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音頻電容器:技術和應用

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2019-01-02 16:32:00【

 電容器是音頻電路中必不可少的組件,它們具有各種額定電壓,形狀和形狀因數。音頻信號的完整性很大程度上取決于電容器的選擇,因此在選擇合適的器件時需要考慮各種重要因素。音頻電容器專門針對高端音頻應用進行了優化,并且在音頻電路中提供比標準組件更高的性能。音頻電路中常用的電容器類型是鋁電解電容器薄膜電容器。這些設備在音頻放大器,音頻揚聲器電路,錄音機,CD播放器和低音吉他等樂器中很常見。

 

音頻電容

 

 

電容器的非被動性 


晶體管,集成電路和其他有源元件對音頻信號的質量有相當大的影響。這些組件使用來自電源的能量來改變信號的特性。與有源元件不同,理想的無源元件不會消耗功率,也不會改變信號。在電子電路中,實際的電阻器,電容器和電感器實際上表現得像有源元件,并且消耗功率。

由于這些寄生效應,它們可以顯著改變音頻信號,并且需要仔細選擇元件以防止顯著降級。對具有更好音質的音頻設備的不斷增長的需求一直在推動電容器制造商生產具有更好性能特性的組件。因此,今天用于音頻應用的電容器可提供更好的性能并產生更高質量的聲音。

音頻電路中電容器的寄生效應包括等效串聯電阻(ESR),等效串聯電感(ESL),塞貝克效應引起的串聯電壓源和介電吸收(DA)。典型的老化,工作條件的變化以及元件特定的特性增加了這些不需要的寄生元件的復雜性。

每個寄生元件都不同地影響電子電路的性能。首先,電阻效應會導致直流泄漏。在放大器,前置放大器和其他包含有源元件的電路中,這種泄漏會導致偏置電壓發生顯著變化。偏置電壓的變化會影響各種參數,包括品質因數(Q)。電容器處理紋波并允許高頻信號通過的能力取決于元件的ESR。

由于稱為塞貝克效應的現象,在兩種不同金屬連接的點處產生小電壓。由這些寄生熱電偶引起的小電池會顯著影響電路的性能。一些電介質材料是壓電材料,它們添加到電容器中的噪聲表現為元件內部的小電池。此外,電解電容器具有寄生二極管,可能導致偏置或信號特性的變化。

 

用于高端音頻系統的電容器 


在音頻電子電路中,無源元件用于定義增益,建立DC阻塞,抑制電源噪聲和提供偏置。 具有小占據面積的低成本組件通常用于便攜式音頻系統。

在ESR,ESL,介電吸收,漏電流,壓電特性,溫度系數,容差和電壓系數方面,實際電容器的特性與理想元件的特性不同。雖然在設計用于音頻路徑的電容器時考慮這些參數很重要,但對信號路徑影響最大的兩個是電壓系數和相反的壓電效應。

當施加電壓發生變化時,電容器和電阻器都表現出物理特性的變化。這種現象通常被稱為電壓系數,并且根據電容器的化學性質,結構和類型而變化。

當電容器被機械加載時,它們的一些晶體不對準并且表現出電荷。當離子電荷在晶體結構內移位時,會發生這種效應。當加載電容器時,電荷分布是不對稱的,導致極化。另一方面,當電容器處于空載狀態時,電荷分布均勻,并且所得的偶極矩為零。在逆壓電效應中,電場的變化導致機械變形。該變形隨著電信號幅度的增加而增加。

相反的壓電效應影響電容器的額定電氣值。 在音頻放大器中,組件電值的這種變化導致信號相關的增益變化。這種非線性效應會導致音頻失真。相反的壓電效應在較低頻率下引起相當大的音頻信號失真,并且它是II類陶瓷電容器中電壓系數的主要來源。

施加到電容器的電壓影響其性能特性。在II類陶瓷電容器的情況下,當施加增加的正DC電壓時,部件的電容減小。如果將高AC電壓施加到II類陶瓷電容器,則部件的電容以類似的方式減小。然而,當施加低AC電壓時,部件的電容趨于增加。 這些電容變化會顯著影響音頻信號的質量。

電容器的總諧波失真(THD)性能取決于元件的介電材料。 一些介電材料可以提供令人印象深刻的THD性能,而其他材料可以嚴重降低它聚酯電容器和電解電容器是一些提供最低THD的電容器。 在II類介電材料的情況下,X7R提供最佳的THD性能。

用于音頻設備的電容器通常根據其用途應用進行分類。 應用的三個領域是信號路徑,功能任務和電壓支持應用。確保在這三個區域中使用最佳電容有助于改善輸出音調并減少聲音失真。 聚丙烯電容器具有低損耗因數,適用于所有三個領域。

雖然音頻電路中使用的所有電容都會影響音質,但最大的影響來自信號路徑中的元件。 使用高品質音頻級電容有助于顯著降低音頻信號的劣化。 由于其出色的線性度,薄膜電容器通常用于音頻路徑中。 這些電容器是非極化的,非常適合頂級音頻設備。 通常用于構造用于信號路徑的音頻級薄膜電容器的電介質包括聚酯,聚丙烯,聚苯乙烯和聚苯硫醚。

用于前置放大器,數字-模擬轉換器,模數轉換器和類似應用的電容器統稱為功能任務電容器。雖然這些電容器不在信號路徑中,但它們會顯著降低音頻信號的質量。

用于音頻設備中的電壓支持應用的電容器對音頻信號的影響最小。盡管如此,在為高端設備選擇電壓支持電容時需要注意。 使用針對音頻應用進行了優化的組件有助于提高音頻電路的性能。

用于制造電容器的技術極大地決定了其特性。用于高端設備的電容器具有嚴格的公差,并且與具有寬公差的電容器相比更昂貴。此外,這些高質量的組件是可重復的。高端音頻系統需要高質量的音頻電容器。

電容器的性能很大程度上取決于它們如何焊接到電路板上。 焊接會在這些無源元件中產生應力,從而導致壓電電壓和/或表面貼裝元件開裂。焊接音頻級電容器時,必須使用正確的焊接順序,并遵循焊接配置建議。

 

音頻電容2

 

結論 


音頻電路的性能很大程度上取決于無源元件,如電容器和電阻器。實際電容器包含不需要的寄生元件,這些元件會嚴重扭曲音頻信號的特性。在信號路徑中使用的電容器極大地決定了音頻信號的質量。因此,需要仔細選擇電容器以最大限度地降低信號劣化。音頻級電容器經過優化,可滿足當今高端音頻系統的需求。塑料薄膜電容器用于高端系統的音頻電路中,適用于各種應用。在這種音頻系統中,音頻級電解電容器主要用于能量存儲/平滑應用。

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