电解质电容浅谈

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电解质电容器的浅谈
现在科技高速发展的时代，电子管和一些老元件已经退伍了很多年，但现在有个现象，玩这些东西的人却很多，好像时光要倒流一样。很多焊机派和摩机派的烧友从实践中体会到，一台好的Hi-Fi功放要想靓声，必须要精心选料。元件的使用不当会影响到器材放音的质量，许多DIY仿制的名机，照图制作，仿制完毕放音质量不如人意，这样的例子经常见到，这和选料不当有着直接的关系。
  资深的老烧友都明白，每一种元件都有着独特的性能及音色的表现，在同一电路里，同一数值的元件材质不同，生产厂家不同而另音质表现冷暖不同，很多老牌子的元器件能随着时光流逝至今屹立不倒在Hi-Fi圣坛上，除了一贯高质量制作之外，其所蕴含的个性也是一大原因。像早年欧美流行的300B，2A3,GEC的KT66,6550等真空管是发烧友最为珍爱的名胆，具有着甜畅，醇厚又圆润的音色风格，浓重的胆管韵味，胆发烧友听过之后念念不忘，保证你会中胆毒。因此选料的好坏，对于一部出色的Hi-Fi器材来说起着决定性的作用。
  电容作为电路中不可缺少的元件之一，他对音质和音色的影响大家众所周知了。不少发烧友在听音评价中发现，同一电路，更换一下耦合电容，甚至电源滤波电容容量和品牌，音质就有不同的变化。这是因为不同的电容，如铝质电解电容，钽电解电容，独石电容，云母电容，聚丙烯电容，聚苯乙烯电容和聚酯等等不同的电容，即使他们的容量和耐压都一样，但他们的制作工艺及材料不同而令其本身固有的介质损耗、绝缘电阻、介质充放电速率以及串联等效电感等相差甚远。像我们以前常在前级放大器中做耦合用的铝质或是钽质电解电容，在工作中它的容量，漏电流和绝缘电阻都不是保持一定的恒值，而是加在他两端上的电压值的时间函数。由于他两端工作电压的变化，或是因为工作时间一长造成的耦合电路时间常数的变化，就带来因为直流工作点改变而重新调整的麻烦，相信很多发烧友都有过类似的经历。虽然这种变化不是很大，在放音质量要求不高的过去的年代里也听不出失真增加了多少，音质劣化了多少，但在当今的数码时代里，Hi－Fi系统各环节质量越来越高的情况下，在关键位置的电解电容的这种变化就不容忽视了，一点微小的变化就会引起失真，如耦合通道，反馈回路，滤波电路等重要位置。
  现在市面上的取消耦合电容的直流放大器肯定能比普通非直流放大器容易得到较好的音质，但由于直流放大器用于抑制易于零点飘移的弱点而设置的电路，以及用电阻或二极管或增加放大级数使用较多的电晶体管来做电平移动均会使电路复杂化而令制作变的困难，况且这些附加电路对音质产生的影响因素亦随之增加，电路最好是简单化，多一级电路就多一个干扰点。另外虽然直流化放大器能消除耦合电容的影响，但电路中不能根除的相位补偿电容对音质的影响也是同样存在的。因此，在提倡简洁为本的设计制作DIY的今天，选一种具有最佳表现的电解电容来做级间耦合或是退偶，相位补偿依然是解决问题的一个好办法。
  到目前为止在DIY音频放大器中使用的电解电容不存在纯电容，即使那些昂贵的MKT Rtx，SOLEN，REL Capte-fion，黑WIMA之类的顶级电容也或多或少的存在损耗，相移，失真等问题，而这些固有的问题将会影响到放大器的音质音色的好坏。一个电容器除了含有电容之外还含有电阻和电感，他们的数值大小取决于这个电容器的材质，结构，引线长度和输出端子的形状。同时，电容器内的介质也并不是极其理想的绝缘体，再加上额定耐压电压时多少会有些漏电，漏电情况根据作用于该电容器两端的工作电压大小有关，加到电容器两端的电压越高，漏电就越明显，反之电压越低漏电就越小。出了以上的情况外，电容器还有一个很少被大家提到的而有影响音质音色的特性――介质吸收（Dielectric absorption，简称DA）。介质吸收是由于介质中电荷位移时引起的类似于储存能量递减的想象，该现象既是因延迟转换所获得的能量，表现为经过一段时间的短路放电后，电容器仍残存有部分能量来不及释放。不少人认为，在信号通道里使用介质吸收性能较差的电容器如电解电容是使音质变坏的因素之一。但这跟有些名牌电容如SOLEN，REL Capte-fion等由于设计上的需要或是特点利用介质吸收的原因来造成音色稍朦胧而显得余韵足，柔和有音乐感是不同的，SOLEN的这种做法，虽然归根到底来说是一种轻微的音染失真，但同时也给校声带来了方。
  电容器因用途不同，结构不同，材质不同而出现品种是五花八门，他们的电性能，结构和用途在很大程度上取决于所用介质，而按介质分类为有机介质，无机介质，液体油介质和气体介质电容等等，而音响电路方面晶体管机用的最多的是有机介质，无机介质电解电容。有机介质电容又称薄膜电容，是以纸介（MP），金介，聚酯（Mylar又称涤纶），聚苯乙烯（MKS），聚丙烯（MKP）,聚碳酸酯（MKC）和聚对苯二甲酸酯（MKT）等为主的几种电容，其中纸介，聚酯，聚丙烯三种电容中各自又分有、无金属化介质两种。一般而言，金属化介质的电容一旦介质被击穿时，击穿处产生的电弧电流会使金属膜融化蒸发，使短路消灭，可以自动恢复正常工作而具有自愈功能，这种电容的性能很好，一般使用在电源上的。金属化聚酯电容（Mylar）和金属化聚丙烯电容（MKP）可以消除卷绕带来的电感，制成性能更好的无感电容，这种要选择电容上标称×2的电容，绕制工艺特殊，无感电容。无机电容以云母，瓷介，独石，玻璃釉等几种电容为主。电解电容器以铝电解电容为代表，具有体积小容量大的特点，他可以做到几十微法到两、三万微法，但它的阻抗频率特性较差，温度特性也不好，绝缘电阻低，漏电流大，长时间不使用会变质失效。由于电解质的导电性不太好，电阻较大，损耗也较为可观，潜布电容和误差也不是很小，种种原因让电解电容性能远不及薄膜电容，它只适合用在电源滤波上和电源退偶上使用，不宜用在音频耦合电路里。
  这些年来电解质电容也开发生产出比铝质电解更好的钽质、铌质电解电容，与铝质电解电容相比，钽质或铌质电解电容在长期储存后仍具有很小的漏电性，耐压也较高，在85°C～200°C的高温下仍可正常稳定工作，且温度升高时漏电量减小，其机械强度高于铝质电解电容，体积也比铝质电解电容小的多，但容量只能做到一两千微法左右，价格高很多。由于钽质，铌质电解电容具有半导体效应，作为音响电路使用时仍然不是理想的，并不是有段时间被一些烧友所吹捧的那样好，作为级间退偶电容使用时，钽质和铌质在中高频表现上是柔软乏力，而且缺乏一种清晰的分析力，细节表现和小信号表现不好，好像是丢了什么东西，声音没有穿透力，听感不是理想的。本人从开始时就简单讨论过电解电容作为级间退耦合电容得不宜性，若非使用容量大或是其他不得已的原因，最好不要用电解质电容做耦合使用，但有一种专门为音频设计的湿式双极性电解电容除外，他可以用于分频滤波器，做音箱的分频滤波用，但是再有同等容量的薄膜电容的条件下，还是选择薄膜电容做分频器用。

要对各种电容器的各项性能一一对比测试是件十分繁琐的工作，我现在还没有这些条件来一一对比，主要是时间上的问题，只能简单的说明一下。金属化聚丙烯（MKP）电容是近些年Hi－Fi圈内风头最高的一款发烧电容，国内产品以XinDak、A&T、Tone、Winner等品牌为主，质量可以保证，国外的产品以法国的SOLEN、德国的WIMA MKP-10，德国的ERO MKT产品最为著名了。金属化聚丙烯MKP的音质具有通透的韵味，是高档石机内耦合必用的电容，法国的SOLEN的电容普遍用在音箱分频器内，晶体管机输出耦合，电子管机输出耦合和相位补偿等重要地方，但此电容价格现在相对很贵，性价比不是很高了。现在科技高速发展的时代，电子管和一些老元件已经退伍了很多年，但现在有个现象，玩这些东西的人却很多，好像时光要倒流一样。很多焊机派和摩机派的烧友从实践中体会到，一台好的Hi-Fi功放要想靓声，必须要精心选料。元件的使用不当会影响到器材放音的质量，许多DIY仿制的名机，照图制作，仿制完毕放音质量不如人意，这样的例子经常见到，这和选料不当有着直接的关系。
   资深的老烧友都明白，每一种元件都有着独特的性能及音色的表现，在同一电路里，同一数值的元件材质不同，生产厂家不同而另音质表现冷暖不同，很多老牌子的元器件能随着时光流逝至今屹立不倒在Hi-Fi圣坛上，除了一贯高质量制作之外，其所蕴含的个性也是一大原因。像早年欧美流行的300B，2A3,GEC的KT66,6550等真空管是发烧友最为珍爱的名胆，具有着甜畅，醇厚又圆润的音色风格，浓重的胆管韵味，胆发烧友听过之后念念不忘，保证你会中胆毒。因此选料的好坏，对于一部出色的Hi-Fi器材来说起着决定性的作用。
   电容作为电路中不可缺少的元件之一，他对音质和音色的影响大家众所周知了。不少发烧友在听音评价中发现，同一电路，更换一下耦合电容，甚至电源滤波电容容量和品牌，音质就有不同的变化。这是因为不同的电容，如铝质电解电容，钽电解电容，独石电容，云母电容，聚丙烯电容，聚苯乙烯电容和聚酯等等不同的电容，即使他们的容量和耐压都一样，但他们的制作工艺及材料不同而令其本身固有的介质损耗、绝缘电阻、介质充放电速率以及串联等效电感等相差甚远。像我们以前常在前级放大器中做耦合用的铝质或是钽质电解电容，在工作中它的容量，漏电流和绝缘电阻都不是保持一定的恒值，而是加在他两端上的电压值的时间函数。由于他两端工作电压的变化，或是因为工作时间一长造成的耦合电路时间常数的变化，就带来因为直流工作点改变而重新调整的麻烦，相信很多发烧友都有过类似的经历。虽然这种变化不是很大，在放音质量要求不高的过去的年代里也听不出失真增加了多少，音质劣化了多少，但在当今的数码时代里，Hi－Fi系统各环节质量越来越高的情况下，在关键位置的电解电容的这种变化就不容忽视了，一点微小的变化就会引起失真，如耦合通道，反馈回路，滤波电路等重要位置。
   现在市面上的取消耦合电容的直流放大器肯定能比普通非直流放大器容易得到较好的音质，但由于直流放大器用于抑制易于零点飘移的弱点而设置的电路，以及用电阻或二极管或增加放大级数使用较多的电晶体管来做电平移动均会使电路复杂化而令制作变的困难，况且这些附加电路对音质产生的影响因素亦随之增加，电路最好是简单化，多一级电路就多一个干扰点。另外虽然直流化放大器能消除耦合电容的影响，但电路中不能根除的相位补偿电容对音质的影响也是同样存在的。因此，在提倡简洁为本的设计制作DIY的今天，选一种具有最佳表现的电解电容来做级间耦合或是退偶，相位补偿依然是解决问题的一个好办法。
   到目前为止在DIY音频放大器中使用的电解电容不存在纯电容，即使那些昂贵的MKT Rtx，SOLEN，REL Capte-fion，黑WIMA之类的顶级电容也或多或少的存在损耗，相移，失真等问题，而这些固有的问题将会影响到放大器的音质音色的好坏。一个电容器除了含有电容之外还含有电阻和电感，他们的数值大小取决于这个电容器的材质，结构，引线长度和输出端子的形状。同时，电容器内的介质也并不是极其理想的绝缘体，再加上额定耐压电压时多少会有些漏电，漏电情况根据作用于该电容器两端的工作电压大小有关，加到电容器两端的电压越高，漏电就越明显，反之电压越低漏电就越小。出了以上的情况外，电容器还有一个很少被大家提到的而有影响音质音色的特性――介质吸收（Dielectric absorption，简称DA）。介质吸收是由于介质中电荷位移时引起的类似于储存能量递减的想象，该现象既是因延迟转换所获得的能量，表现为经过一段时间的短路放电后，电容器仍残存有部分能量来不及释放。不少人认为，在信号通道里使用介质吸收性能较差的电容器如电解电容是使音质变坏的因素之一。但这跟有些名牌电容如SOLEN，REL Capte-fion等由于设计上的需要或是特点利用介质吸收的原因来造成音色稍朦胧而显得余韵足，柔和有音乐感是不同的，SOLEN的这种做法，虽然归根到底来说是一种轻微的音染失真，但同时也给校声带来了方。
   电容器因用途不同，结构不同，材质不同而出现品种是五花八门，他们的电性能，结构和用途在很大程度上取决于所用介质，而按介质分类为有机介质，无机介质，液体油介质和气体介质电容等等，而音响电路方面晶体管机用的最多的是有机介质，无机介质电解电容。有机介质电容又称薄膜电容，是以纸介（MP），金介，聚酯（Mylar又称涤纶），聚苯乙烯（MKS），聚丙烯（MKP）,聚碳酸酯（MKC）和聚对苯二甲酸酯（MKT）等为主的几种电容，其中纸介，聚酯，聚丙烯三种电容中各自又分有、无金属化介质两种。一般而言，金属化介质的电容一旦介质被击穿时，击穿处产生的电弧电流会使金属膜融化蒸发，使短路消灭，可以自动恢复正常工作而具有自愈功能，这种电容的性能很好，一般使用在电源上的。金属化聚酯电容（Mylar）和金属化聚丙烯电容（MKP）可以消除卷绕带来的电感，制成性能更好的无感电容，这种要选择电容上标称×2的电容，绕制工艺特殊，无感电容。无机电容以云母，瓷介，独石，玻璃釉等几种电容为主。电解电容器以铝电解电容为代表，具有体积小容量大的特点，他可以做到几十微法到两、三万微法，但它的阻抗频率特性较差，温度特性也不好，绝缘电阻低，漏电流大，长时间不使用会变质失效。由于电解质的导电性不太好，电阻较大，损耗也较为可观，潜布电容和误差也不是很小，种种原因让电解电容性能远不及薄膜电容，它只适合用在电源滤波上和电源退偶上使用，不宜用在音频耦合电路里。
   这些年来电解质电容也开发生产出比铝质电解更好的钽质、铌质电解电容，与铝质电解电容相比，钽质或铌质电解电容在长期储存后仍具有很小的漏电性，耐压也较高，在85°C～200°C的高温下仍可正常稳定工作，且温度升高时漏电量减小，其机械强度高于铝质电解电容，体积也比铝质电解电容小的多，但容量只能做到一两千微法左右，价格高很多。由于钽质，铌质电解电容具有半导体效应，作为音响电路使用时仍然不是理想的，并不是有段时间被一些烧友所吹捧的那样好，作为级间退偶电容使用时，钽质和铌质在中高频表现上是柔软乏力，而且缺乏一种清晰的分析力，细节表现和小信号表现不好，好像是丢了什么东西，声音没有穿透力，听感不是理想的。本人从开始时就简单讨论过电解电容作为级间退耦合电容得不宜性，若非使用容量大或是其他不得已的原因，最好不要用电解质电容做耦合使用，但有一种专门为音频设计的湿式双极性电解电容除外，他可以用于分频滤波器，做音箱的分频滤波用，但是再有同等容量的薄膜电容的条件下，还是选择薄膜电容做分频器用。
要对各种电容器的各项性能一一对比测试是件十分繁琐的工作，我现在还没有这些条件来一一对比，主要是时间上的问题，只能简单的说明一下。金属化聚丙烯（MKP）电容是近些年Hi－Fi圈内风头最高的一款发烧电容，国内产品以XinDak、A&T、Tone、Winner等品牌为主，质量可以保证，国外的产品以法国的SOLEN、德国的WIMA MKP-10，德国的ERO MKT产品最为著名了。金属化聚丙烯MKP的音质具有通透的韵味，是高档石机内耦合必用的电容，法国的SOLEN的电容普遍用在音箱分频器内，晶体管机输出耦合，电子管机输出耦合和相位补偿等重要地方，但此电容价格现在相对很贵，性价比不是很高了。
为了让电解电容在较高的频率下正常工作，改善其高频特性，一般发烧友都会给该电解电容并联一个薄膜电容，但到底要给该电解并联一颗多大容量的薄膜电容呢？这个问题恐怕难道了一些烧友，只有在薄膜电容容量比电解电容的容量小的不太多的情况下改善效果才明显。并联薄膜电容的容量不应小于电解电容容量的三分之一，即47uf的电解电容并联一个15uf～20uf的薄膜电容。但这样一来，必然成本会有所改变，相对来说不会太大的。这个给电源退交联电解电容并联一个小容量的薄膜电容做法是很正确的，因为单靠电解电容来对付电源电网带来的高频成分是很困难的，此时薄膜电容是可以抑制频率高达几兆赫的高频信号，使电源高频杂波尽可能的减少干扰电路。
目前晶体管功率放大器的输出功率越做越大，同时许多人主张重回A类放大状态以取得相对完美的音质，这两种趋势对于功放内部的元件选择提出了更高的要求了，像大功率或是A类放大器的电流大，机内工作温度高，机内元件较为拥挤，这些必然要影响到电容的正常使用了。根据测试比较，铝质电解电容的温度特性不太好，在温度升高时，其综合特性明显恶化，但钽质电解电容的特性就比铝质电解电容好的多，但是也不是理想的，相对测试，聚丙烯和聚对苯二甲酸酯（MKT）电容还过得去，应该指出的是，金属化聚丙烯，聚苯乙烯（MKS）或是聚酯（涤纶 Mylar）电容耐温性比非金属化要好一些，还有聚碳酸酯（MKC）电容的温度特性最好，他的性能随温度温差变化最小，因此选用在温度稳定性要求高的场合中，最好选用聚碳酸酯(MKC)电容。
在容量偏离值规定当中，实测聚丙烯电容器不大于3％，聚对苯二甲酸酯电容器不大于5％，然而电解电容则可达到20％～30％。除去那些无感（并非完全无感，只是自感量极小而已）的电容，测试各厂电容时，他们自身电感量都很小。
我们大家都知道，除了纯电阻器外，任何一种非线性的元件都将带来失真，只是轻重的问题了，所以测试对比各电容器的谐波失真（THD），利用了频谱分析仪和音频信号发生器对钽质电解电容，铝质电解电容，聚丙烯，聚对苯二甲酸酯四种电容进行了测试，然而测试结果却令传统的概念大跌眼镜，失真度最大的竟是钽质电解电容，在传统观念中，钽质电解电容比铝质电解电容好的多了，无论体积，耐温性能和稳定性能方面都胜铝质电解电容一筹，但是测试结果却和传统观念截然不同。钽质电解电容的失真远远大于铝质电解电容，铝质电解电容相对好很多，而聚丙烯，聚对苯二甲酸酯两种薄膜电容的失真极小，可以忽略不记了。该次测试反映出为什么一些音频专用的铝质电解电容的音质比钽质电解电容表现的好的多，钽质电解电容由于失真过大对音质效果影响较为明显，结论就是不宜使用在用于要求较高的电路中。
从理论上分析，增大耦合电容的容量，把RC耦合电路的截止频率选为1Hz而不是10Hz，使失真区域下移到音频范围之外是可以改善失真效度的。但是大容量的电解电容器做耦合电容，其失真度比用小容量电容器大的多，在实际应用中，过大的容量是易于增加相移和令音频过于沉重，厚实而反映不佳，速度减慢，严重的脱尾，令音质失去动感。作为级间耦合电容，使用MKP，MKC的WIMA牌或是SOLEN牌的电容无疑是最佳的选择，他们的表现要比音频电解电容并薄膜电容效果好多了，况且在测试中选用也不是麻烦事。在条件不允许的情况下，只能用电解电容，但从高性能出发要选择如ELNA for Audio等音响专用牌子的电解电容。一般而言，电解电容的谐波失真（THD）主要是奇次谐波引起的，而这种失真听起来特别刺耳让人不舒服，令人有毛刺的感觉。试验容量为4.7uf的电解电容和金属化MKP的电容在频率500Hz，输入信号0.5V～10V下测试比较，结果很显然，电解电容的失真度是随着信号输入强度的增大而增加的，而金属化MKP却几乎没什么变化，因此在处理较强信号的地方，如DIY高品质晶体管，电子管放大器中，耦合电容的质量是很重要的，尽量选用金属化MKP电容或是MKS电容。
在退耦合电容关系到音质的表现下，选用高质的MKP或是MKS电容是首选，实在不行，那些音响专用电解电容亦可，然而不要忘了给这种电解电容并一颗一个容量相当的薄膜电容。近年来，高烧之下，在电解电容器的运用上，特别是用在电源滤波电路中的电解电容有越来越大的倾向，加上一些Hi－Fi名器机内动不动就用以几万甚至十几万微法容量的电解电容器来宣扬其水塘之威之劲的说法，更是推波助澜，实际上如何呢？我们从前一段的分析已经知道，用大容量的电解电容器做耦合时，其失真度比小容量更大。相信这种观点同样亦适合用于滤波电路，大容量的电解电容虽有较大的储存能量能力，但是由于介质吸收、损耗、漏电量以及失真度随着容量的增加而增大的原因令其表现复杂起来，因此我认为从科学观点上看，超大容量的滤波电容是没有必要的，严重时，他甚至同较大容量的耦合电容一样带来动瞬态全部变差，声音活跃感失去，音色沉闷不堪，相移也增大，还会令变压器电压下降，这些都给音质带来了一定的影响。
“万绿丛中一点红，动人春色不须多”，有些烧友在组装电子管放大器时作了有趣的实验，选用小容量的精品薄膜电容取代较大的电解电容做电源滤波用，效果竟然出人意外，只是略显声音薄些，再并上一个适当容量的电解电容，一般取值47uf左右，效果非常令人满意。用小容量的薄膜电容做胆机的滤波电容可以提高可靠性，防止烧毁整流管音色更为自然，关键在于一个人的选用了，电解电容和薄膜电容任选其一了。