Esr конденсатора что это за параметр и почему
ESR конденсатора, что это за параметр и почему он так важен для конденсатора
Реальные параметры конденсатора
Высокое значение ESR, чем оно вредно для аппаратуры
Электролитические конденсаторы и ESR
ESR табличные параметры
Реальные параметры конденсатора
В нашем мире нет ничего идеального и даже, казалось бы, в простейшем конденсаторе, кроме параметра – емкость, есть еще ряд других параметров, которые просто необходимо учитывать. Давайте рассмотрим, из чего состоит реальный конденсатор.
10 тыс. дочитываний
15 тыс. просмотров. Уникальные посетители страницы.
10 тыс. дочитываний, 63%. Пользователи, дочитавшие до конца.
5,5 мин. Среднее время дочитывания публикации.
ESR конденсатора, что это за параметр и почему он так важен для конденсатора
Реальные параметры конденсатора
Высокое значение ESR, чем оно вредно для аппаратуры
Электролитические конденсаторы и ESR
ESR табличные параметры
Реальные параметры конденсатора
В нашем мире нет ничего идеального и даже, казалось бы, в простейшем конденсаторе, кроме параметра – емкость, есть еще ряд других параметров, которые просто необходимо учитывать. Давайте рассмотрим, из чего состоит реальный конденсатор.
Итак, теперь давайте расшифруем, что же означают все эти элементы:
— R – сопротивление самого диэлектрика и корпуса между обкладками конденсатора.
— С – непосредственно сама емкость рассматриваемого конденсатора.
— ESR – эквивалентное последовательное сопротивление.
— ESI (более распространенное название ESL) – эквивалентная последовательная индуктивность.
Вот из таких элементов и состоит вроде бы простой электролитический конденсатор.
Теперь давайте рассмотрим каждый из элементов более пристально.
Сопротивление диэлектрика (R)
В роли диэлектрика может выступать сам электролит в электролитических конденсаторах, либо любой другой вариант. Также корпус обладает определенным сопротивлением и тоже произведен из диэлектрического материала.
Емкость конденсатора (С)
Величина аккумулируемого заряда указана на самом корпусе изделия, реальная емкость может несколько отличаться от той, что записана.
Последовательная индуктивность ESI (ESL)
Собственная индуктивность обкладок и выводов. В схемах с низкой частотой этим параметром можно просто напросто пренебречь.
И данная величина высчитывается по такой формуле:
Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора
Что такое ESR (ЭПС)?
Мы уже привыкли к основным параметрам конденсатора: ёмкости и рабочему напряжению. Но в последнее время не менее важным параметром стало его эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). Что же это такое и на что оно влияет?
Так как ЭПС наиболее сильно влияет на работу алюминиевых электролитических конденсаторов, то в дальнейшем речь пойдёт именно о них. Сейчас мы разберём электролитический конденсатор по косточкам и узнаем, какие же тайны он скрывает.
Любой электронный компонент не идеален. Это относится и к конденсатору. Совокупность его свойств показывает условная схема.
Как видим, реальный конденсатор состоит из ёмкости C, которую мы привыкли видеть на схемах в виде двух вертикальных полос. Далее резистор Rs, который символизирует активное сопротивление проволочных выводов, электролита и контактного сопротивления вывод – обкладка. На фото видно, как проволочные выводы крепятся к обкладкам методом заклёпочного соединения.
Так как любой, даже очень хороший диэлектрик имеет определённое сопротивление (до сотен мегаом), то параллельно обкладкам изображается резистор Rp. Именно через этот «виртуальный» резистор течёт так называемый ток утечки. Естественно, никаких резисторов внутри конденсатора нет. Это лишь для наглядности и удобного представления.
Из-за того, что обкладки у электролитического конденсатора скручиваются и устанавливаются в алюминиевый корпус, образуется индуктивность L.
Свои свойства эта индуктивность проявляет лишь на частотах выше резонансной частоты конденсатора. Приблизительное значение этой индуктивности – десятки наногенри.
Итак, из всего этого выделим то, что входит в ЭПС электролитического конденсатора:
Сопротивление электролита. Вносит основную долю в величину ЭПС. Увеличивается из-за испарения растворителя и изменения химического состава электролита вследствие взаимодействия его с металлическими обкладками. Идеальная формула электролита пока не найдена, поэтому до сих пор аппаратуру выкашивает «конденсаторная чума» (англ. «Capacitor plague»);
Сопротивление, которое вызвано потерями в диэлектрике из-за его неоднородности, примесей и наличия влаги;
Омическое сопротивление проволочных выводов и обкладок. Активное сопротивление проводов;
Контактное сопротивление между обкладками и выводами.
Все эти факторы суммируются и образуют сопротивление конденсатора, которое и назвали эквивалентным последовательным сопротивлением – сокращённо ЭПС, а на зарубежный манер ESR (Equivalent Serial Resistance).
Как известно, электролитический конденсатор в силу своего устройства может работать только в цепях постоянного и пульсирующего тока из-за своей полярности. Собственно, его и применяют в блоках питания для фильтрации пульсаций после выпрямителя. Запомним эту особенность конденсатора – пропускать импульсы тока.
А если ESR – это, по сути, сопротивление, то на нём при протекании импульсов тока будет выделятся тепло. Вспомните о мощности резистора. Таким образом, чем больше ЭПС – тем сильнее будет греться конденсатор.
Нагрев электролитического конденсатора – это очень плохо. Из-за нагрева электролит начинает закипать и испаряться, конденсатор вздувается. Наверное, уже замечали на электролитических конденсаторах защитную насечку на верхней части корпуса.
При длительной работе конденсатора и повышенной температуре внутри его электролит начинает испаряться, и давить на эту насечку. Со временем давление внутри возрастает настолько, что насечка разрывается, высвобождая газ наружу.
На практике бывает и наоборот – давление выталкивает изолятор со стороны выводов. Далее на фото показан конденсатор, который высох. Ёмкость его снизилась до 106 мкФ, а ESR при измерении составило 2,8Ω, тогда как нормальное значение ESR для нового конденсатора с такой же ёмкостью лежит в пределах 0,08 – 0,1Ω.
Наличие ЭПС в реальном электролитическом конденсаторе влияет на его работу в высокочастотных схемах. И если для обычных конденсаторов это влияние не столь выражено, то вот для электролитических конденсаторов оно играет весьма важную роль. Особенно это касается их работы в цепях с высоким уровнем пульсаций, когда протекает существенный ток, и за счёт ESR выделяется тепло.
Это материнская плата персонального компьютера, который перестал включаться. Как видим, на печатной плате рядом с радиатором процессора расположено четыре вздувшихся электролитических конденсатора. Длительная работа при повышенной температуре (внешний нагрев от радиатора) и приличный срок эксплуатации привёл к тому, что конденсаторы «хлопнули». Виной тому – нагрев и ESR. Плохое охлаждение отрицательно сказывается не только на работе процессоров и микросхем, но, как оказывается, и на электролитических конденсаторах!
Снижение температуры окружающей среды на 10°C продлевает срок службы электролитического конденсатора почти вдвое.
Аналогичная картина наблюдается в отказавших блоках питания ПК – электролитические конденсаторы также вздуваются, что приводит к просадке и пульсациям напряжения питания.
Нередко из-за длительной работы импульсные блоки питания точек доступа, роутеров Wi-Fi, всевозможных модемов также выходят из строя по причине «хлопнувших» или потерявших ёмкость конденсаторов. Не будем забывать, что при нагреве электролит высыхает, а это приводит к снижению ёмкости. Пример из практики я описывал здесь.
Из всего сказанного следует, что электролитические конденсаторы, работающие в высокочастотных импульсных схемах (блоки питания, инверторы, преобразователи, импульсные стабилизаторы) работают в довольно экстремальных условиях и выходят из строя чаще. Зная это производители выпускают специальные серии конденсаторов с низким ESR и низким импедансом. На таких конденсаторах, как правило, присутствует надпись Low ESR или Low Impedance (Low Imp). Что, соответственно, означает, – низкое ЭПС, низкий импеданс. Также существуют серии с ультранизким ЭПС и ультранизким импедансом (Ultra Low ESR, Ultra Low Impedance).
Известно, что конденсатор обладает ёмкостным или реактивным сопротивлением, которое снижается с ростом частоты переменного тока.
Таким образом, с ростом частоты переменного тока, реактивное сопротивление конденсатора будет падать, но только до тех пор, пока оно не приблизится к величине эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Его то и необходимо измерить. Поэтому многие приборы – измерители ESR (ESR-метры) измеряют ЭПС на частотах в несколько десятков – сотен килогерц. Это необходимо для того, чтобы «убрать» величину реактивного сопротивления из результатов измерения.
Стоит отметить, что на величину ESR конденсатора влияет не только частота пульсаций тока, но и напряжение на обкладках, температура окружающей среды, качество изготовления. Поэтому однозначно сказать, что ESR конденсатора, например, равно 3 омам, нельзя. На разной рабочей частоте величина ESR будет разной.
ESR-метр
При проверке конденсаторов, особенно электролитических, стоит обращать внимание на величину ESR. Для тестирования конденсаторов и измерения ESR существует немало серийно выпускаемых приборов. На фото универсальный тестер радиокомпонентов (LCR-T4 Tester) функционал которого поддерживает замер ESR конденсаторов.
В радиотехнических журналах можно встретить описания самодельных приборов и приставок к мультиметрам для измерения ESR. В продаже можно найти и узкоспециализированные ESR-метры, которые способны измерять ёмкость и ЭПС без выпайки конденсаторов из платы, а также разряжать их перед этим с целью защиты прибора от повреждения высоким остаточным напряжением. К таким приборам относятся, например, такие как ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.
При ремонте электроники приходится часто менять электролитические конденсаторы. При этом для оценки их качества измеряются такие параметры, как ёмкость и ESR. Чтобы было с чем сравнивать, была составлена таблица ESR, в которой указано ЭПС новых электролитических конденсаторов разных ёмкостей. Данную таблицу можно использовать для оценки пригодности того или иного конденсатора для дальнейшей службы. Но, с одной оговоркой.
Не стоит забывать о том, что «эталонные» данные по величине ESR приводятся в даташитах на конкретную серию конденсаторов. Так что, иногда лучше свериться с информацией, полученной «из первых рук». Здесь лишь следует учесть то, что производители для замера ESR могут использовать иное оборудование, чем вы, и, поэтому, итоговые показания всё равно будут отличаться, пусть, и незначительно.
Учимся ремонтировать кинескопные, LED и ЖК телевизоры вместе.
Электролитический конденсатор. Параметр ESR и его измерение.
02.12.2015 Lega95 2 Комментариев
Во первых, им очень удобно проверять электролитические конденсаторы. Для этой цели я его и покупал. У каждого конденсатора есть два параметра, которые отвечают за его работу. Первый параметр это емкость. Это те самые микрофарады которые и обозначается на корпусе конденсатора. Емкость легко измерять любым мультиметром который поддерживает эту функцию.
Сначала я думал, что это единственный параметр который мне нужно знать в конденсаторе, чтобы определить его исправность, но не тут то было. Ремонтируя один монитор, я никак не мог довести до ума источник питания. Блок выдавал заниженные напряжения, как ни крути. Проверяя конденсаторы, я мерил их емкость, которая была в пределах нормы. В один момент, плюнув на все это дело, я выпаял все конденсаторы, и заменил их на новые, после чего монитор запустился. Моему удивлению не было предела. Я решил найти причину, и поочередно начал впаивать старые конденсаторы, пока не нашел один 470 мкф на 50в, впаивая который, монитор переставал работать. Тестер показывал что конденсатор исправен, но на практике оказалось, что это не так. После этого я начал изучать все о конденсаторах, и открыл для себя такой параметр как ESR.
ESR — Equivalent Series Resistance – параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока. Это можно представить как подключенный последовательно конденсатору резистор. Чем меньше ом потери тока, тем лучшего качества конденсатор. Скажу сразу, параметр ESR очень актуален для электролитических конденсаторов емкостью свыше 4,7 мкф. У нового электролитического конденсатора 1мкф ESR может быть и 5 Ом. Для конденсаторов меньшего номинала это не столь важно, по крайней мере в моей практике это так.
На картинке ниже, показан пример измерения конденсатора номиналов 1000мкф на 10в.
Это сильно подсаженный конденсатор, где ESR уже 17 Ом. Очень часто бывает так, что емкость еще 950 мкф, а ESR уже 10 Ом. Такой конденсатор однозначно под замену.
Еще один пример севшего конденсатора. Это конденсатор 220 мкф на 35в. Номинал его стал 111 мкф, а ESR поднялся до 1,3 Ом.
ESR 220 мкф на 35в
Или такой же 220мкф на 35в из статьи Ремонт кадровой развертки на примере телевизора AIWA TV-215KE, где ESR уже 15 Ом.
Вот пример исправного конденсатора, который уже был в работе, но номинал его еще позволяет поработать. Это 100мкф на 63в.
Как видите, его ESR до 1 Ом, да и номинал стал меньше менее чем на 3 мкф, так что такие конденсаторы я оставляю в работе. Приведу пример идеального конденсатора. Это 1500мкф на 10в.
Здесь ESR вообще ноль Ом, а номинал больше заявленного.
Отойду немного от конденсаторов, и расскажу больше о приборе MEGA 328. Он может проверять не только конденсаторы, а и многое другое. Им легко проверять транзисторы, резисторы, стабилитроны, мосфеты и много другое. Очень удобно проверять полевые транзисторы, так как прибор покажет его тип, расположение ножек стока, истока и затвора.
Пример проверки полевого транзистора:
Прибор показывает тип транзистора, порог открытия и расположение ножек. Очень удобно, особенно для новичка.
Вот пример проверки обычного N-P-N транзистора.
Полный перечень возможностей данного тестера:
Тестер обычно поставляется в виде платы, с разъемом под крону. Свой прибор, я установил в распределительную коробку, вырезал окошко под дисплей, кнопку, и панель для проверки. Приклеил термоклеем, и так он у меня и работает по сей день. Вот фото:
Не сильно красиво, но за красотой я особо и не гнался :).
Виде обзор работы ESR метра
Рекомендую покупать на алиекспресс напрямую, так как это намного дешевле, тем более с нашими ценами. Вот ссылка на продавца, где покупал я. Прибор пришел в Украину за 18 дней.
Перечень всех моих инструментов для ремонта можете зайти здесь:
Что такое ESR?
Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика.
В этом случае угол сдвига фаз между током и напряжением будет не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше.
Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла потерь.
Тангенс угла определится отношением активного сопротивления к реактивному R/Xc, как тригонометрическая функция отношения двух катетов треугольника сопротивлений, показанного на рисунке выше.
В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком.
Активное сопротивление электролита в реальных конденсаторах обычно соизмеримо с десятыми или даже с сотыми долями Ома при 20°C, но для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей ИИП на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина может составлять основные потери, и будет значительно уменьшаться по мере прогрева.
При рабочей температуре величина диэлектрических потерь на таких частотах обычно оказывается в несколько раз больше.
Сопротивление электролита зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов.
В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем существенно уменьшается сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться преимущественно его диэлектрическими потерями, которые продолжат греть конденсатор в допустимых расчётами пределах.
Но, в случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что ухудшает подвижность ионов и повышает активное сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что в последствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы.
Неисправные конденсаторы, в которых кипел электролит, обычно определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу.
Наряду с ухудшением качества электролита, часто активное сопротивление в конденсаторах возрастает по причине ухудшения контактов обкладок с выводами, вплоть до полного обрыва. В электролитических это происходит чаще, в металлокерамических реже, телевизионным мастерам все эти случаи хорошо знакомы. А ремонтники старшего поколения, кто застал советские ламповые телевизоры, хорошо помнят бумажные конденсаторы, которые иногда поджимали пассатижами для уплотнения контактных соединений внутри, и они какое-то время ещё работали.
Таблица ESR
Таблица Боба Паркера для ESR-метра K7214
| uF\V | 10V | 16V | 25V | 35V | 50V | 160V | 250V |
| 1 uF | 14 | 16 | 18 | 20 | |||
| 2.2 uF | 6 | 8 | 10 | 10 | 10 | ||
| 4.7 uF | 15 | 7.5 | 4.2 | 2.3 | 5 | ||
| 10 uF | 6 | 4 | 3.5 | 2.4 | 3 | 5 | |
| 22uF | 5.4 | 3.6 | 2.1 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 3 |
| 47 uF | 2.2 | 1.6 | 1.2 | 0.5 | 0.5 | 0.7 | 0.8 |
| 100 uF | 1.2 | 0.7 | 0.32 | 0.32 | 0.3 | 0.15 | 0.8 |
| 220 uF | 0.6 | 0.33 | 0.23 | 0.17 | 0.16 | 0.09 | 0.5 |
| 470 uF | 0.24 | 0.2 | 0.15 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.3 |
| 1000 uF | 0.12 | 0.1 | 0.08 | 0.07 | 0.05 | 0.06 | |
| 4700 uF | 0.23 | 0.2 | 0.12 | 0.06 | 0.06 |
Рассчитаем округлённо реактивное сопротивление для популярных номиналов при усреднённой частоте пробников 20 кГц, чтобы иметь представление хотя бы о порядке их идеальных значений.
Ещё раз напомню, никакой пропорции между ESR и этими значениями быть не может. Тем более, с учётом конструктивных особенностей электролитических конденсаторов для разных габаритов и вольтажа.
Повторюсь. Это лишь реактивное сопротивление, которое имеет большее значение при измерении конденсаторов меньшей ёмкости, как реальная погрешность для пробников, основанных на измерении импеданса.
То есть, чистое значение ESR у конденсатора 100 мкф и 1 мкф может быть одинаковым, а прибор покажет разницу в десятки раз, ибо добавит ёмкостное значение, которое будет решающим для показаний прибора на измеряемой частоте у малых ёмкостей.
Более сложные цифровые приборы способны замерить точные значения во время заряда конденсатора постоянным током, рассчитать его ёмкость и ESR без реактивной составляющей.
Но измерение постоянным током не учитывает диэлектрические потери, которые напрямую зависят от частоты. Кроме того, конденсаторы нужно выпаивать из платы для таких замеров.
Спасибо за внимание!
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
Вся правда о конденсаторах: волшебные свойства загадочных баночек
Было ли лучшее время для энтузиастов и любителей Hi-Fi, чем конец 1970-х и начало 1980-х годов? С одной стороны, так много всего происходило с развитием цифрового аудио, а с другой — наблюдался рост субъективизма. Внезапно проигрыватели и усилители стали оценивать не по уровню детонации, выходной мощности и гармоническим искажениям, а по их звучанию! И можно было даже всерьёз говорить о звучании кабелей. В этой новой атмосфере всё, что когда-то считалось само собой разумеющимся в области Hi-Fi, стало кандидатом на переоценку.
Пристальному изучению подверглось и влияние на звук пассивных электронных компонентов — резисторов, индуктивностей и конденсаторов. В особенности, конденсаторов. Знающие люди начали обсуждать такие явления как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и диэлектрическое поглощение.
Сегодня мы нечасто слышим об этой теме, но не потому, что проблема была исчерпана. Скорее всего, разработчики нынче уделяют столь же пристальное внимание используемым пассивным компонентам, как и схемам, в которых они применяются, так что общественный фурор несколько стих.
В простейшем виде конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделённых воздухом (или, ещё лучше, вакуумом) и схематично изображён на рис. 1. Поскольку между пластинами нет проводящего пути, конденсатор блокирует постоянный ток (например, от батареи). При этом конденсатор, напротив, пропускает сигналы переменного тока — как раз такие как звуковые волны.
Рис. 1. Компоненты, из которых состоит конденсатор — две проводящие пластины, разделённые слоем диэлектрика.
Проверенное решение
Мы нечасто сталкиваемся с воздушными конденсаторами, но если вы заглядывали внутрь старого лампового радиоприемника и видели элемент, отвечающий за настройку, который состоит из чередующихся металлических пластин, это как раз воздушный конденсатор переменной ёмкости. В большинстве конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся в аудиотехнике и прочей электронике, в качестве изолирующего материала (диэлектрика), разделяющего пластины, не используется воздух, поскольку он имеет низкую диэлектрическую постоянную (1,0), а это означает, что воздушные конденсаторы большой емкости слишком громоздкие, чтобы быть практичными. По этой причине используются, в основном, твёрдые диэлектрики, с более высокими диэлектрическими свойствами, в том числе из керамики и различных видов пластмасс (например, ПВХ с диэлектрической проницаемостью 4,0). Именно здесь история становится особенно интересной, поскольку для всех этих диэлектриков характерны те или иные компромиссы в плане влияния на звук, в то время как воздух практически идеален.
Простые фильтры
Для начала, узнаем побольше о том, как ведут себя конденсаторы и для чего они используются. Конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный, однако они не пропускают переменный ток с разной частотой одинаково. Это объясняется тем, что конденсаторы обладают реактивным сопротивлением, которое снижается с увеличением частоты (к слову, катушки индуктивности тоже обладают реактивным сопротивлением, которое, наоборот, увеличивается с ростом частоты).
Таким образом, конденсаторы пропускают высокочастотные сигналы легче, чем низкочастотные, что делает их крайне полезными в частотно-селективных цепях (то есть, в фильтрах), а также для устранения нежелательных сигналов (например, гул или шум с шины питания постоянного напряжения).
Простые фильтры верхних и нижних частот показаны на рис.2. В фильтре верхних частот (рис. 2а) последовательно включенный конденсатор подключен к шунтирующему резистору. В фильтре нижних частот (рис. 2b) конденсатор и резистор меняются местами.
Рис. 2. RC-фильтр первого порядка верхних (2a) и нижних (2b) частот.
Итак, конденсаторы зачастую используются для объединения цепей, отделения нежелательного шума в цепях постоянного напряжения и в частотно-селективных цепях (фильтрах). Поскольку конденсаторы накапливают электрический заряд, большие из них также применяются в качестве резервуаров в источниках питания переменного и постоянного тока. На рис. 3 показан типовой источник питания, включающий в себя понижающий трансформатор (он понижает напряжение сети), мостовой выпрямитель (который преобразует переменный ток из трансформатора в импульсный постоянный ток) и пару конденсаторов-резервуаров (сглаживающих пульсации после выпрямления переменного тока).
Рис.3. Принципиальная схема двухполупериодного источника питания, состоящего из понижающего трансформатора, двухполупериодного мостового выпрямителя и двух резервуарных конденсаторов.
Подобные схемы встречаются во многих твердотельных аудиокомпонентах. Аналогичные решения используются и в ламповом оборудовании, но из-за высоких напряжений, требуемых для работы ламп, трансформатор здесь обычно повышает напряжение сети.
Ёмкость резервуарных конденсаторов, используемых в транзисторных усилителях мощности, может достигать 50 000 мкФ и более, тогда как в других случаях в схеме могут использоваться конденсаторы емкостью 1 НФ (одна тысячная микрофарада) или даже меньше. Таким образом, очевидно, что некоторые типы конденсаторов лучше подходят под определённые задачи, чем другие.
Важное уточнение
Как правило, самые большие резервуарные конденсаторы являются электролитическими, ведь они обеспечивают высокую ёмкость в сравнительно небольшом объёме. Такие конденсаторы содержат электролит (жидкость или гель), который химически реагирует с металлической фольгой внутри банки, образуя слой диэлектрика. Подобные электролитические конденсаторы, а также некоторые другие — например, танталовые, называются полярными, а несоблюдение полярности подключения может привести к их выходу из строя.
Другая разновидность — неполярные конденсаторы, которые можно подключать без учёта полярности. Подобные электролиты иногда использовались в пассивных кроссоверах акустических систем, однако такая практика сегодня устарела, поскольку плёночные конденсаторы справляются с этой задачей лучше, хоть и занимают больше места.
Конденсаторы также могут иметь различное расположение выводов — аксиальное (осевое) или радиальное. Преимущество радиальных электролитов заключается в том, что они занимают меньше площади на плате, однако их минус — в том, что они увеличивают её высоту. В больших электролитических конденсаторах обычно отказываются от выводов под пайку — в пользу винтовых клемм.
Что скрывают конденсаторы
Настоящие конденсаторы, как и настоящие политики, ведут себя не идеально, и именно здесь кроется причина их влияния на качество звука. Во-первых, на практике ни один конденсатор не является только ёмкостью — он также имеет индуктивность и сопротивление. На принципиальной схеме конденсатор обычно обозначается одним из символов на рис. 4 (все они визуально отсылают к двум разделенным пластинам), однако в реальности он представляет собой что-то вроде схемы, представленной на рис. 5. Резистор обозначенный на рисунке как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) может быть не постоянным — сопротивление может зависеть от частоты. В случае с электролитическими конденсаторами, ESR обычно уменьшается с частотой.
Рис. 4. Варианты обозначения конденсаторов на схеме
Одним из последствий того, что у конденсаторов есть индуктивность (ESL или эквивалентная последовательная индуктивность на рис. 6), является то, что они, по сути, являются электрически резонансными. Если проанализировать импеданс конденсатора в зависимости от частоты, он не будет продолжать уменьшаться с ростом частоты. На рис. 6 показано, что импеданс достигает минимума (эквивалентного значению ESR) на резонансной частоте, а затем, по мере увеличения частоты, он снова начинает расти из-за ESL.
Рис. 5. Схематичный эквивалент реального конденсатора демонстрирует паразитное сопротивление (ESR) и индуктивность (ESL) 
Рис. 6. Паразитная индуктивность приводит к тому, что у конденсаторы имеют электрический резонанс, иногда — в пределах слышимого диапазона частот.
У больших электролитических конденсаторов частоты электрического резонанса обычно находятся в пределах звукового диапазона. У небольших конденсаторов частоты электрического резонанса могут превышать 1 МГц. Для увеличения частоты электрического резонанса для заданной емкости следует уменьшить ESL — последовательную индуктивность.
Для достижения этой цели, при разработке электролитических конденсаторов, где такая проблема стоит наиболее остро, применяются различные методы. Например, в конденсаторах DNM T-Network для снижения индуктивности используются специальные Т-образные соединения из фольги — таким образом, их резонансная частота более чем в два раза выше по сравнению со стандартной конструкцией (от 28 кГц до 75 кГц — в примере, который приводит компания DNM на своём веб-сайте).
ESR оказывает потенциально благотворное влияние на демпфирование электрического резонанса конденсатора, однако, в отличие от индуктивности или ёмкости, сопротивление генерирует тепло в то время, когда через конденсатор проходит ток. В больших ёмкостных конденсаторах, где проходящие через них токи велики, этот эффект внутреннего нагрева ограничивает безопасные условия эксплуатации. Тем не менее, электролитические конденсаторы лучше всего работают именно тёплыми.
Микрофонный эффект
Не секрет, что ламповое оборудование чувствительно к вибрации. Внутри вакуумированной стеклянной оболочки лампы находятся тонкие металлические электроды, расстояние между которыми влияет на работу лампы. Таким образом, если встряхнуть лампу достаточно сильно, это отразится на её электрической мощности — эффект, который называют «микрофонным», поскольку лампа в таком случае ведёт себя подобно микрофону.
Твердотельная электроника меньше подвержена этому эффекту, однако приведём в пример некий крайний случай: разработчики первых систем управления двигателем в гоночных автомобилях вскоре научились не прикреплять электронные блоки к двигателю, либо использовать хорошую изоляцию, иначе вибрации от двигателя могли нарушить её работу. Уровни вибрации, которые испытывает Hi-Fi оборудование при повседневном использовании, гораздо ниже, однако некоторые производители, среди которых, например, Naim Audio, по-прежнему прилагают большие усилия, чтобы свести к минимуму вероятное воздействие микрофонного эффекта.
Способность конденсатора накапливать заряд (его ёмкость) пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними, а «пластины» обычно представляют собой тонкую фольгу с тонкими слоями диэлектрика между ними. Это приводит к тому, что конденсаторы подвержены воздействию микрофонного эффекта, поскольку из-за вибрации расстояние между пластинами и, следовательно, значение ёмкости может меняться.
Таким образом, физические свойства материалов, из которых изготовлен конденсатор, могут быть столь же важны, как и электрические параметры. Но что ещё интереснее, вибрация извне не является необходимым условием для того, чтобы конденсаторы страдали от её воздействия, ведь силы, формируемые напряжениями и токами внутри самого конденсатора, также могут вызывать механические резонансы. Из-за этого эффекта можно даже услышать, как некоторые конденсаторы издают звук, когда через них проходит сигнал. В кроссовере акустической системы, где уровни вибраций, напряжения и токи высоки, присутствует «идеальный шторм» факторов, которые делают выбор подходящего конденсатора особенно важной задачей.
Ключевые слова
Проблема микрофонного эффекта и механических резонансов конденсаторов активно обсуждалась на протяжении многих лет, однако исследований по этому вопросу было достаточно мало. Во всяком случае, мало опубликованных исследований. Но те, что существуют, подтверждают мнение, что данный эффект может оказывать заметное влияние качества звучания.
К тому же, в некоторых случаях конденсаторы могут приводить к необычайно высоким уровням гармонических и интермодуляционных искажений. Понимание того, как и почему это происходит, позволяет разработчикам сосредоточить свои усилия на доработке электронной схемы и тщательном выборе электронных компонентов — таким образом, чтобы это принесло наибольшую пользу.