鋁質(zhì)電解電容的構造

鋁質(zhì)電解電容的構造

電容器(capacitor)在音響組件中被廣泛運用，濾波、反交連、高頻補償、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。

　每臺音響機器都要吃電源─除了被動(dòng)式前級，既然需要供電，那就少不了「濾波」這個(gè)動(dòng)作。不要和我爭，采用電池供電當然無(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。

我們現在習用的濾波電容，正式的名稱(chēng)應是：鋁箔干式電解電容器。就我的觀(guān)察，除加拿大Sonic Frontiers真空管前級，曾在高壓穩壓線(xiàn)路中選用PP塑料電容做濾波外，其它機種一概都是采用鋁箔干式電解電容；因此網(wǎng)友有必要對它多做了解。

　面對電源穩壓線(xiàn)路中擔任電源平滑濾波的電容器，你首先想到的會(huì )是什幺？─容量？耐壓？電容器的封裝外皮上一定有容量標示，那是指靜電容量；也一定有耐壓標示，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！根據國際IEC 384-4規定，低于315V時(shí)，Vs=1.15×Vr，高于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是庫倫，C是靜電容量，V是電壓；故當電壓值不變時(shí)，加大靜電容量就能增高電荷能量。請注意，電容器的容量單位應是F(farad)，可是因計量太高造成數值偏低，故多改用μF，1F=一百萬(wàn)μF。國外也有用mF表示μF，其實(shí)mF不十分貼切，但機械式打字機上沒(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，若你正在選購電容，接下來(lái)你會(huì )考慮什幺？直覺(jué)上是價(jià)錢(qián)。嗯，這個(gè)參數很重要，而且數值愈低愈佳。也有人先想到品牌，并堅持日本貨打死不用─還存著(zhù)八年抗戰情結？美國貨也僅能排第二，瑞典或德國制造的才能排第一。嗯，這個(gè)參數也很重要。但既然談到品牌，那就不能忽略系列型號；因為一個(gè)制造廠(chǎng)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、型號系列。

　不應該只有小貓兩三只，外型尺寸也應該很重要，因為與它相關(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。至于重量，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；而外型尺寸更與機箱規劃有關(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)似乎很高級的系列?，F在我們再整理一下，加上重量、外型尺寸、接腳型態(tài)─已有九個(gè)參數。

　外皮顏色？這是誰(shuí)提出來(lái)的？很妙。因白色、黑色、藍色塑膠封裝都有廠(chǎng)商在用，它有時(shí)也具有某些意義，例如日規黑底金字常代表高級for audio音響級電容。僅憑外觀(guān)還能想到哪些？制造日期，9627就是1996年第27周出廠(chǎng)；近年來(lái)日制電容似乎逐漸有意省略制造日期的標示。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。還有，別忘了適用工作溫度，因為 105度C比85度C更適用于真空管機。若機器要擺在南極，最好選耐負55度C的品種。

　容量誤差也別遺漏，當采多顆并聯(lián)，為求得單只特性均勻，誤差當然是愈低愈佳?，F在再加上工作溫度及容量誤差，咱們手上已有12個(gè)參數，對電容器應有三成以上了解。

　請別會(huì )錯意，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，所以裝管機選用85度C品種也絕對OK，只要將電容器遠離管仔就一定安全。

　可是真正有關(guān)電容器品質(zhì)的幾個(gè)重要參數，卻都只存在原廠(chǎng)規格書(shū)中，完全不會(huì )顯露在成品封裝外皮上，而這些重要參數才是本文談?wù)摰闹攸c(diǎn)。

　散逸因數─損失角

　散逸因數dissipation factor(DF)存在于所有電容器中，有時(shí)DF值會(huì )以損失角tanδ表示。想想，損失角，既有損失，當然愈低愈好。塑料電容的損失角很低，但鋁電解電容就相當高。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(chǎng)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(chǎng)，在規格書(shū)上常不注明散逸因數DF值，因為數值甚高很難看。以瑞典RIFA為例，其藍色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PEH169系列鋁質(zhì)電解電容，就未標示損失角規格。若真注明DF值，可能會(huì )是1.0000，小數點(diǎn)是在1的后面。

　漏...漏電流

　哇！漏電！最好沒(méi)有?？墒菦](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)當然要低，它的計算公式大致是:I＝K×CV。漏電流I的單位是μA，K是常數，例如是0.01或0.03，每家制造廠(chǎng)會(huì )選擇不同的常數。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」也請考慮在內。從計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，我曾向國內廠(chǎng)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。漏電流規格，鋁電解電容就比鉭電解電容差許多，鉭質(zhì)電容也有干式及濕式兩種，不過(guò)它的容量及耐壓都較低。

　除特別定制外，面對一般品，想要降低它的漏電流可設法提高Vs對Vr的比值。Vs是涌浪電壓，其值當然比Vr額定電壓高，但施加電壓(真正的工作電壓)還應該比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。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)，當額定電壓固定時(shí)，容量愈大 ESR愈低。有人習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，高級系列電容常是low ESR及l(fā)ow ESL。若比較低內阻及低漏電流兩種特性，則低內阻容易達成，故標示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)電容器規格上會(huì )有Z，它與ESR的意義不同，但Z的計算示與ESR有關(guān)，同時(shí)也考慮到容抗及感抗，是真正的內阻。剛才提到電容的ESR單位是mΩ，那是指大電容