Выбор плёночных конденсаторов для применения в Hi-Fi- и High-End-аудиотехнике. Часть 1. Устройство, свойства и параметры

Сохранить и прочитать потом —       

На фоне растущих потребностей энтузиастов качественного аудио Hi-Fi-/High-End-производители постоянно прилагают усилия по улучшению качества звучания своих продуктов. Применяемые пассивные радиотехнические комплектующие, в том числе конденсаторы, стоят в стороне от наиболее интересных активных компонентов, но их влияние на конечный результат огромно. Только наилучшие элементы могут использоваться в аудиотехнике класса High End.

Обзоры в журналах, посвящённых Hi-Fi-/High-End-аудио, сконцентрированы вокруг готовых компонентов домашних аудиосистем, при этом часто не уделяется никакого внимания тому, где и какие используются в них конденсаторы, какими свойствами они обладают, какие параметры нужно учитывать и как они влияют на звук. В этой статье мы разберёмся в устройстве этих элементов, их технических характеристиках и в том, как они могут повлиять на звук.

Свое внимание мы сконцентрируем на плёночных конденсаторах различных видов с тем, чтобы понять, почему именно они предпочтительны для использования в High-End-компонентах.

Как ни странно, но даже в мире, опирающемся на физику как науку и современные технологии, топовые аудиосистемы – как законченные решения, так и их отдельные модули – часто изготавливаются с применением электронных и радиотехнических комплектующих, которые должны при упоминании их торговых марок вызывать у конечных потребителей град положительных эмоций. В особых случаях разработчики используют продукты известных брендов, при этом даже не вдаваясь с пристрастием в их технические характеристики. Высококлассный продукт может быть действительно таковым, если все его составляющие оптимально подобраны по параметрам, а не по громким названиям их брендов и серий.

В аудиотрактах каждого компонента, начиная с CD/DVD-транспорта, внешнего ЦАП, предусилителя и усилителя мощности и до кроссоверов АС в самом конце, используется множество конденсаторов различных типов, ёмкостей и номинальных напряжений. В подавляющем большинстве случаев от них напрямую зависит качество звука, так как эти элементы находятся в аналоговых сигнальных цепях.

Назначение конденсаторов можно разбить на три базовые группы:

  1. применение в сигнальных цепях;
  2. функциональные задачи;
  3. использование в силовых контурах.

Оптимальный выбор конденсаторов для этих целей определённо может привести к улучшению конечного результата или, по меньшей мере, минимизировать вносимые потери. Те, что функционируют в сигнальных цепях, естественно, в значительно большей степени влияют на аудиосигнал. Последовательные реальные улучшения в звуке могут быть достигнуты только путем замены всех недостаточно качественных по параметрам комплектующих данного типа.

Ещё один надежный путь к хорошему результату – использование качественных функциональных конденсаторов в таких местах, где неверный выбор может привести к искажениям сигнала в CD/DVD-транспортах, ЦАП, предусилителях. Конденсаторы в силовых цепях (например, для сглаживания пульсаций или поддержки уровня напряжения) оказывают меньшее влияние на звучание при условии, что они имеют как можно большую ёмкость. Однако их качеством тоже нельзя ни в коем случае пренебрегать в устройствах High-End-класса.

Плёночные конденсаторы – оптимальное решение!

Плёночные конденсаторы для большинства сигнальных цепей являются самым лучшим выбором по критерию цена/качество и уступают пальму первенства в некоторых приложениях только фольговым (рис. 1), исторически бывшим их предшественниками.


Рис.1. Фольговый конденсатор, разработанный специально для кроссоверов АС High-End-класса.

По запасаемой энергии в единице объёма фольговые и плёночные конденсаторы уступают только электролитическим, ёмкость которых доходит до единиц фарад. По совокупности технических параметров плёночные конденсаторы являются наиболее подходящими для использования в аудиотехнике и только в специализированных применениях, например, в кроссоверах (фильтры для раздела полос в АС), немного уступают фольговым аналогам, при этом имея значительно меньшие массу, размеры и в десятки раз более низкую стоимость. Плёночные конденсаторы можно разделить по типу диэлектрика на четыре группы:

Материал плёнки и международные сокращения
Характеристики плёночных диэлектриков Полиэтилентерефталат(PET) Полиэтилен-нафталат (PEN) Полифенилен-сульфид (PPS) Полипропилен (PP)
Диэлектрическая проницаемость на 1 кГц 3,3 3 3 2,2
Мин. толщина плёнки 0,7..0,9 0,9..1,4 1,2 1,9..3,0
Влагопоглощаемость Низкая 0,4 0,05 <0,1
Диэлектрическая прочность, В/мкм 580 500 470 650
Напряжение пробоя (для коммерческих образцов) 280 300 220 400
Диапазон напряжений, В 50..1000 16..250 16..100 40..2000
Диапазон ёмкостей 100 пФ ..22мкФ 100 пФ.. 1 мкФ 100 пФ.. 0,47 мкФ 100 пФ.. 18 мкФ
Рабочий температурный диапазон, °C -55.. +150 -55.. +150 -55.. +150 -55.. +150
ΔС/С в рабочем диапазоне температур +/-5 +/-5 +/-1,5 +/-2,5
tgδ (Тангенс угла диэлектрических потерь)
на 1 кГц50.. 200 42.. 80 2 .. 15 0,05.. 5
на 10 кГц110.. 150 54.. 150 2,5.. 25 2.. 8
на 100 кГц170.. 300 120.. 300 12.. 60 2.. 25
на 1 МГц200.. 350 - 18.. 70 4.. 40
Диэлектрическая абсорбция 0,2.. 0,5 1.. 1,2 0,05.. 0,1 0,01.. 0,1
Удельная ёмкость нФ*В/мм 400 250 140 50
Самовосстановление Среднее Низко-среднее Низкое Высокое

Наилучшими для применения в цепях фильтрации аудиокомпонентов характеристиками обладают полипропиленовые конденсаторы. Однако если потребуется конденсатор большей ёмкости, то оптимальными окажутся полиэтилентерефталатные (PET), у которых значение этого параметра доходит до нескольких миллифарад.

Плёночные конденсаторы разных типов сильно отличаются по конструкции. На рис. 2 представлен самый из них старинный, такими были самые первые образцы. В нём большие по площади полоски свёрнуты в рулон. Для обкладок конденсатора чаще всего используется алюминиевая фольга, но также можно встретить медную и даже фольгу из серебра самой высокой пробы или серебряно-золотого сплава (например, в Mundorf MCap EVO SilverGold.Oil). В качестве диэлектрика может выступать специальная бумага, пропитанная маслом и воском, как например в Duelund CAST. Данная конструкция наиболее простая, поэтому с ней можно добиться наилучших показателей по качеству изготовления. При этом у неё имеется одна особенность, которую иногда следует учитывать: она обуславливает более высокую индуктивность. Стоит сказать, что в самых высококлассных фольговых конденсаторах с целью максимального уменьшения паразитной индуктивности применяются более сложные технологии намотки.


Рис. 2. Схематическое изображение фольгового конденсатора.

С течением времени технологии развивались, и инженеры предложили использовать вместо толстой фольги и бумаги тонкую металлизированную плёнку и полимерные диэлектрики. Для устранения индуктивности была изобретена технология производства плёночных конденсаторов со стековой структурой, изображённой на рис. 3.


Рис. 3. Стековый плёночный полипропиленовый конденсатор с односторонней металлизацией диэлектрика.

Стековые плёночные конденсаторы на данный момент имеют следующие топологии и структуры:

Типы стековых плёночных конденсаторов и типовые названия серий, ставшие индустриальными стандартами де-факто.

Названия серии начинаются с буквы, которой обозначают тот или иной тип используемого диэлектрика:

М – обозначает металлизацию;
К – тип конденсатора: К – металлизированный, F – фольговый;
Р – определяет тип диэлектрика, а именно:

  • Т – полиэтилентерефталат или полиэстер (PET), торговое название Майлар (Mylar)
  • P – полипропилен (РР), торговое название Treofan
  • N – полиэтиленнафталат (PEN), торговые марки Kaladex и Teonex

Также встречаются плёночные конденсаторы с диэлектриками других типов с сокращенными наименованиями:

  • PPS – полифениленсульфид, торговое название Torelina
  • PTFE – политетрафторэтилен, он же Teflon
  • PS – полистирол, торговое название Styroflex

MKP-серии имеют самую простую топологию и могут производиться, как из односторонне металлизированной (рис. 3) плёнки, так и двусторонней (рис. 4). Такие конденсаторы производятся из четырёхслойной плёнки. Они имеют в 5-10 раз большую перегрузочную способность по импульсным токам за счёт большего количества контактов металлизации с контактным слоем на торцах, который к тому же для конденсаторов с двусторонней металлизацией диэлектрика делается более толстым. Лучший контакт обеспечивает и более низкое эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора (Low ESR), что, в свою очередь, уменьшает диссипативные потери на 30-50% по сравнению с вариантом односторонней металлизации. Они отлично себя зарекомендовали для применения в Hi-Fi- и High-End-компонентах, а также во всех сигнальных аудиоцепях профессиональной студийной звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры.


Рис. 4. Стековый плёночный полипропиленовый конденсатор с односторонней металлизацией диэлектрика.

MKT и MKN – полиэтилентерефталатные и полиэтиеленнафталатные конденсаторы –имеют более сложную топологию, чем MKP, и рассчитаны на более высокие импульсные токи, чем MKP-конденсаторы с двусторонней металлизацией. Серии MKN выгодно отличаются низкими коэффициентами зависимости ёмкости от частоты по сравнению с конденсаторами других типов.

X1/X2 – плёночные конденсаторы, специально разработанные для соответствия стандарту электромагнитной совместимости IEC60384-14 и применяющиеся для фильтрации дифференциальных помех в цепях питания. В аудиоаппаратуре они будут как нельзя кстати вместе с синфазным дросселем во входных цепях питания.

MFP/FKP – полипропиленовые конденсаторы, которые могут выдерживать очень большие импульсные токи благодаря тому, что их электроды изготавливаются из фольги с соединением, обеспеченным толстым слоем металлизации. Данный тип конденсаторов великолепно подходит для сигнальных цепей аудиотрактов усилителей. Однако данная технология предполагает значительно меньшую удельную ёмкость, поэтому найти фольговый стековый полипропиленовый конденсатор ёмкостью более 0,68 мкФ может оказаться невозможным.

Плёночные конденсаторы со стековой структурой имеют множество отличительных от других типов свойств. К ним относятся очень низкая, практически нулевая паразитная индуктивность, способность выдерживать огромные импульсные токи при очень компактных габаритах даже для высоких номинальных напряжений (более 600 В), исключительная надёжность, низкие температурные коэффициенты ёмкости, отличные характеристики зависимости ёмкости от напряжения и ёмкости от частоты сигнала. Об этих и других эффектах и параметрах плёночных конденсаторов мы поговорим в следующей части статьи.

Эту статью прочитали 798 раз
Статья входит в разделы:"Сделай сам"

Поделитесь статьёй:
Обсуждение данного материала
15 сентября 2020, 10:20
Алексей Владимирович (Клиент Аудиомании)
Думается что если бы у плёночных индуктивность была близка у нулю, то по "широкополосности" они переплюнули бы SMD керамику, но увы, SMD керамика самая широколосная, а плёнка в любом исполнении даже не вторая в этом рейтинге.
Написать свой комментарий