Wpływ parametru na przydatność kondensatora do celów audio

[Wiech]

Witam
Mam pytanie jaki wpływ na zastosowanie do konstrukcji audio ma czasem podawany w katalogach parametr kondensatora
"Maximum pulse rise time for pulses equal to the rated voltage" czyli po naszemu " Maksymalny czas narastania impulsu dla impulsów równych napięciu znamionowemu".
Nie wszyscy producenci podają ten parametr, a ci od kondensatorów audio praktycznie o nim nie wspominają.
Wartość tego współczynnika była mocno rozrzucona jedni podają 70 a inni 250 V/us lub więcej - oczywiście dla tej samej pojemności i tego samego napięcia znamionowego.
Inni producenci jeszcze odnoszą to do gabarytu kondensatora - im większy rozmiar to czas narastania spada.
Może któryś z kolegów badał ten temat praktycznie i odpowie na moje pytanie.

Pozdrawiam
Wiesław

[Romekd]

Witam.
W konstrukcjach audio parametr ten praktycznie nie ma znaczenia. Szybkości narastania i opadania impulsów w zakresie częstotliwości akustycznych, czyli w paśmie 16 Hz...20 kHz, są bardzo małe. Maksymalną szybkość zmian napięcia, wyrażoną w woltach na mikrosekundę, dla danej częstotliwości przebiegu sinusoidalnego, można obliczyć stosując wzór SR=(2*Π*f*A*)/1e6, w którym "f" oznacza częstotliwość sygnału, a literka "A" oznacza amplitudę. Przy sygnale sinusoidalnym o częstotliwości 20 kHz, którego wartość skuteczna napięcia wynosi 10 V, otrzymamy największą szybkość zmian napięcia równą ±1,78 V/μs. Szybkość zmian napięcia będzie największa w momentach przechodzenia przebiegu przez wartość zero.
Podany przez Ciebie parametr mówi tak naprawdę o wytrzymałości elementu na przepływ prądów ładujących i rozładowujących, które mogą osiągać naprawdę spore wartości podczas szybkich zmian napięcia na wyprowadzeniach kondensatora...
Nie wiem czy udało mi się wyjaśnić Ci zagadnienie, w każdym razie parametr ten zaczyna mieć znaczenie dopiero w układach "impulsowych" (tłumienie zakłóceń, redukcja przepięć w układach zawierających szybko przełączające się tranzystory, tyrystory itp.).

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Dziękuję Romku za obszerne wytłumaczenie, jednocześnie wiem że we wzmacniaczu sinusoida występuje tylko podczas prób i testów , natomiast przy "prawdziwej " muzyce te zmiany napięcia potrafią być dużo większe.
I tego dotyczyło moje pytanie czy kondensator o większej szybkości będzie "bardziej audio" oczywiście nie patrzymy na inne parametry takie jak izolator, okładziny czy wyprowadzenia.
Czy kondensator zwijany z wyprowadzeniami osiowymi o szybkości narastania 70 V/μs będzie lepszy / gorszy od kondensatora "pudełkowego" ale o 3-4x większej szybkości narastania.
Oczywiście materiał izolacji taki sam, pojemności i napięcia pracy też takie same.

PS
O zasilaczach impulsowych trochę wiem, sam na początku lat 90-tych naprawiałem takowe dla łączności.

Pozdrawiam
Wiesław

[Marek7HBV]

W obwodach,gdzie występują dość duże rezystancje szeregowe z kondensatorami,taki parametr jest bez znaczenia .

[Romekd]

(...) jednocześnie wiem że we wzmacniaczu sinusoida występuje tylko podczas prób i testów , natomiast przy "prawdziwej " muzyce te zmiany napięcia potrafią być dużo większe.

Otóż możliwe szybkości zmian napięcia nie mogą być większe niż dla sinusoidy o maksymalnej, możliwej do uzyskania w danym układzie amplitudzie, której częstotliwość będzie zbliżona do maksymalnej, mieszczącej się jeszcze w paśmie przenoszenia urządzenia. Oznacza to, że np. w odtwarzaczu płyt kompaktowych CD, o napięciu wyjściowym powiedzmy 2 Vrms i częstotliwości granicznej 22 kHz, maksymalna szybkość zmian napięcia sygnału może osiągnąć jedynie ±0,39 V/μs, właśnie dla sinusoidy, i dla żadnego bardziej złożonego sygnału muzycznego nigdy tej wartości nie przekroczy. W technice audio największej możliwej szybkości zmian napięcia moglibyśmy spodziewać się na doprowadzeniach uzwojeń pierwotnych transformatora głośnikowego w lampowym wzmacniaczu przeciwsobnym, w którym lampy pracowałyby z wysokim napięciem anodowym (np. EL34 z Ua=700...800 V). W takim miejscu, przy pełnym wysterowaniu wzmacniacza napięcie zmienne mogłoby osiągać do 500 V i kondensator włączony między anodami lamp musiałby wytrzymywać zmiany napięcia o szybkości dochodzącej do 80...90 V/μs. Byłby to jednak kondensator o bardzo małej pojemności (góra kilka nanofaradów, często włączony szeregowo z rezystorem ograniczającym wartość prądu) i taka wartość SR z pewnością by mu nie zaszkodziła.

Gdy przejrzysz noty katalogowe kondensatorów, na pewno zauważysz, że dopuszczalna wartość szybkości zmian napięcia rośnie ze spadkiem pojemności kondensatora i jest zależna od jego wielkości i budowy. Duże prądy przeładowywania się kondensatorów oznaczają większe straty mocy na szeregowej rezystancji ESR elementu, więc kondensatory o mniejszych gabarytach i większym ESR będą miały również mniejsze dopuszczalne szybkości zmian napięcia na doprowadzeniach, by ich temperatura podczas pracy nie przekroczyła dopuszczalnej (przy dużych wartościach prądu mogą się też upalać wyprowadzenia lub metalizowane okładziny).

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Witam w Nowym Roku.
Nadal nie dostałem odpowiedzi jednoznacznej na moje pytanie, więc i innej beczki - poniżej prędkości narastania dla 3 typów kondensatora foliowego, tej samej konstrukcji, tego samego producenta,
który z nich będzie najlepszy do celów audio, dodatkowo zaznaczyłem zakres pojemności która mnie interesuje.

Z Noworocznym pozdrowieniem
Wiesław

[Romekd]

Czołem.
Wiesław, czy mógłbyś rozwinąć zagadnienie i doprecyzować - w jakim konkretnym miejscu układu i w ogóle w jakim urządzeniu audio ma pracować kondensator o interesujących Cię parametrach? Może to pozwoliłoby przeanalizować problem i znaleźć jakieś optymalne rozwiązanie co do wyboru najlepszego pod względem parametrów kondensatora do tego właśnie zastosowania.

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Nadal się nie rozumiemy, nie potrzebuję dobrać danego kondensatora do danego schematu, ale chciałbym wiedzieć jak na jakość dźwięku może wpływać parametr - max szybkość narastania napięcia i czy jest on istotny dla kondensatorów sprzęgających.
Nie chciałbym mieszać do tego innych parametrów obwodu np takich jak rezystancja przed lub za kondensatorem o której pisał kilka postów wstecz Kolega Marek.
Zakładamy że mamy sam kondensator 2,2uF na 400VDC, podałem 3 typy i który typ/model będzie najlepszy?

Pozdrawiam
Wiesław

[Romekd]

Nadal się nie rozumiemy, nie potrzebuję dobrać danego kondensatora do danego schematu, ale chciałbym wiedzieć jak na jakość dźwięku może wpływać parametr - max szybkość narastania napięcia i czy jest on istotny dla kondensatorów sprzęgających.

Ten parametr w żaden sposób nie wpływa na jakość dźwięku. Mówi on o wytrzymałości kondensatora, dopuszczalnych prądach i maksymalnych stratach cieplnych. Można by zadać podobne pytanie, np. jak dopuszczalne napięcie pracy kondensatora wpływa na brzmienie wzmacniacza tranzystorowego, którego obwody zasilane są napięciami do 40 V. Czy zastosowanie w takim wzmacniaczu kondensatora 100 nF o napięciu dopuszczalnym np. 200 V wpłynie pozytywnie na parametry urządzenia, czy może lepiej od razu dać kondensator o napięciu dopuszczalnym 630 V...

Myślę, że temat dopuszczalnej stratności i maksymalnej szybkości zmiany napięcia kondensatora dobrze rozumieją starzy serwisanci sprzętu RTV, np. tacy, którzy próbowali w układzie odchylania poziomego w telewizorach "Jowisz" 04, 05, 501, "Neptun 501" lub "Rubin C-202 (z tyrystorowymi układami odchylania H) stosować kondensatory z dielektrykiem poliestrowym (KSE, MKSE) w miejsce oryginalnych, w których użyto dielektryka z polipropylenu, polistyrenu lub poliwęglanu (w zależności od typu mogły mieć oznaczenia: KMP, KFMP, KP, MKP, KSF...). Po zastosowaniu w takim "impulsowym" układzie kondensatora z dielektrykiem wykonanym z foli poliestrowej, kondensator ten zaczynał się po prostu topić po kilkunastu lub kilkudziesięciu sekundach pracy...

W układach audio, ale bardziej w obwodach filtrów wzmacniaczy (np. takich jak "kontur" /"loudness"/ lub obwodach regulacji barwy dźwięku, przedwzmacniaczach RIAA) lepsze od kondensatorów z dielektrykiem poliestrowym z pewnością będą kondensatory z dielektrykiem polipropylenowym lub polistyrenowym, gdyż są bardziej dokładne i bardziej stabilne, a poza tym wprowadzają mniejsze zniekształcenia.

Pozdrawiam
Romek

[Tomek Janiszewski]

Nadal się nie rozumiemy, nie potrzebuję dobrać danego kondensatora do danego schematu, ale chciałbym wiedzieć jak na jakość dźwięku może wpływać parametr - max szybkość narastania napięcia i czy jest on istotny dla kondensatorów sprzęgających.

Nadal nie rozróżniasz szybkości narastania napięcia sygnału przechodzącego przez kondensator od szybkości narastania sygnału na końcówkach kondensatora. Ta ostatnia jest dla kondensatora krytyczna, jej przekroczenie może spowodować upalenie okładzin wskutek przepływu bardzo znacznego prądu.
Natomiast w przypadku kondensatora sprzęgającego (a o takie pytasz) w pierwszym przybliżeniu szybkość ta jest równa zeru, bez względu na szybkość narastania sygnału. Bowiem różnica napięć na obu jego końcówkach jest praktycznie stała, a już zwłaszcza w sprzęcie audiofilskim, gdzie przyjęło się stosować niepotrzebnie wielkie stałe czasowe obwodów sprzęgających. Zatem parametr ten nie ma żadnego znaczenia dla kondensatorów sprzęgających (a także umasiających). Być może właśnie jesteśmy świadkami kreowania kolejnego audiofilskiego mitu.

[Romekd]

Czołem.
Myślę, że możemy mieć tutaj do czynienia z dość powszechnym zjawiskiem, zwanym "myśleniem esencjami", które polega na stosowaniu ogromnych uproszczeń, wynikających z braków w wiedzy (tej wypowiedzi nie kieruję do Kolegi Wiesława, gdyż jest to zjawisko występujące masowo...). Myślenie "esencjami" zostało dobrze opisane w filmie "Dlaczego ludzie wierzą w "głupoty"" na kanale "Uwaga! Naukowy bełkot" YT, do którego prowadzi link zamieszczony przeze mnie poniżej (zjawisko opisywane jest w filmie od momentu 7:20).

https://www.youtube.com/watch?v=mamFfB5iLBc

Podam kilka przykładów takiego uproszczonego myślenia - audiofile uważają (wmówiono im), że jeśli w nasyconym elektrolitem separatorze kondensatora elektrolitycznego firmy ELNA, serii RFS Silmic II, zastosowano włókna jedwabiu, to umieszczenie takiego elementu w torze sygnałowym wzmacniacza audio zapewni mu lepsze brzmienie - stanie się ono bardzo delikatne i precyzyjne, czyli dźwięk (w zakresie wysokich tonów) będzie bardziej "jedwabisty" i "aksamitny"... . Podobnie przewody z najczystszej miedzi beztlenowej zapewnią najczystsze brzmienie muzyki (grubość i długość drutu, mające wpływ na jego rezystancję, nie mają tu znaczenia, bo liczy się tylko "czystość przewodnika", zupełnie jakby brak tlenu w miedzi czyniło ją nadprzewodnikiem...)...
Zdaniem kilku moich kolegów elektroników-amatorów (ale nie tylko amatorów ) również "szybkość" kondensatorów, wyrażona w V/μs, mówiąca o dopuszczalnym (jeszcze bezpiecznym dla kondensatora) zakresie zmian napięcia na wyprowadzeniach elementu, ma największy wpływ na działanie wzmacniacza, bo przecież "szybki" (a więc zdaniem niektórych "dynamiczny"... ) wzmacniacz (mający wysoki SR) nie może zawierać zbyt "wolnych" kondensatorów...

Pozdrawiam
Romek

[Wiech]

Romku przez takie odpowiedzi sami tworzycie mity i fikcje,a co do kondensatorów to kilka postów wstecz zamieściłem 3 tabelki z parametrami szybkości narastania napięcia na kondensatorze.
Te tabelki to fragmenty katalogu znanego producenta kondensatorów - WIMA.
1 tabelka to czasy dla kondensatora MKS4 - metalizowany poliester
2 tabelka to parametry kondensatora polipropylenowego MKP10 wg producenta do zastosowań np audio
3 tabelka to kondensator polipropylenowy MKP4
Kształt obudowy i za pewnie jakość wykonania są praktycznie takie same ,ale dlaczego kondensator o wyższym wsp narastania jest rekomendowany do celów audio?

Wg waszych wypowiedzi wszystkie mogą być stosowane w torze audio, a wg producenta nie są do tego przeznaczone.
Dlaczego?

Pozdrawiam
Wiesław

[Locutus]

Romku przez takie odpowiedzi sami tworzycie mity i fikcje,a co do kondensatorów to kilka postów wstecz zamieściłem 3 tabelki z parametrami szybkości narastania napięcia na kondensatorze.
Te tabelki to fragmenty katalogu znanego producenta kondensatorów - WIMA.
1 tabelka to czasy dla kondensatora MKS4 - metalizowany poliester
2 tabelka to parametry kondensatora polipropylenowego MKP10 wg producenta do zastosowań np audio
3 tabelka to kondensator polipropylenowy MKP4
Kształt obudowy i za pewnie jakość wykonania są praktycznie takie same ,ale dlaczego kondensator o wyższym wsp narastania jest rekomendowany do celów audio?
Wg waszych wypowiedzi wszystkie mogą być stosowane w torze audio, a wg producenta nie są do tego przeznaczone.
Dlaczego?
Pozdrawiam
Wiesław

Kolego Wiesławie.
Ale ten parametr dotyczy MAKSYMALNEJ szybkosci narastania napięcia przy której kondensator może pracować.
W audio,ten parametr nie ma kompletnie żadnego znaczenia - szybkosci narastania sygnałów audio są wielokrotnie mniejsze.

Ma natomiast znaczenie rodzaj użytego w nich dielektryka... - jest znakomity wątek z pomiarami zniekształceń wprowadzanych przez różne rodzaje kondensatorów wykonanych przez kol. Romka.

[Romekd]

Romku przez takie odpowiedzi sami tworzycie mity i fikcje,a co do kondensatorów to kilka postów wstecz zamieściłem 3 tabelki z parametrami szybkości narastania napięcia na kondensatorze.
Te tabelki to fragmenty katalogu znanego producenta kondensatorów - WIMA.
1 tabelka to czasy dla kondensatora MKS4 - metalizowany poliester
2 tabelka to parametry kondensatora polipropylenowego MKP10 wg producenta do zastosowań np audio
3 tabelka to kondensator polipropylenowy MKP4
Kształt obudowy i za pewnie jakość wykonania są praktycznie takie same ,ale dlaczego kondensator o wyższym wsp narastania jest rekomendowany do celów audio?

Wg waszych wypowiedzi wszystkie mogą być stosowane w torze audio, a wg producenta nie są do tego przeznaczone.
Dlaczego?

Wiesław, to napięcie samo na kondensatorze nie narasta - musi być do niego przyłożone z zewnątrz, co wymaga doprowadzenia dość znacznego pod względem wartości prądu. Kondensatory zbudowane z dielektryka gorszej jakości, czyli np. z poliestru mają niższą dopuszczalną wartość zmian napięcia, a przy okazji mają większą zależność pojemności od przyłożonego do nich napięcia, czyli w pewnych sytuacjach mogą być źródłem zniekształceń nieliniowych, więc w tych zastosowaniach są znacznie gorsze w aplikacjach audio, ale akurat nie przez mniejszą dopuszczalną szybkość narastania napięcia, a przez gorszą stabilność. Poza tym kondensatory poliestrowe są mniej dokładne, gdyż ciężko w ich przypadku jest uzyskać większą dokładność pojemności niż 5%. Dlatego tam gdzie pojemność kondensatorów musi być taka sama w obu kanałach stereofonicznych (filtry "Loudness", regulatory barwy dźwięku, wzmacniacze korekcyjne RIAA) lepiej stosować kondensatory polipropylenowe, gdyż bez trudu można zdobyć takie typy, których tolerancja pojemności nie przekracza ±1% i ta dokładność utrzymuje się przez długie lata eksploatacji sprzętu (w poliestrowych może trochę "popłynąć", a poza tym zależy także od temperatury, a częstotliwości pracy filtrów w obu kanałach mają być stabilne...). Przy małych pojemnościach w aplikacjach audio można stosować kondensatory z dielektrykiem polistyrenowym (styrofleksowe), które maja bardzo duże gabaryty przy większych pojemnościach i wyższych napięciach, są więc drogie i niepraktyczne (zbyt duże elementy łatwiej "zbierają" zakłócenia i przydźwięk; musiałyby być ekranowane, ale ekranowanie podniesie nadmiernie ich pojemność pasożytniczą z "otoczeniem", więc tez nie musi być korzystne). Kondensatory z dielektrykiem polipropylenowym, na którym okładziny są napylane (czyli są cieńsze i mają większą oporność) również mają niższą dopuszczalną szybkość zmian napięcia, bo przy wyższej SR cienka napylona warstwa metalu zwyczajnie by się upalała, lub straty w niej rozgrzewałyby kondensator do temperatury przekraczającej dopuszczalną. I jeszcze jedna sprawa - dopuszczalna szybkość zmian napięcia na okładzinach nie oznacza innego parametru, np. odpowiedzi elementu na impulsy (odpowiedzi impulsowej).
Uciekam na kolację, ale po niej spróbuję podać kilka wyliczeń, które być może rozjaśnią nieco te zagadnienia.

Pozdrawiam
Romek

[Romekd]

By przeanalizować szybkość zmian napięcia na kondensatorze, zależnej od prądu ładowania/rozładowania, najlepiej będzie zacząć od definicji pojemności kondensatora, równej jeden farad. Pojemność jednego farada ma kondensator, w którym po przyłożeniu stałego prądu o wartości jednego ampera, napięcie zmienia się z szybkością jednego wolta na każdą jedną sekundę czasu trwania przepływu prądu. Czyli w kondensatorze o pojemności 1 F, przez który przepływa prąd 1 A napięcie zmienia się z szybkością 1 V na sekundę. W przedstawionych wyżej tabelkach zaznaczono kondensatory o pojemności zaczynającej się od 1 μF (milion razy mniejszej od 1 F), a przy tej pojemności dla prądu o wartości 1 mA, napięcie na zaciskach będzie się zmieniało z szybkością 1000 V/s (na sekundę), co można podać jako wartość 0,001 V/μs. By wywołać 1000 razy większe zmiany napięcia na kondensatorze o pojemności 1 μF potrzebny byłby prąd płynący przez kondensator o wartości 1 A. Przy tym jednym amperze szybkość zmian na idealnym kondensatorze 1 μF wynosiłaby 1 V/μs, czyli byłaby bardzo niska. Dla uzyskania szybkości 100 V/μs potrzebny byłby przepływ prądu o wartości aż 100 A!
Wcześniej podawałem wzór mówiący z jaką największą szybkością zmienia się napięcie dla przebiegów sinusoidalnych o danej częstotliwości i amplitudzie. Przypomnę: SR= 2*Pi*f*A. Wynik otrzymujemy w woltach na sekundę, więc by poznać wartość wyrażoną w woltach na mikrosekundę musimy wynik otrzymany ze wzoru podzielić przez milion. W sygnale o częstotliwości 20 kHz i napięciu np. 50 Vrms, któremu odpowiada amplituda równa 70,71 Vp największa szybkość zmian napięcia wynosi 8,89 V/μs i tyle też musi wytrzymać kondensator podłączony do źródła takiego sygnału, oczywiście jeśli źródło jest w stanie zapewnić wystarczającą wartość prądu, który w tych warunkach wyniesie maksymalnie 8,89 A, czyli skuteczna wartość prądu będzie wynosiła 6,28 A.
I jeszcze jedna rzecz - w sygnałach audio z odtwarzacza CD pasmo ograniczone jest od góry właśnie do 20 kHz, co oznacza, że gdyby wszystkie sygnały składowe w sygnale audio posiadały pełną amplitudę, to na wyjściu nie ma możliwości otrzymania zboczy o większej szybkości zmian od szybkości zboczy sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 20 kHz. W radiofonii na zakresach UKF sygnał ograniczony jest od góry do 15 kHz i również nic o wyższych szybkościach w sygnale się nie pojawi, niż te 15 kHz sinus. Przebieg prostokątny o częstotliwości 7 kHz i amplitudzie 1 V o szybkości narastania np. 1000 V/μs po przejściu przez dobry filtr (o ostrych zboczach) o częstotliwości granicznej 20 kHz na wyjściu da przebieg sinusoidalny o amplitudzie ok. 1,2 V, którego szybkość narastania zboczy wyniesie już tylko 0,075 V/μs. Dlaczego z przebiegu sinusoidalnego zrobi się sinusoidalny, to proste - przebieg prostokątny o wypełnieniu 50% nie zawiera parzystych harmonicznych, więc nie będzie w nim drugiej o częstotliwości 14 kHz, za to trzecia o częstotliwości 21 kHz wypadnie poza graniczną częstotliwością filtru i zostanie przez filtr stłumiona, tak ja pozostałe wyższe od niej (5, 7, 9, 11...) harmoniczne...
Czy to tłumaczenie coś wyjaśnia?

Pozdrawiam
Romek