音频电容器的技术和应用

chenlin · 发表于 2019-2-1 14:31:28

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音频电容器的技术和应用

电容器是音频电路中必不可少的组件，它们具有各种额定电压，形状和形状因数。音频信号的完整性很大程度上取决于电容器的选择，因此在选择合适的器件时需要考虑各种重要因素。音频电容器专门针对高端音频应用进行了优化，并且在音频电路中提供比标准组件更高的性能。音频电路中常用的电容器类型是铝电解电容器和薄膜电容器。这些设备在音频放大器，音频扬声器电路，录音机，CD播放器和低音吉他等乐器中很常见。

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电容器的非被动性

晶体管，集成电路和其他有源元件对音频信号的质量有相当大的影响。这些组件使用来自电源的能量来改变信号的特性。与有源元件不同，理想的无源元件不会消耗功率，也不会改变信号。在电子电路中，实际的电阻器，电容器和电感器实际上表现得像有源元件，并且消耗功率。

由于这些寄生效应，它们可以显着改变音频信号，并且需要仔细选择元件以防止显着降级。对具有更好音质的音频设备的不断增长的需求一直在推动电容器制造商生产具有更好性能特性的组件。因此，今天用于音频应用的电容器可提供更好的性能并产生更高质量的声音。

音频电路中电容器的寄生效应包括等效串联电阻（ESR），等效串联电感（ESL），塞贝克效应引起的串联电压源和介电吸收（DA）。典型的老化，工作条件的变化以及元件特定的特性增加了这些不需要的寄生元件的复杂性。

每个寄生元件都不同地影响电子电路的性能。首先，电阻效应会导致直流泄漏。在放大器，前置放大器和其他包含有源元件的电路中，这种泄漏会导致偏置电压发生显着变化。偏置电压的变化会影响各种参数，包括品质因数（Q）。电容器处理纹波并允许高频信号通过的能力取决于元件的ESR。

由于称为塞贝克效应的现象，在两种不同金属连接的点处产生小电压。由这些寄生热电偶引起的小电池会显着影响电路的性能。一些电介质材料是压电材料，它们添加到电容器中的噪声表现为元件内部的小电池。此外，电解电容器具有寄生二极管，可能导致偏置或信号特性的变化。

用于高端音频系统的电容器

在音频电子电路中，无源元件用于定义增益，建立DC阻塞，抑制电源噪声和提供偏置。具有小占据面积的低成本组件通常用于便携式音频系统。

在ESR，ESL，介电吸收，漏电流，压电特性，温度系数，容差和电压系数方面，实际电容器的特性与理想元件的特性不同。虽然在设计用于音频路径的电容器时考虑这些参数很重要，但对信号路径影响最大的两个是电压系数和相反的压电效应。

当施加电压发生变化时，电容器和电阻器都表现出物理特性的变化。这种现象通常被称为电压系数，并且根据电容器的化学性质，结构和类型而变化。

当电容器被机械加载时，它们的一些晶体不对准并且表现出电荷。当离子电荷在晶体结构内移位时，会发生这种效应。当加载电容器时，电荷分布是不对称的，导致极化。另一方面，当电容器处于空载状态时，电荷分布均匀，并且所得的偶极矩为零。在逆压电效应中，电场的变化导致机械变形。该变形随着电信号幅度的增加而增加。

相反的压电效应影响电容器的额定电气值。在音频放大器中，组件电值的这种变化导致信号相关的增益变化。这种非线性效应会导致音频失真。相反的压电效应在较低频率下引起相当大的音频信号失真，并且它是II类陶瓷电容器中电压系数的主要来源。

施加到电容器的电压影响其性能特性。在II类陶瓷电容器的情况下，当施加增加的正DC电压时，部件的电容减小。如果将高AC电压施加到II类陶瓷电容器，则部件的电容以类似的方式减小。然而，当施加低AC电压时，部件的电容趋于增加。这些电容变化会显着影响音频信号的质量。

电容器的总谐波失真（THD）性能取决于元件的介电材料。一些介电材料可以提供令人印象深刻的THD性能，而其他材料可以严重降低它聚酯电容器和电解电容器是一些提供最低THD的电容器。在II类介电材料的情况下，X7R提供最佳的THD性能。

用于音频设备的电容器通常根据其用途应用进行分类。应用的三个领域是信号路径，功能任务和电压支持应用。确保在这三个区域中使用最佳电容有助于改善输出音调并减少声音失真。聚丙烯电容器具有低损耗因数，适用于所有三个领域。

虽然音频电路中使用的所有电容都会影响音质，但最大的影响来自信号路径中的元件。使用高品质音频级电容有助于显着降低音频信号的劣化。由于其出色的线性度，薄膜电容器通常用于音频路径中。这些电容器是非极化的，非常适合顶级音频设备。通常用于构造用于信号路径的音频级薄膜电容器的电介质包括聚酯，聚丙烯，聚苯乙烯和聚苯硫醚。

用于前置放大器，数字-模拟转换器，模数转换器和类似应用的电容器统称为功能任务电容器。虽然这些电容器不在信号路径中，但它们会显着降低音频信号的质量。

用于音频设备中的电压支持应用的电容器对音频信号的影响最小。尽管如此，在为高端设备选择电压支持电容时需要注意。使用针对音频应用进行了优化的组件有助于提高音频电路的性能。

用于制造电容器的技术极大地决定了其特性。用于高端设备的电容器具有严格的公差，并且与具有宽公差的电容器相比更昂贵。此外，这些高质量的组件是可重复的。高端音频系统需要高质量的音频电容器。

电容器的性能很大程度上取决于它们如何焊接到电路板上。焊接会在这些无源元件中产生应力，从而导致压电电压和/或表面贴装元件开裂。焊接音频级电容器时，必须使用正确的焊接顺序，并遵循焊接配置建议。

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结论

音频电路的性能很大程度上取决于无源元件，如电容器和电阻器。实际电容器包含不需要的寄生元件，这些元件会严重扭曲音频信号的特性。在信号路径中使用的电容器极大地决定了音频信号的质量。因此，需要仔细选择电容器以最大限度地降低信号劣化。音频级电容器经过优化，可满足当今高端音频系统的需求。塑料薄膜电容器用于高端系统的音频电路中，适用于各种应用。在这种音频系统中，音频级电解电容器主要用于能量存储/平滑应用。

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