Конденсаторы. Типы и их применение


Типы (серии) конденсаторов и примененные материалы

DISCLAIMER:
ВНИМАНИЕ. ТАБЛИЦА СОДЕРЖИТ МНОГО НЕ СОВСЕМ КОРРЕКТНЫХ СООТВЕТСТВИЙ, МЕСТАМИ СУБЪЕКТИВНА И ВООБЩЕ НЕВООЗМОЖНО СРАВНИВАТЬ МЕЛКОЕ С МЯГКИМ. ПОЭТОМУ ОНА - ТОЛЬКО ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНОГО ОЗНАКОМЛЕНИЯ.

Европейская кодировка и её соответствие в СССР

Таблица 1

Диэлектрик (расшифро-вку см. в табл.2)

Международ-ное обще-принятое обозначение

Тип диэлектрика (общепринятое сокращение)

Тип и материал обкладок

Обозна-чение серии выпуска СССР

   

1

KC или FKC

Поликарбонат (PC)

Фольга

К77-

   

2

KP или FKP

Полипропилен (PP)

Фольга

К78-

   

3

KS или FKS

Полистирол (PS)

Фольга

К70-

   

4

KT или FKT

Полиэстр (полиэтилентерефталат, PET и полиэтиленнафталат, PEN)

Фольга

К73-

   

5

KPS

Полифениленсульфид (PPS)

Фольга


   

6

KE или FKE


Фольга


   

7

KF или FKF


Фольга


   

8

TFT

Тефлон 
(политетрафторэтилен, PTFE)

Фольга

К72-

   

9

TFF

Полиэстр
(полиэтилентерефталат, PET и полиэтилен-
нафталат, PEN)

Фольга

К73-

   

10

TFM

Полиэстр
(полиэтилентерефталат, PET и полиэтилен-
нафталат, PEN)

Металлизиро-ванная пленка

К73-

   

11

MKC

Поликарбонат (PC)

Металлизиро-ванная пленка

К77-

   

12

MKL

Лакоплёнка (LF)

Металлизиро-ванная пленка

К75-

   

13

MKP

Полипропилен (PP)

Металлизиро-ванная пленка

К71-

   

14

MKS

Полиэстр
(полиэтилентерефталат, PET и полиэтилен-
нафталат, PEN)

Металлизиро-ванная пленка

К73-17

   

15

MKS*

Полистирол (PS)

Металлизиро-ванная пленка

К71-

   

16

MKT

Полиэстр
(полиэтилентерефталат PET и полиэтилен-
нафталат PEN)

Металлизиро-ванная пленка

К73-

   

17

MKV, MKK*

Полипропилен в масле (PP)

Металлизиро-ванная пленка


   

18

MKY

Полистирол (PS)

Металлизиро-ванная пленка

К71-

   

19

MKI

Ритон (полифениленсульфид PPS)

Металлизиро-ванная пленка


   

20

MPS

Полифениленсульфид PPS

Металлизиро-ванная пленка


   

21


Каптон (полиимид PI)



   

22

MP

Бумага в масле (P)

Фольга

К40У

   

23

Mica

Слюда

Фольга

К31-

   

24

Silver Mica

Слюда

Серебряная фольга

ССГ СГМ

   

Дальнейшие исмышления и сравнения составлены на основе как объективных характеристик (тангенс угла потерь, поляризация диэлектрика, частотные свойства), так и степени субъективного влияния на звук. 

Следует также заметить, что продукция производства СССР, хотя и заявлялась из приличных материалов, но в сравнении результаты давала в диапазоне от "похуже" до "отвратительно", а уж о массогабаритных и эстетических показателях и говорить не стОит. Отдельным словом хотелось бы помянуть серию К73-. Вроде бы плёнка, но о качественном звуке можно будет забыть. К сожалению, запасы хлама стремительно пополняют китайцы: от достаточно именитых JB Capacitors (Тайвань) до никому не известных внутренних желтых брендов.

По типу диэлектрика

Здесь и далее в списках все приведено убыванию предпочтительности. 
  1. Ваккум*;
  2. Инертный газ*;
  3. Воздух*;
  4. Слюда (Mica, Silver Mica);
  5. Cтекло**;
  6. Масло без бумаги**;
  7. Стирофлекс или полистирен (KS)**;
  8. Полистирол (PS)**;
  9. Фторопласт или тефлон (TFF);
  10. Полипропилен;
  11. Поликарбонат;
  12. Лавсан или полиэтилентерефталат или полиэстер;
  13. Всякая другая лакопленка;
  14. Бумага/масло;
  15. Бумага
Примечания:
1) * - промышленного изготовления стоят запредельных денег. Реально существуют в природе (подходят по размерам, доступны, или доступны при очень большем желании) только п.п.4 и 9-14. 
2) ** - сняты с производства настолько давно, что, несмотря на выдающиеся в некоторых смыслах параметры, практически не добываемы новыми, но их успешно можно выковырять с разбора, в те времена в них дефицита не было.
3) Керамика, как очень проблемный диэлектрик, а зачастую и пьезоэлемент, здесь вообще не рассматривается.

По материалу обкладок

  1. Серебро
  2. Фольга медная
  3. Фольга оловянная
  4. Фольга алюминиевая
  5. Металлизация (как правило, алюминиевая)

По конструкции

В основном речь идет о пленочных конденсаторах.
  1. Пластинчатые (обычно в виде прямоугольников). Главный плюс в них - отсутствие паразитных резонансов и в целом более аккуратная и однородная структура, что зачастую отражается на звуке - он менее размазан и дефекты более локализованы;
  2. Рулонные (в виде цилиндров и неопределенной формы заливки); основная их проблема - повышенная индуктивность, а основной плюс - низкая цена.
Особняком стоят аксиально рулонные стирольные (styroflex, polystyrene) Philips KS-424/429/431, снятые с производства ещё 40 лет назад, но до сих пор продающиеся на аукционах. Они очень капризные, боятся перегрева, но более шикарных конденсаторов в цепи коррекции человечество ещё не изобрело.

Другие влияющие факторы

На звучание конденсатора очень сильно влияет ... компаунд. "Раздетые" изначально фирменные конденсаторы (пример: EPCOS) явно лучше звучат из "одетых" сородичей из того же материала. 

Конденсаторы "в звуке"

Далее в тексте наличиствует большое количество ссылок на страницы производителей либо непосредственно на даташиты рассматриваемых серий. 
Это сделано для удобства, так как я и сам пользуюсь этой страницей как справочником по сериям и параметрам.

Оксидно-алюминиевые, или электролитические

Следует сразу уточнить, что те конденсаторы, что хорошо работают в цифре, импульсных цепях и на ВЧ - имеют очень низкий ESR; но и, как правило, при этом жутко нелинейны, и в аналоговые (чувствительные к нелинейностям) цепи категорически не годятся. И наоборот.

Пригодные для аналоговых сигнальных цепей и аналоговых цепей питания:

  1. Уже давно не выпускаемые Rubycon аудиолинейки Black Gate (Япония). Легенда и икона аудиофила. Очень дорого было даже тогда. Действительно, выдающиеся характеристики по отсутствию вносимых искажений, в первую очередь, по минимальной ионной проводимости. Теоретически, их можно ещё встретить, но с вероятностью встретить на улице динозавра; а то, что продаётся - 99% палево и ни разу не оригинал, что бы там не утверждали;
  2. Звуковые серии ELNA Silmic II (RFC) (Германия) - прекрасный выбор. Почему Silmic - потому что в качестве сепаратора выбран Silk fiber, натуральный шёлк, что в сочетании с высоким качеством других компонентов этих конденсаторов придаёт конденсаторам интересное и бархатистое звучание. Короче, красят, ой красят, но - красиво.
  3. ELNA Сerafine (ROA) (Германия) - они внешне очень, ну очень красивые! Почема Cerafine - от слов Ceramic и Fine, они имеют в виде диэлектрического наполнителя тонкодисперсный керамический порошок. Немного древнее Silmic, но применение немного разное; 
  4. Nichicon (Япония) линейки MUSE в сигнал: FW, FG, KZ; менее известные KW, миниатюрные SW и MW, чип-версия UQ; неполярные ES и их версия для акустических систем DB и DB.GB;
  5. Nichicon в питание, особенно в смешанные цепи (аналог+цифра) - также хорош современный PW. Но лучший выбор из Nichicon питание в звук - всё равно в ключевые места KZ или в менее ответственные узлы FG;
  6. Для выпрямителей мощных УНЧ из Nichicon используют серии KG  Large Can трех типов - от простого Type I до highest tone quality grade Type III. и низкопрофильный вариант KG - серию KS;
  7. Индустриальные серии Panasonic (концерн Мацушита, Япония) - серия FC (for Audio), FM (Low ESR) и актуальные сейчас FR более доступны, чем ELNA и сравнимы с Nichicon. General Purpose серия NHG - только в выпрямители и в неответственные цепи с низким ресурсом;
  8. EVOX RIFA (Швеция), а теперь уже KEMET (США) серии PEH200, прекрасные кондеры с винтовыми разъемами в цепи питания усилителей большой мощности;
  9. Обычные серии General Purpose “брендовых” ELNA, Panasonic, Rubycon, Nichicon, United (ex. Nippon) Chemi Con, Hitachi, Epcos, Hitano; 
  10. Авангард корейцев-китайцев: Samwha (не путать с Samhwa!), Jamicon (некоторые серии!), Samsung, Chang, Cheng...
  11. ....и прочая шняга.
Линейка Rubycon ZLZLH, и другие представители топовых импульсных кондеров ZL-серии, к сожалению, в звук и около категорически неприменимы, так как имеют ядовитый, резкий, кричащий характер.

Линейка продукции Nichicon for Audio


Линейка продукции Panasonic Industrial 



Все серии Nichicon и описание технологии Nichiconвсе серии Rubycon; все серии ELNA ; Panasonic Product Catalog 2017 и каталог Panasonic SMD Aluminium Capacitors

Конденсаторы в “цифре”

Сразу оговорюсь, что в целом производство промышленных конденсаторов дрейфует в сторону уменьшения импеданса в ущерб линейности и низкой адсорбции заряда. И это поняно, основное применение сместилось в сторону импульсных схем.
Рассмотрим требования к конденсаторам "в цифре". Особенности применяемости конденсаторов здесь заключается в необходимости "удушения" широчайшего спектра от источников широкополосных цифровых помех. 

Одним кондёром среднего качества на источник помех (например, цифровую микросхему) здесь часто не обойтись, и тогда, как можно ближе к ножкам источника помех, ставят керамический высокочастотный конденсатор (иногда - несколько разных, например 4,7 мкФ X5R + 0,1 мкФ X7R + 1000 пФ NPO (C0G), а затем по цепи питания - ферритовую бусину, т.н. ferrite bead, сокращённо FB - и затем электролит, часто уже один на локальную группу микросхем.
Обычные индуктивности для подавления ЭМП использовать не рекомендуется, при неправильном выборе они и сами излучают и ловят наводки да ещё имеют паразитную емкость и из-за этого на ВЧ не эффективны.

Основные компромиссы здесь выглядят так:
  • Оксидно-алюминиевые, или электролитические конденсаторы - невысокая верхняя рабочая частота, большое внутреннее эквивалентное сопротивление, но большая накопленная емкость. Применение - буферы питания;
  • Танталовые и ниобиевые конденсаторы - очень низкое внутреннее эквивалентное сопротивление, более широкая полоса, но огромная нелинейность и значительная адсорбция заряда, не позволяющая их применение в измерительных цепях категорически. Применение - локальные буферы и шунты;
  • Керамические многослойные конденсаторы: очень широкая полоса частот (лучшее значение), миниатюрные, но невысокие рабочие токи, значительные искажения и уход параметров от внешних температурных воздействий, поляризующего напряжения, что вызывает дополнительные искажения. Применение - конечные узловые точки и шунты питания у чипов, особенно рекомнедуются чип-кондеры. Подробнее о типах керамики - ниже;
  • пленочные конденсаторы: полоса уже, чем у керамики, но лучше, чем у электролитов; гораздо больше габариты, но крайне низкие искажения и уход параметров. Их место - во времязадающих и точных измерительных цепях.

Алюминиевые конденсаторы Low ESR в цифровых цепях питания

Электролиты - те, что хорошо работают в цифре, импульсных цепях и на ВЧ - имеют очень низкий ESR; но, как правило, при этом жутко нелинейны, и в аналог не годятся.

  1. Полимерорганические с твердым диэлектриком; самые яркие представители - Sanyo OS-CON (теперь - Matsusita Panasonic Industrial) узнаваемого фиолетового цвета, рабочая частота - до десятков MГц; НО! но они очень низковольтные;
  2. Танталовые и ниобиевые: самый известный и применяемый представитель - AVX и пр. полупроводниковые - до единиц MГц;
  3. Брендовые оксидно-алюминиевые Low-ESR серий: Nichicon PWKX Large Can, Rubycon линейки ZLZLH - до нескольких сотен кГц с хорошим рабочим током;
  4. Весь остальной хлам с надписью "Low-ESR" - в лучшем случае десятки, до сотни кГц.

Линейка Rubycon группы серий ZL 

Конденсаторы Rubycon серии ZL (ZLH, ZLJ, ZLK, ZLG) для цепей питания - исключительно качественные изделия с высочайшими параметрами и очень широким диапазоном рабочих частот. Максимальный ток пульсаций при аналогичных габаритах выще в 2-3 раза, чем у, например, Nichicon серии PW и просто несравним с рядовыми сериями for general purpose. 
Сертифицированы на рабочую частоту 100 кГц, что делает их хорошим выбором для высококачественных импульсных источников питания и ШИМ усилителей.
К сожалению, имеют высокие нелинейные искажения и поэтому не рекомендуются для применения в питании линейных усилителей сигнала звукового диапазона, особенно классов А и АВ1.

Керамика

Правило: SMD исполнение всегда предпочтительнее, так как отсутствует паразитная индуктивность выводов.

Гнаться за большими номиналами не следует, для 100 миллиампер потребляемого каскадом тока достаточно 47 мкф электролита (больше - хуже по частотным свойствам), 0.1 мкФ керамики X7R и для полного счастья 1000 pF NPO впараллель. Можно ставить по 1000 мкФ, а потом с осциллом долго удивляться, почему помехи по питанию не уменьшаются, а растут.

Керамика является одним из самых высокочастотных типов конденсаторов, не считая слюды (она лучше, но здоровенная и дорогая), пьезорезонасные свойства здесь не играют роли.
  1. NPO (или по-другому - СOG), самая высокочастотная; номиналы обычно от 0,1  до 1000 пикофарад, редко до 10 000 пикофарад (0,01 микрофарад), а вот полоса - вплоть до ГГц. Однослойная NPO / COG (самых малых номиналов) не имеет пьезоэффектов и нелинейной зависимости емкости от температуры и частоты;
  2. X7R (и чуть менее температурная X5R) - от 0,001 до 100 микрофарад, полоса до десятков MГц;
  3. Y5V - cамая говёная серия диэлектриков. Не рекомендуется никуда и никогда, ёмкость нестабильна и резко уменьшается как от температуры, так и от приложенного напряжения. Например, у конденсатора 0,22 uF 50 V тип Y5V при температуре +50 °С и приложенном напряжении 25 В емкость падает в 50 (!!!) раз.
Производитель керамических конденсаторов особой роли не играет. Вполне прилична керамика даже у китайцев. Хотим, чтоб совсем хорошо было, берем Murata и EPCOS.

Стоит все вышеперечисленное практически копейки, "совок" не рассматриваем. Совок не ставим никуда (если не хотите, как было межпланетными исследовательскими зондами Фобос-1 и Фобос-2).

Конденсаторы в шунты по питанию

По сериям и брендам

Важная задача, которой уделяют мало внимания. Как уже говорилось, "банки" большой ёмкости неэффективны на частотах выше пары килогерц, их задача - выравнивание пульсаций выпрямителя на частоте 100 (в Америке и Японии - 120) Гц. То есть, для того, чтобы цепь по переменному току, то есть ЗВУКОВАЯ цепь, замкнулась, требуется шунтирующий конденсатор в цепи питания, который может хорошо работать во всём, в ПОЛНОМ ЗВУКОВОМ диапазоне. Рассмотрим примеры:
  1. Легенда, надёжа и опора - высококачественные немецкие пленочные конденсаторы WIMA очень широкого ассортимента;
  2. Не менее интересные конденсаторы EPCOS (теперь EPCOS принадлежат TDK)  Metallized Polyester Capacitors (MKT) и Metallized Polypropylene Capacitors (MKP/MFP), особенно блокирующие конденсаторы Radial Boxed Polyester B32520 - B32529 и  Radial Uncoated Polyester B32560 - B32564 by TDK / EPCOS, особенно интересны их нейтральным звучанием;
  3. Высокотоковые полипропиленовые металлизированные RIFA серии PHE426 (теперь RIFA принадлежит KEMET), прекрасно себя показавшие в мощных УМЗЧ;

По типу диэлектрика

Следует заметит, что сама WIMA рекомендует применять в зауковых цепях только полипропиленовые (PP, в терминологии WIMA - xKP) конденсаторы серий:
  • Polypropylene Film and Foil Types FKP (фольговые) FKP02, FKP-2, FKP-3, FKP-4, FKP-1, snubber FKP;
  • Metallized Polypropylene Types MKP (металлизированная плёнка) MKP-2, MKP-4, MKP-10, MKP-X2, MKP-X2-R, MKP-Y2, DC-LINK MKP xx).
Причем, фольговые, етественно, лучше. Но они и габаритами больше. 
Лавсановые (PET, PEN и т.п.) конденсаторы применять в звуковых цепях нежелательно в силу сильной окраски звучания из за высокой диэлектрической адсорбции этих материалов.

О выборе рабочего напряжения конденсатора

Электролитические конденсаторы

Пиковое напряжение в схеме не должно превышать номинал применяемого электролитического конденсатора более, чем на 2/3. Для ответственных приборов или расчитанных на длительный срок эксплуатации рекомендуется троекратный запас по нарряжению. То есть: имеем питание 5 В, выбираем требуемый номинал с рабочим напряжением на 10 или 16 В. 
Исключение - тантал, здесь запас обязательно должен быть двухкратный. 
Следует иметь ввиду, что конденсаторы для аудио применений, как правило, более объёмные, они могут оказаться на 30-50% большего диаметра и на 20-50% выше, что следует учесть при проектировании печатной платы. 
Для правильной оценки выбирайте габатиры, ориентируясь на серию Nichicon KZ.
Замечено, что в большинстве случаев параметры алюминиевых конденсаторов улучшаются с ростом номинального напряжения. Наилучшие же параметры у конденсаторов с номинальным напряжением 80 ... 100 В.

Керамика и пленка

То же и в случае с керамикой и пленкой. Ни в коем случае не рекомендуется превышать рабочее напряжение во избежание пробоя. К тому же от поляризующего напряжения у керамики основательно плывут параметры, в том числе  ёмкость.
Чем больше номинал напряжения - тем лучше параметры, правда хуже габариты.
Правда, керамические высоковольтные конденсаторы в звуке просто отвратительны.

Ссылки

  1. Прототип этой статьи на форуме IXBT: http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=47:1844-75 (в конце). Но от неё мало что осталось.
  2. Конденсаторы ELNA Silmic II в Audiomania (в звуковые цепи, бархатный звук)
  3. Конденсаторы ELNA Cerafine в Audiomania (в звуковые цепи, шелковый звук)
  4. Конденсаторы Nichicon KZ в Audiomania (в звуковые цепи, High Grade)
  5. Конденсаторы Nichicon FG в Audiomania (в звуковые цепи, Premium Grade)
  6. Конденсаторы Nichicon FW в Audiomania (в аналоговое питание)
  7. Конденсаторы Nichicon PW в Audiomania (в импульсное и силовое питание)
  8. Конденсаторы Mundorf M-Cap в Audiomania (входные и межкаскадные цепи)
  9. Конденсаторы Silver Mica в Audiomania (входные цепи)
  10. Конденсаторы Audiocore S-Line в Audiomania (недорогие в кроссоверы)
real time web analytics
Comments