Condensateurs
Outre les auto-constructeurs sont également Tuner souvent confrontés au problème du choix des condensateurs. Bien sûr, vous voulez trouver le composant optimal pour chaque utilisation, dont les propriétés conduisent à des résultats particulièrement bons dans le circuit correspondant. Malheureusement, le marché est presque impénétrable et les mythes et les demi-informations sont répandus, en particulier dans le secteur audio. Voici donc un petit guide.
Un condensateur est un dispositif capable de stocker de l'énergie sous la forme d'un champ électrique. Par rapport à une batterie, l'énergie qui peut être stockée est assez faible et, selon l'endroit où elle est utilisée dans le circuit, elle peut également être restituée très rapidement, en de minuscules fractions de seconde. Le stockage d'énergie en tant que tel est donc rarement le but du condensateur, mais plutôt l'influence sur les courants alternatifs est intéressante.
Il n'y a pas de condensateurs idéaux, ils n'auraient aucune perte et aucune inductance des lignes d'alimentation. Cependant, les vrais condensateurs sont assez proches de l'idéal. Néanmoins, il existe différents types de condensateurs, chacun différant dans quelle mesure ils s'écartent de l'idéal à cet égard et à quel prix. Le bon ingénieur électronicien connaît ces écarts par rapport à l'idéal et également lesquels de ces écarts sont pertinents dans le cas présent et lesquels ne le sont pas. Sur cette base, vous pouvez ensuite choisir le composant le moins cher.
Dans les applications audio, les principales utilisations des condensateurs sont :
-
-
Blindage et filtrage de la tension de fonctionnement
-
-
-
Couplage des signaux audio tout en bloquant le courant continu
-
-
-
En tant que composant déterminant la fréquence dans les circuits actifs
-
-
-
En tant que composant déterminant la fréquence dans les croisements pour haut-parleur
-
-
-
Pour la compensation de fréquence des amplificateurs
-
-
Pour supprimer les fréquences parasites
D'autres applications se produisent dans l'électronique, mais sont relativement rares dans la technologie audio.
Un condensateur se compose de deux contacts métalliques (généralement) se faisant face, séparés par un isolant. L'isolant s'appelle le diélectrique et le champ électrique qui s'y développe stocke l'énergie. Il est donc évident que les propriétés du diélectrique sont cruciales pour le condensateur.
Le paramètre de condensateur le plus important est la capacité. Cela dépend de la surface et de l'espacement des contacts opposés (les plaques) et des propriétés du diélectrique entre les deux. Afin de rendre la capacité la plus grande possible, on essaie trois choses :
-
-
Rendre la surface des plaques aussi grande que possible
-
-
-
Faites en sorte que la distance entre les plaques soit aussi petite que possible
-
-
Rendre la constante diélectrique du diélectrique aussi grande que possible
Un autre paramètre important est la tension maximale. Si cela est dépassé pendant le fonctionnement, le diélectrique peut tomber en panne et le courant peut circuler à travers le diélectrique normalement isolant. La plupart des condensateurs seront détruits par cela, mais certains types peuvent survivre dans certaines circonstances.
Incidemment, l'énergie stockée dans le condensateur résulte de la capacité et de la tension. Les plus gros spécimens peuvent stocker suffisamment d'énergie pour tuer un cheval, sans parler d'un humain. En plus de ces deux paramètres principaux, il existe divers autres paramètres qui ont finalement quelque chose à voir avec les écarts par rapport à l'idéal, par ex. B. Courants de fuite, ESR, ESL, coefficient de température, précision de la capacité, dépendance de la capacité à la tension, absorption diélectrique, plage de température admissible en fonctionnement, durée de vie, etc.
Voici quelques types courants de construction de condensateurs :
1. Condensateurs électrolytiques en aluminium
2. Condensateurs électrolytiques au tantale
3. Condensateurs céramiques
4. Condensateurs à film
5. Condenseurs papier ou papier-huile
D'autres types existent mais sont de moindre importance.
Comme vous pouvez le voir, la distinction est basée sur le matériau diélectrique - pas de surprise ici. Quelles sont les propriétés de ces différents diélectriques et qu'est-ce que cela signifie pour l'application dans le secteur audio ?
|
|
à 1. condensateur électrolytique en aluminium : Voici l'une des plaques de papier d'aluminium (souvent rugueuse), le diélectrique est une très fine couche d'oxyde d'aluminium. L'autre plaque est constituée d'un liquide conducteur appelé électrolyte. L'épaisseur de l'oxyde d'aluminium détermine la distance entre les plaques, qui est ici très faible. Il en résulte des capacités relativement importantes avec peu d'encombrement et de faibles coûts. Pour les capacités de l'ordre du millifarad et au-dessus, il n'y a pratiquement pas d'alternative économique aux condensateurs électrolytiques (c'est à court terme). L'inconvénient de la construction est une résistance aux pertes relativement élevée due à l'électrolyte, le fait que les tensions ne peuvent être appliquées qu'avec une certaine polarité, sinon la couche d'oxyde d'aluminium sera "mangée" par l'électrolyte et la durée de vie relativement courte, surtout à des températures élevées, car l'électrolyte peut se dessécher. |
|
|
à 2. condensateur électrolytique au tantale : Ici, le diélectrique est un oxyde de tantale et des électrolytes solides sont utilisés. Le résultat a une durabilité et une fiabilité plus élevées, mais est nettement plus cher et tolère encore moins l'inversion de polarité. |
|
|
à 3. condensateurs céramiques : Compte tenu des différences marquées dans les types de céramiques utilisées ici comme diélectrique, il y a peu de choses à dire en commun sur ce type de condensateur. Mais cela s'applique à tous : la fine couche de métal des deux côtés de la céramique est généralement évaporée ou imprimée, puis la céramique est « cuite ». Il existe également des variantes multicouches dans lesquelles les couches de métal et de céramique alternent, souvent empilées les unes sur les autres. Les épaisseurs de couche descendent parfois jusqu'au micromètre. Le résultat est un condensateur non polarisé qui tolère la tension dans les deux polarités de manière égale et qui est assez fiable. La classe 1 est pour les céramiques qui ont une caractéristique de température étroitement définie et dont la capacité reste très stable. Des exemples de tels matériaux sont C0G et NP0. Ces grades conviennent également aux applications dans les filtres où des condensateurs à film seraient autrement utilisés. La classe 2 est destinée aux céramiques dont la capacité est encore raisonnablement stable en température et en tension, autour de 20%, mais qui présentent déjà des non-linéarités nettement perceptibles. Exemple ici est X7R Les condensateurs de classe 3 ont des matériaux dont la capacité peut changer assez radicalement avec la température et la tension appliquée.
|
|
|
à 4. Condensateurs à film Ici, une feuille de plastique est utilisée comme diélectrique. Les plaques sont soit appliquées sur la feuille sous forme de dépôt de métal en phase vapeur, soit il s'agit de feuilles métalliques séparées qui sont enroulées avec la feuille de plastique. Différents types de plastique sont utilisés, mais tous les condensateurs à film ont une bonne stabilité de capacité en fonction de la température et de la tension, ils sont donc utilisés aux points "critiques" des circuits audio. |
|
|
à 5. Condensateurs papier ou papier-huile Le diélectrique est ici du papier, éventuellement imprégné ou imbibé d'huile. Une feuille métallique ou un dépôt de vapeur métallique peut être utilisé pour les plaques et le tout est enroulé à nouveau. Cette variante est quelque peu démodée en raison de la fiabilité problématique. L'huile peut éventuellement fuir ou l'humidité de l'air peut pénétrer et modifier les propriétés du condensateur (pour le pire). |
Où est quel type utilisé à son avantage?
Lors du blindage des alimentations, presque seul le condensateur électrolytique en aluminium est mis en cause en raison des capacités requises. Si les pertes sont trop élevées à des fréquences plus élevées, d'autres condensateurs de capacité inférieure peuvent également être connectés en parallèle. Il s'agit généralement d'un moyen sous-estimé et souvent négligé d'obtenir les propriétés d'un composant spécial coûteux à moindre coût : différents types sont combinés les uns avec les autres. Un Parallèleschaltung d'un condensateur électrolytique avec un condensateur céramique possède, convenablement combinées, la capacité du condensateur électrolytique et les propriétés haute fréquence du condensateur céramique. L'utilisation d'un seul condensateur avec ces propriétés serait beaucoup plus coûteuse.
Incidemment, lors du filtrage des interférences haute fréquence, la classe 3 est idéale pour la céramique, car les variations de capacité ne sont pas un problème ici et vous avez besoin de beaucoup de capacité à un prix bas et un petit design.
Dans les croisements passifs également, il est souvent impossible d'éviter les condensateurs électrolytiques en raison de la capacité, mais des types non polaires sont nécessaires ici, ce qui peut également être réalisé à moindre coût en utilisant deux types polaires connectés dans des directions opposées. Sinon, les condensateurs à film sont en demande ici car ils ont des tolérances plus faibles et une plus grande fiabilité.
Les condensateurs au tantale remplacent les condensateurs électrolytiques dans le blindage, où une plus grande fiabilité est requise avec une petite conception et le prix plus élevé n'est pas un problème.
Les condensateurs en céramique ont une réputation de distorsion, mais cela n'est vrai que pour les classes 2 et 3. Classe 1 - Les matériaux peuvent être utilisés en toute sécurité dans le chemin du signal audio où des condensateurs à film seraient autrement utilisés pour la stabilité, les tolérances et une faible distorsion. Il s'agit notamment des composants déterminant la fréquence dans les filtres ou Amplificateur-Compensation. En raison des bonnes propriétés HF, en particulier avec les conceptions SMD (montage en surface, sans fils de connexion), ils sont également utilisés pour la décharge d'interférences.
Les condensateurs à film sont populaires pour les applications dans le chemin du signal, c'est-à-dire pour les filtres, le blocage de la tension continue, etc., en particulier lorsque les capacités requises ne sont plus facilement couvertes par la céramique de classe 1, car les condensateurs à film sont généralement plus chers que les condensateurs en céramique.
Les condensateurs électrolytiques peuvent également être utilisés pour bloquer la tension continue ou à des fins de couplage, mais vous devez faire attention à la polarité (une basse tension dans le sens opposé jusqu'à environ 1 V n'a pas d'importance) et vous devez clairement surdimensionner la valeur de la capacité ( facteur 10 si possible) dans l'intérêt d'une faible distorsion).
Certains diélectriques ont un effet appelé absorption diélectrique. Cela signifie qu'il existe un autre mécanisme de stockage d'énergie qui a quelque chose à voir avec les alignements moléculaires et qui n'est pas uniquement dû au champ électrique. L'effet est que le court-circuit du condensateur ne supprime pas toute l'énergie stockée, donc lorsque le court-circuit s'ouvre, une (basse) tension redevient mesurable. Le sensibilité d'un circuit pour cet effet est très différent, dans un cas, l'effet n'a pas de conséquences pratiques, dans un autre cas, il est clairement perceptible. Ce dernier cas est rare dans le secteur audio, mais il existe des applications en technologie de mesure où cet effet peut être très perturbateur.