерметичный электролитический конденсатор

Как узнать, какие конденсаторы блока питания заменить и чем их заменить?

Первым шагом при планировании повторного описания компонента является попытка получить схему или руководство по обслуживанию. Лучшая база данных, которую я нашел в Интернете, — это www.hifiengine.com/. Это бесплатная база данных, и все, что вам нужно сделать, это зарегистрироваться, чтобы получить имя пользователя и пароль.Если у hifi engine нет того, что вам нужно, вы также можете позвонить производителю, если он все еще работает. Если компонент достаточно старый, они могут просто отправить вам схему по электронной почте.

После получения схемы пора определить конденсаторы источника питания. Я рекомендую искать трансформатор, и он должен привести вас непосредственно к конденсаторам выпрямителя и источника питания. На схеме ниже показан источник питания лампового нагревателя в усилителе Audio Research D51. Обратите внимание на обмотки трансформатора и мостовой выпрямитель с левой стороны.Справа от него находится фильтр нижних частот, подобный тому, который мы обсуждали ранее. В этой конкретной области схемы мы были бы заинтересованы в замене C24, C25 и C26. Посмотрите на остальную часть блока питания и повторите тот же процесс. Почти всегда полезно следить за линиями напряжения до пути прохождения сигнала, поскольку во многих случаях в этой области также могут быть размещены некоторые местные развязывающие конденсаторы.

Питание нагревателя усилителя мощности Audio Research D51. Мостовой выпрямитель состоит из D23-D26

.

Далее мы должны решить, какие конденсаторы поставить вместо оригиналов.При выборе новых конденсаторов важно учитывать их максимальное номинальное напряжение, емкость, тип и размер. Можно выбрать конденсатор, который превышает номинальное напряжение исходного конденсатора. Что касается емкости, я бы посоветовал не выбирать конденсатор, который имеет более высокое значение, чем исходный конденсатор. Добавление чрезмерной емкости увеличит пусковой ток при запуске, что может привести к повреждению выпрямителя или перегоранию предохранителя.

Как правило, вы хотите использовать конденсатор того же типа, что и оригинальный производитель.На мой взгляд, единственное исключение из этого правила — пластиковые конденсаторы. Многие конструкторы используют пластиковые конденсаторы для обхода больших электролитов, чтобы добиться лучшего подавления шума на высоких частотах. В отличие от электролитических, пластиковые конденсаторы имеют меньшую стоимость и неполяризованы. Старые типы пластиковых конденсаторов, такие как майлар, уступают новым типам полипропилена, которые имеют более низкие паразитные свойства и, следовательно, обладают лучшими возможностями фильтрации высоких частот. Для низких значений менее 1 мкФ я бы рекомендовал использовать предложения из металлизированного полипропилена от таких компаний, как Wima или Epcos.

В зависимости от доступного пространства внутри корпуса размер конденсатора также может быть важным фактором. Найдите конденсатор в вашем компоненте и измерьте окружность, высоту и расстояние между выводами. Благодаря развитию современных технологий вы заметите, что конденсаторы с таким же напряжением и номиналом в микрофарадах будут значительно меньше. Если конденсаторы устанавливаются на шасси или на печатную плату, может потребоваться найти аналогичный размер. Лучше всего искать крышку с более высоким номинальным напряжением.Скорее всего, вы найдете нужный размер.

Используя рассмотренный ранее пример Audio Research, C24 и C25 обозначены как конденсаторы емкостью 500 мкФ 15 В. Поскольку 500 мкФ — это не обычная емкость конденсатора, я бы предпочел заменить этот конденсатор электролитическим конденсатором емкостью 470 мкФ 16 В. Теперь повторите этот процесс для каждого оставшегося конденсатора источника питания.

Вот и все! Ваш винтажный компонент приближается к тому, чтобы звучать так же хорошо, как в тот день, когда он был впервые подключен. Но есть еще много работы.Начните с получения схем и определения крышек, которые вам необходимо приобрести. В следующем выпуске мы сделаем еще один шаг и поговорим о другом типе конденсатора, который также чрезвычайно важно заменить; конденсатор связи.

Внимание!

Я уверен, что вы слышали об опасности работы с электроникой. Мой вам совет — прочитать о том, как быть в безопасности при работе с оборудованием. Работая с электроникой, всегда относитесь ко всему так, как будто оно может вас убить.Перед началом работы убедитесь, что шнур переменного тока отключен, и разрядите все конденсаторы источника питания. Это укрепляет правильные привычки и вполне может спасти вам жизнь.

Если нет четкой маркировки, всегда отмечайте правильную полярность на печатной плате перед снятием любых электролитических конденсаторов. Если перевернуть электролиты, они могут взорваться и нанести серьезную травму. Будьте осторожны!

Ниже приведены ссылки на информацию о правилах техники безопасности.

Ссылки безопасности:

• Общая информация по технике безопасности:

http://diyaudio. com/forums/showwiki.php?title=DIYSafety

• Как разрядить конденсатор:

http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/How-to-discharge-a-capacitor

• Как сделать инструмент для разряда конденсатора:

https://www.ifixit.com/Guide/Constructing+a+Capacitor+Discharge+Tool/2177

Ссылки на популярных продавцов конденсаторов:

Сравнение полимерных конденсаторов и многослойных керамических конденсаторов

Выбор конденсатора кажется простым выбором, но требования, проблемы и ожидания современной электроники доказывают обратное, поясняет Panasonic Industry Europe

Полупроводниковая промышленность задала тенденции в электронных устройствах, как в настоящее время, так и в будущем, а именно: эффективное энергопотребление, увеличение тока нагрузки, миниатюризация и более высокие частоты переключения.Работа ИС при высокой скорости и большом токе увеличивает колебания токовой нагрузки, а работа при низком напряжении требует очень точной стабильности напряжения. Все они требуют более быстрой переходной характеристики преобразователя для поддержки микросхем. Эти тенденции охватывают конденсаторы, которые могут выдерживать более высокие токовые нагрузки, в то время как доступный объем уменьшается. Инженеры должны найти баланс между высокой производительностью и удельной мощностью и длительным сроком службы, высокой надежностью и безопасностью.

Выбор подходящего конденсатора ввода / вывода играет важную роль при проектировании импульсных преобразователей напряжения. 99% так называемых «конструктивных» проблем, связанных с линейными и импульсными регуляторами, напрямую связаны с неправильным использованием конденсаторов. Важность выходного конденсатора в импульсных преобразователях постоянного тока в постоянный связана с тем, что он вместе с основной катушкой индуктивности является резервуаром электрической энергии, поступающей на выход, и сглаживает выходное напряжение. Некоторые важные аспекты входных конденсаторов, используемых в преобразователях постоянного тока в постоянный, — это рассеиваемая мощность и характеристики пульсации.Для поддержания напряжения и обеспечения стабильности напряжения на шине преобразователя требуется входной конденсатор.

Типы конденсаторов

Различные типы конденсаторов могут использоваться на входе и выходе DC / DC преобразователей. В таблице 1 показаны типы конденсаторов и ранжированы их характеристики по каждой характеристике. Применение обычно диктует лучший выбор типа конденсатора (многослойный керамический конденсатор (MLCC), алюминиевый электролитический, полимерный или танталовый) для использования в конструкции.Вообще говоря, хотя электролитические конденсаторы обеспечивают самую большую емкость, они значительно ухудшаются по емкости и току утечки при более высоких температурах и частотах. Керамические конденсаторы имеют очень низкие значения ESR и ESL, что делает их пригодными для работы в переходных процессах, но у них есть ограничения по емкости. Хотя керамические конденсаторы могут работать при очень высоких токах пульсаций, они страдают из-за необратимого старения и требуют более низких рабочих электрических полей. Полимерные электролитические конденсаторы в основном используются в источниках питания ИС в качестве буферных, байпасных и развязывающих конденсаторов, особенно в устройствах с плоской или компактной конструкцией.Они конкурируют с MLCC, но предлагают более высокие значения емкости, чем MLCC, и не проявляют микрофонного эффекта (например, керамические конденсаторы класса 2 и 3).

Конденсаторы

MLCC являются наиболее широко используемым типом конденсаторов во входных и выходных фильтрах преобразователей постоянного тока в постоянный ток из-за их низкого ESR, низкого ESL и низкой стоимости. С ними также не связано серьезных проблем с надежностью. Однако есть некоторые недостатки, которые следует учитывать при использовании этих конденсаторов в преобразователях постоянного тока в постоянный. Они характеризуются небольшой емкостью на единицу объема, особенно для диэлектрических материалов класса 1 (NO / COG), они имеют большие размеры корпуса, которые склонны к растрескиванию из-за изгиба печатной платы, нестабильности смещения постоянного тока и пьезоэффекта (пения).

Здесь можно рассмотреть полимерные конденсаторы. Проводящие полимерные алюминиевые твердые конденсаторы (полимерные конденсаторы), как и обычные алюминиевые электролитические конденсаторы, обладают большой емкостью и хорошими характеристиками смещения, с которыми MLCC не могут конкурировать. Кроме того, полимерные конденсаторы имеют чрезвычайно низкие характеристики ESR. ESL, который определяется внутренней структурой и конфигурацией выводов конденсаторов, вносящих структурные улучшения, в полимерных конденсаторах низкий.Учитывая высыхание электролита в течение срока службы и изменение характеристик в диапазоне низких температур, полимерные конденсаторы обеспечивают очень высокую надежность и превосходные низкотемпературные характеристики благодаря использованию твердых полимерных материалов в качестве электролита.

Полимерные конденсаторы как альтернатива MLCC

Крышки SP-Cap и POS-крышки

Panasonic являются незаменимой заменой MLCC из-за их небольшого размера.

На рисунке 1 показано изменение емкости в широком диапазоне частот для различных технологий.Это ясно показывает, что полимерные конденсаторы демонстрируют характеристики, очень похожие на MLCC.

Рисунок 1: Изменение емкости в зависимости от изменений напряжения

Возникает вопрос, зачем переходить на полимерную технологию? Ответ заключается в том, что MLCC не могут достичь такой же высокой емкости, как полимер, при той же занимаемой площади и объеме. Во-вторых, MLCC демонстрирует сильную зависимость емкости от смещения постоянного тока из-за сегнетоэлектрических диэлектрических материалов, используемых для MLCC. У MLCC большой емкости есть свойство, часто не понятное разработчикам электроники. Емкость этих устройств зависит от приложенного постоянного напряжения, что может привести к падению емкости более чем на 70% по сравнению с данными, указанными в технических характеристиках. Для полимерных конденсаторов емкость существенно не меняется при изменении напряжения приложения.

Эти преимущества позволяют значительно снизить количество деталей при использовании SP-Cap или POS-Caps вместо MLCC. Это экономит место на печатной плате, а также снижает затраты на детали и сокращает производственные этапы.

На рисунке 2 показаны типичные температурные характеристики.Кривая изменяется для MLCC в пределах допуска для каждого продукта. Для полимерных конденсаторов емкость растет параллельно с повышением температуры. Температурные характеристики MLCC различаются в зависимости от типа диэлектрика, но все они страдают отказом от старения из-за температурной зависимости и требуют меньшего рабочего электрического поля.

Рисунок 2: Сравнение типичных температурных характеристик

Керамические конденсаторы хрупкие и чувствительны к тепловому удару, поэтому необходимо принять меры, чтобы избежать растрескивания во время монтажа, особенно для больших емкостей с высокой емкостью.Типичный диапазон температур для керамических конденсаторов составляет от -40 до + 85 ° C или + 125 ° C, при этом их емкость варьируется от + 5% до -40%, а оптимальное значение составляет от +5 до 25 ° C. Полимерные конденсаторы обладают большим потенциалом развития для достижения более высоких значений плотности, напряжений поля и температуры, но ограничены до + 125 ° C из-за их рабочего механизма и улучшения диэлектрических материалов; полимеры с более высокой диэлектрической проницаемостью обеспечивают высокую плотность энергии.

Пьезоэлектрические эффекты

Большинство диэлектриков керамических конденсаторов проявляют пьезоэлектрические эффекты, которые могут вызывать неожиданные сигналы в определенных цепях.В некоторых случаях пьезоэлектрический эффект может приводить к появлению электрических шумов. Когда электрический потенциал или поле прикладывается к поверхности MLCC, он вызывает деформацию в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц, которая слышна людям. Это акустический шум MLCC или шум пения. Одного MLCC в большинстве случаев недостаточно для создания проблемного или разрушительного звукового давления l, но распаянный на печатной плате MLCC создает систему пружинных масс, которая увеличивает или гасит колебания в зависимости от частот.

Рисунок 3: Температурные характеристики для сравнения типов конденсаторов

MLCC подвергаются более чем 10 испытаниям на надежность, включая испытания на тепловой удар, изгиб (изгиб) платы и смещенную влажность, в зависимости от целевого применения. Тест на изгиб платы оценивает механическое сопротивление растрескиванию, когда MLCC подвергаются изгибающему напряжению на печатной плате, к которой припаян MLCC. Изгиб печатной платы может часто происходить во время производства и во время работы при колебаниях температуры.Растрескивание при изгибе происходит из-за чрезмерного прогиба печатной платы. Что касается причин изгиба платы, существуют различные причины, в том числе проблемы во время производственного процесса, такие как напряжение припоя из-за несоответствующего количества припоя, напряжение, приложенное во время удаления панелей или закрепления винтами, или изгиб платы во время окончательного монтажа. сборка. Другими причинами являются падения, вибрация или тепловое расширение во время использования. Керамика сильна при сжатии, но слаба при растяжении. Таким образом, когда припаянный MLCC испытывает чрезмерный прогиб платы, в элементе легко образуется трещина.Трещина изгиба может вызвать электрическую проводимость между противоположными внутренними электродами. Также возможно, что неудачное открытие может перерасти в отказ при продолжении использования продукта. Если трещина на элементе конденсатора перерастает в короткое замыкание, это может вызвать такие проблемы, как выделение тепла, курение или возгорание.

Рисунок 4: Акустический или певческий шум MLCC

Большинство керамических конденсаторов имеют довольно высокое номинальное напряжение.Если напряжение между выводами конденсатора превышает его номинальное напряжение, диэлектрик может выйти из строя, и электроны потекут между тонкими металлическими слоями внутри конденсатора, создавая короткое замыкание.

Сравнение конструкций

Полимерные конденсаторы поставляются в виде чипов или катушек. Твердые полимерные конденсаторы не считаются компонентами, которые могут быть заменены в устройстве, они часто изготавливаются по технологии поверхностного монтажа, что позволяет им занимать меньше места на печатной плате за счет того, что их труднее распаивать, если замена необходима. .

Использование твердого электролита является основным преимуществом перед электролитическими конденсаторами. В мокром электролитическом конденсаторе перегрев может вызвать испарение электролита. По мере испарения внутри конденсатора повышается давление, и он может лопнуть или даже взорваться. Твердые полимерные конденсаторы не имеют таких рисков — конденсатор либо замыкается, либо начинает работать как разомкнутая цепь.

Рисунок 5: Конструкция конденсаторов SP-Cap и POS-Cap Panasonic

Вообще говоря, надежность полимерных конденсаторов намного лучше, чем надежность MLCC.Однако, если пространство ограничено, универсальные MLCC — лучший вариант. Они также подходят для приложений, где требуются высокие характеристики выдерживаемого напряжения и способность выдерживать обратное напряжение. Типичные полимерные конденсаторы — хороший выбор, когда важны и более высокая емкость, и низкое ESR. Потенциальная экономия затрат и места при сравнении одиночных полимерных конденсаторов с эквивалентом нескольких MLCC может иметь большое значение при проектировании печатных плат.

.

No related posts.