Конденсаторы

Мы решили подробнее присмотреться к компонентам, из которых состоят наши Hi-Fi-аппараты, и сегодня поговорим о конденсаторах. В любом звуковом устройстве они присутствуют в большом количестве и выполняют множество различных функций -- например, сглаживание пульсаций в блоке питания и формирование частотной характеристики в фонокорректоре. Что же делает эти компоненты такими универсальными?

По существу, конденсатор хранит электрический заряд -- такую штуку, которая при перемещении создает электрический ток. Есть хорошая старая аналогия с водопроводной трубой: если электрический ток -- это поток воды, то заряд -- это неподвижная вода. В этом случае конденсатор можно представить как очень эластичную перегородку в трубе -- она не позволяет воде течь непрерывным потоком, но, приложив некоторое давление (напряжение), можно ее растянуть и поместить перед ней еще некоторое количество воды.

Если периодически менять направление потока воды, перегородка будет растягиваться то в одну, то в другую сторону, и вода будет вести себя так, как будто никакой перегородки не существует. То же самое происходит и с конденсаторами: они не позволяют протекать постоянному току, зато переменный они пропускают, и тем лучше, чем выше его частота. Собственно, это и все, на что способны конденсаторы, а различия в применении в значительной степени определяются широчайшим диапазоном возможной емкости -- от единиц пикофарад (одна триллионная часть фарады, основной единицы измерения) до сотен фарад. Конденсаторы маленькой емкости эффективно пропускают ток только очень высокой частоты, а большой -- даже сетевой частоты, поэтому их и применяют в качестве сглаживающих в блоках питания.

Для изготовления конденсатора нужны два проводника и изолятор. Применяются различные изоляционные (или "диэлектрические") материалы, от различных пластиков в маленьких конденсаторах до оксидных пленок в больших электролитических. Их наиболее известный побочный эффект выражается "коэффициентом потерь", который определяет потери мощности в компоненте. Он может варьироваться от 10% у электролитических конденсаторов до 0,02% у некоторых пленочных, и потерянная мощность просто преобразовывается в бесполезное тепло.
Это не всегда является проблемой, но может приводить к некоторым погрешностям при разработке, скажем, очень точных фильтров. Еще одно нежелательное явление -- диэлектрическая абсорбция, один из видов "эффекта памяти": после разрядки конденсатора напряжение на его выводах опять начинает плавно повышаться. Конденсаторы также обладают паразитной индуктивностью, не слишком большой, но достаточной для образования резонансного контура на частотах, иногда довольно близких к звуковому диапазону, что может привести к непредсказуемому поведению схемы, но, как правило, не к появлению нелинейных искажений.

Нелинейные искажения намного более заметны на слух, и вклад конденсаторов в звучание зависит не только от материала диэлектрика, но и от их конструкции. Причины не совсем очевидны, но существует некоторая связь и с коэффициентом потерь, и с диэлектрической абсорбцией.

Опубликованы результаты обширных тестов конденсаторов, показывающие наличие нелинейных искажений, хотя и незначительных. Вероятно, при тщательном учете паразитных эффектов их влияние можно свести к минимуму, но разработчикам, разумеется, проще использовать компоненты наивысшего качества.
 

Октябрь 2008 года.