電解電容在電源中的應(yīng)用知識(shí)

一般電解電容在使用時(shí),若無(wú)很大的紋波,耐壓只要比實(shí)際值大20%即可,即7805的輸出用10V
已非常夠,6V也行;7809用16V足夠,用10V不會(huì)有大問(wèn)題,三端穩(wěn)壓器的輸出端不用接很大的電
容,視實(shí)際負(fù)載而論,一般100mA接47-100uF就可,1A接470-1000uF,最好再接一只0.01-0.1uF
的小瓷片或獨(dú)石電容.

電容器(capacitor)在音響組件中被廣泛運(yùn)用，濾波、反交連、高頻補(bǔ)償、直流回授…隨處可見(jiàn)。但若依功能及制造材料、制造方法細(xì)分，那可不是一朝一夕能說(shuō)得明白。所以縮小范圍，本文只談電解電容，而且只談電源平滑濾波用的鋁質(zhì)電解電容。 每臺(tái)音響機(jī)器都要吃電源─除了被動(dòng)式前級(jí)，既然需要供電，那就少不了「濾波」這個(gè)動(dòng)作。不要和我爭(zhēng)，采用電池供電當(dāng)然無(wú)必要電源平滑濾波。但電池充電電路也有整流及濾波，故濾波電容器還是會(huì)存在。 我們現(xiàn)在習(xí)用的濾波電容，正式的名稱(chēng)應(yīng)是：鋁箔乾式電解電容器。就我的觀察，除加拿大Sonic Frontiers真空管前級(jí)，曾在高壓穩(wěn)壓線路中選用PP塑料電容做濾波外，其它機(jī)種一概都是采用鋁箔乾式電解電容；因此網(wǎng)友有必要對(duì)它多做了解。 面對(duì)電源穩(wěn)壓線路中擔(dān)任電源平滑濾波的電容器，你首先想到的會(huì)是什麼？─容量？耐壓？電容器的封裝外皮上一定有容量標(biāo)示，那是指靜電容量；也一定有耐壓標(biāo)示，那是指工作電壓或額定電壓。 工作電壓(working voltage)簡(jiǎn)稱(chēng)WV，為絕對(duì)安全值；若是surge voltage(簡(jiǎn)稱(chēng)SV或Vs)，就是涌浪電壓或崩潰電壓;，超過(guò)這個(gè)電壓值就保證此電容會(huì)被浪淹死─小心電容會(huì)爆！根據(jù)國(guó)際IEC 384-4規(guī)定，低於315V時(shí)，Vs=1.15×Vr，高於315V時(shí)，Vs=1.1×Vr。Vs是涌浪電壓，Vr是額定電壓(rated voltage)。 電容器的電荷能量是以Q＝CV來(lái)表示，Q是庫(kù)倫，C是靜電容量，V是電壓；故當(dāng)電壓值不變時(shí)，加大靜電容量就能增高電荷能量。請(qǐng)注意，電容器的容量單位應(yīng)是F(farad)，可是因計(jì)量太高造成數(shù)值偏低，故多改用μF，1F=一百萬(wàn)μF。國(guó)外也有用mF表示μF，其實(shí)mF不十分貼切，但機(jī)械式打字機(jī)上沒(méi)有μ鍵，故用m代表micro。 有了靜電容量及工作耐壓兩個(gè)參數(shù)，若你正在選購(gòu)電容，接下來(lái)你會(huì)考慮什麼？直覺(jué)上是價(jià)錢(qián)。嗯，這個(gè)參數(shù)很重要，而且數(shù)值愈低愈佳。也有人先想到品牌，并堅(jiān)持日本貨打死不用─還存著八年抗戰(zhàn)情結(jié)？美國(guó)貨也僅能排第二，瑞典或德國(guó)制造的才能排第一。嗯，這個(gè)參數(shù)也很重要。但既然談到品牌，那就不能忽略系列型號(hào)；因?yàn)橐粋€(gè)制造廠會(huì)生產(chǎn)許多不同系列的產(chǎn)品，系列不同，品質(zhì)及價(jià)格就會(huì)不同。OK，我們先整理一下，有關(guān)電源平滑濾波電容器的參數(shù)已知有：靜電容量、額定工作電壓、涌浪崩潰電壓、價(jià)格、品牌、型號(hào)系列。 不應(yīng)該只有小貓兩三只，外型尺寸也應(yīng)該很重要，因?yàn)榕c它相關(guān)的有重量及接腳型態(tài)，snap-in是插焊PC板式，screw是鎖螺絲式。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個(gè)電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與機(jī)箱規(guī)劃有關(guān)。有些電容不是全圓型，有點(diǎn)像是多角型，Philips、BHC都有這種看起來(lái)似乎很高級(jí)的系列?，F(xiàn)在我們?cè)僬硪幌?，加上重量、外型尺寸、接腳型態(tài)─已有九個(gè)參數(shù)。 外皮顏色？這是誰(shuí)提出來(lái)的？很妙。因白色、黑色、藍(lán)色塑膠封裝都有廠商在用，它有時(shí)也具有某些意義，例如日規(guī)黑底金字常代表高級(jí)for audio音響級(jí)電容。僅憑外觀還能想到哪些？制造日期，9627就是1996年第27周出廠；近年來(lái)日制電容似乎逐漸有意省略制造日期的標(biāo)示。但外皮顏色及文字印刷不直接與品質(zhì)有關(guān)，故僅加上制造日期參數(shù)。還有，別忘了適用工作溫度，因?yàn)?105度C比85度C更適用於真空管機(jī)。若機(jī)器要擺在南極，最好選耐負(fù)55度C的品種。 容量誤差也別遺漏，當(dāng)采多顆并聯(lián)，為求得單只特性均勻，誤差當(dāng)然是愈低愈佳?，F(xiàn)在再加上工作溫度及容量誤差，咱們手上已有12個(gè)參數(shù)，對(duì)電容器應(yīng)有三成以上了解。 請(qǐng)別會(huì)錯(cuò)意，電容的工作溫度不是指環(huán)境或表面溫度─不管幾度，封裝塑膠外皮都是一樣，它是指鋁箔工作溫度，所以裝管機(jī)選用85度C品種也絕對(duì)OK，只要將電容器遠(yuǎn)離管仔就一定安全。 可是真正有關(guān)電容器品質(zhì)的幾個(gè)重要參數(shù)，卻都只存在原廠規(guī)格書(shū)中，完全不會(huì)顯露在成品封裝外皮上，而這些重要參數(shù)才是本文談?wù)摰闹攸c(diǎn)。 散逸因數(shù)─損失角 散逸因數(shù)dissipation factor(DF)存在於所有電容器中，有時(shí)DF值會(huì)以損失角tanδ表示。想想，損失角，既有損失，當(dāng)然愈低愈好。塑料電容的損失角很低，但鋁電解電容就相當(dāng)高。DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來(lái)說(shuō)，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關(guān)系；當(dāng)容量相同時(shí)，耐壓愈高的DF值就愈低。舉實(shí)例做說(shuō)明，同廠牌同系列的10000μF電容，耐壓80V的DF值一定比耐壓63V的低。所本刊選用濾波電容常會(huì)找較高耐壓者，不是沒(méi)有道理。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會(huì)愈高。 但許多電容器制造廠，在規(guī)格書(shū)上常不注明散逸因數(shù)DF值，因?yàn)閿?shù)值甚高很難看。以瑞典RIFA為例，其藍(lán)色PHE-420系列是MKP塑料電容，它的DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色頂級(jí)PEH169系列鋁質(zhì)電解電容，就未標(biāo)示損失角規(guī)格。若真注明DF值，可能會(huì)是1.0000，小數(shù)點(diǎn)是在1的後面。 漏…漏電流 哇！漏電！最好沒(méi)有。可是沒(méi)辦法，鋁電解電容在工作時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生漏電流。 漏電流(leakage current)當(dāng)然要低，它的計(jì)算公式大致是:I＝K×CV。漏電流I的單位是μA，K是常數(shù)，例如是0.01或0.03，每家制造廠會(huì)選擇不同的常數(shù)。但不論如何，電容器容量愈高，漏電流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，這個(gè)「漏電流」也請(qǐng)考慮在內(nèi)。從計(jì)算式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。 但降低電容器的漏電流并不容易，低漏電流low leakage current-LL系列價(jià)格高昂，我曾向國(guó)內(nèi)廠商訂制一批低漏電流LL系列電容，價(jià)格比許多進(jìn)口電容還貴。漏電流規(guī)格，鋁電解電容就比鉭電解電容差許多，鉭質(zhì)電容也有乾式及濕式兩種，不過(guò)它的容量及耐壓都較低。 除特別定制外，面對(duì)一般品，想要降低它的漏電流可設(shè)法提高Vs對(duì)Vr的比值。Vs是涌浪電壓，其值當(dāng)然比Vr額定電壓高，但施加電壓(真正的工作電壓)還應(yīng)該比Vr低，例如取Vr的90％；找高耐壓品種可說(shuō)是完全正確。 等效串聯(lián)電阻ESR 一只電容器會(huì)因其構(gòu)造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗，比較重要的就是ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感─這就是容抗的基礎(chǔ)。電容器提供電容量，要電阻干嘛？故ESR及ESL也要求低…低；但low ESR/low ESL通常都是高級(jí)系列。 ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度…都有關(guān)，當(dāng)額定電壓固定時(shí)，容量愈大 ESR愈低。有人習(xí)用將多顆小電容并接成一顆大電容以降低阻抗，其理論是電阻并聯(lián)阻值降低。但若考慮電容接腳焊點(diǎn)的阻抗，以小并大，不見(jiàn)得一定會(huì)有收獲。 反過(guò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)容量固定時(shí)，選用高WV額定電壓的品種也能降低 ESR；故耐壓高確實(shí)好處多多。頻率的影響：低頻時(shí)ESR高，高頻時(shí)ESR低；當(dāng)然，高溫也會(huì)造成ESR的提升。 串聯(lián)等效電阻ESR的單位是mΩ，高級(jí)系列電容常是low ESR及l(fā)ow ESL。若比較低內(nèi)阻及低漏電流兩種特性，則低內(nèi)阻容易達(dá)成，故標(biāo)示low ESR的電容倒很常見(jiàn)。ESR與損失角有關(guān)聯(lián)，ESR＝tanδ/(ω×Cs)，Cs是電容量。 有時(shí)電容器規(guī)格上會(huì)有Z，它與ESR的意義不同，但Z的計(jì)算示與ESR有關(guān)，同時(shí)也考慮到容抗及感抗，是真正的內(nèi)阻。剛才提到電容的ESR單位是mΩ，那是指大電容，若是220μF小容量電容，其ESR單位就不是mΩ而是Ω。何種電容器的ESR最低？答案只有一個(gè)：Sanyo的OS有機(jī)半導(dǎo)體電容！ 漣波電流Irac 前面談到的散逸因數(shù)DF-損失角tanδ、漏電流、ESR-串聯(lián)等效電阻…等，其值都是愈低愈好，但現(xiàn)在要提的漣波電流ripple current卻是愈高愈好。特別是現(xiàn)在都特別講究後級(jí)擴(kuò)大機(jī)要有大電流輸出，電源平滑濾波電容器的漣波電流Irac(或Iac)就顯得格外突出。 漣波電流Irac的標(biāo)示至少應(yīng)有低頻及高頻工作時(shí)兩種規(guī)格數(shù)字，低頻大約是以120Hz做標(biāo)準(zhǔn)，高頻大概是以 10KHz做標(biāo)準(zhǔn)，但不同制造廠商可能會(huì)有略微的差別。 漣波電流與頻率剛好成正比，因此低頻時(shí)漣波電流也比較低?？墒菍?duì)我們音響迷來(lái)說(shuō)，低頻段的Irac值才是重要。所以在采購(gòu)電容器時(shí)，漣波電流數(shù)字高低是極為重要的依據(jù)。在一般狀況下，同品牌時(shí)，鎖螺絲式電容的漣波電流通常比snap-in插PC板式來(lái)得高。 曾經(jīng)有一種說(shuō)法：RIFA的10000μF相當(dāng)於其它廠牌15000μF，因?yàn)榇蟛糠萑罩齐娙莸臐i波電流都不高，而RIFA又特別高，故好像可以一