Всякие неэлектролиты
| страница | 2 | 3 | 4 |
| Начинают появляться продолжения. Кроме того, по причине "вновь открывшихся обстоятельств", я буду дополнять что-нибудь и по тексту. Для того, чтобы было проще найти это новое, самый новый текст будет такого вот цвета. | |
| Дополнение № 1 | 23.01.2008 |
| Дополнение № 2 (последнее на этой странице) | 18.02.2008 |
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!!! 
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).
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-6, 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...
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.
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...
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.
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!...