condensadores
Además de los autoconstructores también son Sintonizador a menudo enfrenta el problema de elegir condensadores. Por supuesto, desea encontrar el componente óptimo para cada propósito, cuyas propiedades conduzcan a resultados particularmente buenos en el circuito correspondiente. Desafortunadamente, el mercado es casi impenetrable y los mitos y la información a medias están muy extendidos, especialmente en el sector del audio. Así que aquí hay una pequeña guía.
Un condensador es un dispositivo que puede almacenar energía en forma de campo eléctrico. En comparación con una batería, la energía que se puede almacenar es bastante pequeña y, dependiendo de dónde se utilice en el circuito, también se puede liberar muy rápidamente, en fracciones de segundo. Por lo tanto, el almacenamiento de energía como tal rara vez es el propósito del capacitor, sino que la influencia en las corrientes alternas es de interés.
No hay condensadores ideales, no tendrían pérdidas ni inductancia de las líneas de suministro. Sin embargo, los condensadores reales se acercan bastante al ideal. Sin embargo, existen diferentes tipos de capacitores, cada uno de los cuales se diferencia en cuánto se desvían del ideal en este aspecto y a qué precio. El buen ingeniero electrónico conoce estas desviaciones del ideal y también cuáles de estas desviaciones son relevantes en el presente caso y cuáles no. En base a esto, puede elegir el componente más barato.
En aplicaciones de audio, los principales usos de los condensadores son:
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Apantallamiento y filtrado de la tensión de funcionamiento
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Acoplamiento de señales de audio mientras se bloquea la corriente continua
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Como componente determinante de la frecuencia en circuitos activos
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Como componente determinante de la frecuencia en cruces para altavoz
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Para compensación de frecuencia de amplificadores
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Para suprimir las frecuencias de interferencia
Otras aplicaciones ocurren en la electrónica, pero son comparativamente raras en la tecnología de audio.
Un condensador consta de dos (generalmente) contactos metálicos uno frente al otro, separados por un aislante. El aislante se llama dieléctrico y el campo eléctrico acumulado en él almacena la energía. Por lo tanto, es obvio que las propiedades del dieléctrico son cruciales para el condensador.
El parámetro más importante del capacitor es la capacitancia. Depende del área y el espaciado de los contactos opuestos (las placas) y las propiedades del dieléctrico en el medio. Para hacer que la capacidad sea lo más grande posible, se intentan tres cosas:
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Haz que la superficie de las placas sea lo más grande posible.
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Haga que la distancia entre las placas sea lo más pequeña posible.
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Haga que la constante dieléctrica del dieléctrico sea lo más grande posible
Otro parámetro importante es el voltaje máximo. Si esto se excede durante la operación, el dieléctrico puede fallar y la corriente puede fluir a través del dieléctrico normalmente aislante. La mayoría de los capacitores serán destruidos por esto, pero hay algunos tipos que pueden sobrevivir bajo ciertas circunstancias.
Por cierto, la energía almacenada en el capacitor resulta de la capacitancia y el voltaje. Los especímenes más grandes pueden almacenar suficiente energía para matar a un caballo, y mucho menos a un humano. Además de estos dos parámetros principales, existen varios otros parámetros que, en última instancia, tienen algo que ver con las desviaciones del ideal, p. B. Corrientes de fuga, ESR, ESL, coeficiente de temperatura, precisión de la capacitancia, dependencia de la capacitancia del voltaje, absorción dieléctrica, rango de temperatura permisible en operación, vida útil, etc.
Estos son algunos tipos comunes de construcción de condensadores:
1. Condensadores electrolíticos de aluminio
2. Condensadores electrolíticos de tantalio
3. Condensadores cerámicos
4. Condensadores de película
5. Condensadores de papel o papel-aceite
Existen otros tipos pero son de menor importancia.
Como puede ver, la distinción se basa en el material dieléctrico, lo que no sorprende. ¿Cuáles son las propiedades de estos diferentes dieléctricos y qué significa esto para la aplicación en el sector del audio?
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a 1. condensador electrolítico de aluminio: Aquí está una de las placas de papel de aluminio (a menudo rugoso), el dieléctrico es una capa muy delgada de óxido de aluminio. La otra placa consta de un líquido conductor llamado electrolito. El espesor del óxido de aluminio determina la distancia entre las placas, que aquí es muy pequeña. Esto da como resultado capacidades relativamente grandes con poco espacio requerido y bajos costos. Para capacidades en el rango de milifaradios y superiores, prácticamente no existen alternativas económicas a los capacitores electrolíticos (ese es el corto plazo). La desventaja de la construcción es una resistencia de pérdida comparativamente alta debido al electrolito, el hecho de que los voltajes solo se pueden aplicar con una cierta polaridad, de lo contrario, el electrolito "comerá" la capa de óxido de aluminio y la vida útil relativamente corta. , especialmente a altas temperaturas, porque el electrolito puede secarse. |
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a 2. condensador electrolítico de tantalio: Aquí el dieléctrico es un óxido de tantalio y se utilizan electrolitos sólidos. El resultado tiene una mayor durabilidad y fiabilidad, pero es significativamente más caro y tolera aún menos la polaridad inversa. |
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a 3. condensadores cerámicos: En vista de las marcadas diferencias en los tipos de cerámica utilizados aquí como dieléctricos, hay poco que se pueda decir en común sobre este tipo de capacitor. Pero esto se aplica a todos ellos: la fina capa de metal en ambos lados de la cerámica generalmente se evapora o se imprime y luego la cerámica se "hornea". También hay variantes de varias capas en las que se alternan capas de metal y cerámica, a menudo apiladas una encima de la otra. Los espesores de capa a veces bajan al rango de micrómetros. El resultado es un capacitor no polarizado que tolera voltaje en ambas polaridades por igual y es bastante confiable. La clase 1 es para cerámicas que tienen una característica de temperatura estrictamente definida y cuya capacitancia se mantiene muy estable. Ejemplos de tales materiales son C0G y NP0. Estos grados también son adecuados para aplicaciones en filtros donde, de otro modo, se utilizarían condensadores de película. La clase 2 es para cerámicas cuya capacidad aún es razonablemente estable en temperatura y voltaje, alrededor del 20%, pero que ya tienen no linealidades claramente perceptibles. Ejemplo aquí es X7R Los condensadores de clase 3 tienen materiales cuya capacitancia puede cambiar drásticamente con la temperatura y el voltaje aplicado.
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a 4. Condensadores de película Aquí se utiliza una lámina de plástico como dieléctrico. Las placas se aplican a la hoja como deposición de vapor de metal o son hojas de metal separadas que se enrollan junto con la hoja de plástico. Se utilizan diferentes tipos de plástico, pero todos los condensadores de película tienen una buena estabilidad de capacitancia sobre la temperatura y el voltaje, por lo que se utilizan en puntos "críticos" en los circuitos de audio. |
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a 5. Condensadores de papel o papel-aceite El dieléctrico aquí es papel, posiblemente impregnado o empapado de aceite. Se puede usar una lámina de metal o una deposición de vapor de metal para las placas y todo se enrolla nuevamente. Esta variante está algo pasada de moda debido a la confiabilidad problemática. El aceite eventualmente puede filtrarse, o la humedad del aire puede entrar y cambiar las propiedades del capacitor (para peor). |
¿Dónde está qué tipo se usa con ventaja?
Al evaluar las fuentes de alimentación, casi solo se cuestiona el condensador electrolítico de aluminio debido a las capacidades requeridas. Si las pérdidas son demasiado altas a frecuencias más altas, también se pueden conectar en paralelo otros condensadores con una capacidad menor. Esta es generalmente una forma subestimada y a menudo pasada por alto de lograr las propiedades de un componente especial costoso de manera mucho más económica: diferentes tipos se combinan entre sí. Uno circuito paralelo de un capacitor electrolítico con un capacitor cerámico tiene, adecuadamente combinadas, la capacitancia del capacitor electrolítico y las propiedades de alta frecuencia del capacitor cerámico. Usar un solo capacitor con estas propiedades sería significativamente más costoso.
Por cierto, cuando se filtran interferencias de alta frecuencia, la clase 3 es ideal para cerámica, porque aquí las variaciones de capacidad no son un problema y se necesita mucha capacidad a un precio bajo y un diseño pequeño.
En los cruces pasivos, también, a menudo no se pueden evitar los capacitores electrolíticos debido a la capacidad, pero aquí se necesitan tipos no polares, lo que también se puede lograr de manera más económica usando dos tipos polares conectados en direcciones opuestas. De lo contrario, aquí se demandan capacitores de película porque tienen tolerancias más bajas y mayor confiabilidad.
Los capacitores de tantalio son un reemplazo para los capacitores electrolíticos en apantallamiento, donde se requiere una mayor confiabilidad con un diseño pequeño y el precio más alto no es un problema.
Los capacitores cerámicos tienen reputación de distorsión, pero eso solo es cierto para las clases 2 y 3. Clase 1: los materiales se pueden usar de manera segura en la ruta de la señal de audio donde los capacitores de película se usarían de otro modo para estabilidad, tolerancias y baja distorsión. Estos incluyen componentes determinantes de la frecuencia en filtros o Amplificador-Compensación. Debido a las buenas propiedades de alta frecuencia, especialmente con diseños SMD (montaje en superficie, sin cables de conexión), también se utilizan para descargas de interferencias.
Los condensadores de película son populares para aplicaciones en la ruta de la señal, es decir, para filtros, bloqueo de voltaje de CC, etc., especialmente cuando las capacidades requeridas ya no se cubren fácilmente con cerámica de clase 1, porque los condensadores de película suelen ser más caros que los condensadores cerámicos.
Los capacitores electrolíticos también se pueden usar para bloquear el voltaje de CC o para fines de acoplamiento, pero debe prestar atención a la polaridad (un voltaje bajo en la dirección opuesta de hasta aproximadamente 1V no importa) y claramente debe sobredimensionar el valor de la capacitancia ( factor 10 si es posible) en aras de una baja distorsión).
Ciertos dieléctricos tienen un efecto conocido como absorción dieléctrica. Esto significa que hay otro mecanismo de almacenamiento de energía que tiene algo que ver con las alineaciones moleculares y no se debe únicamente al campo eléctrico. El efecto es que hacer un cortocircuito en el condensador no elimina toda la energía almacenada, por lo que cuando se abre el cortocircuito, se vuelve a medir un voltaje (bajo). El Empfindlichkeit de un circuito para este efecto es muy diferente, en un caso el efecto no tiene consecuencias prácticas, en otro caso es claramente perceptible. Este último caso es raro en el sector del audio, pero hay aplicaciones en tecnología de medición donde este efecto puede ser muy disruptivo.