耦合电容.docx
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耦合电容
音频耦合电容对音质影响的定量分析
丁丁硬件视点 2009-04-2311:
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为这次测试，收集了如下电容样本，标称容量都是0.1uF的。
图中1号是个陶瓷介质电容；2-6号是各种类型的薄膜电容，其中6号是西门子的，其余是杂牌，有国内也有国外的；7号是陶瓷密封油浸薄膜电容，耐压最高，是1000V。
有人会问，这么小容量的电容几乎不用到音频耦合回路里面呢！
呵呵，这个问题当然是和后级电路的输入阻抗有关联。
当后级输入阻抗大于47k欧时，0.1uF电容耦合对低频损失是可以接受的。
测试电路很简单，如下图。
大家知道，很多音频的指标对音质有直接影响。
不如说信噪比、动态、输出功率、谐波失真。
。
。
等等，大家尽量发挥自己的想象力，这么简单的一个电路里面，电容究竟会对那个重要的指标有影响而改变音质呢？
当然，最容易影响的是频响。
但是前面提到了，只要RC时间常数足够大，低频下降就可以忽略，所以这里不予以考察。
这次重点放在THD即全谐波失真指标的测量与分析。
下面这个图标是R=2K时，7个电容对应的THD+噪声和信号频率的关系。
图中线是耦合电容短路（即信号直通）时的失真曲线，也是这个测量系统在这个条件下的测量极限。
实际上，看到这张曲线图是，我心里是吓了一跳的。
特别是1#样本，在500Hz以下频率，失真居然会达到0.2%以上！
这个量级对训练有素的耳朵来说是能够听出来的了。
眼尖的同学或者会看出来，由于电阻取的是2K，而电容只有区区0.1uF，所以这个电路是个一阶高通滤波器。
当频率很低时输出会衰减很多，而我们测的是（THD+噪声）/（信号＋噪声），即这是信号变小了，比值自然会增大。
也就是说，这个结果未必是真的谐波引起的。
所以，我们有必要还是定量的看一下到底高通曲线是啥样子。
如下图。
哈哈，500Hz对于平顶部分只下降了4dB。
所以上面的担忧可以排除了。
看来真的是有谐波失真发生哦，真郁闷！
不到黄河心不死！
我要看谐波成分是啥样子。
对了，做快速傅立叶分析。
做了1号和7号两个样本分别在1kHz和400Hz输入时的谐波成分分析，如下图。
1kHz输入时
400Hz输入时
果然，全部都是如假包换的谐波！
接受这个现实的同时，就得回答一个问题了：
电容是非线性元件吗？
怎么会有这么大的非线性失真呢？
鉴于失真最厉害的是1号陶瓷电容，而陶瓷材料会有压电特性。
是不是这些电容因为加上电压后有什么变化呢？
于是给电容加上偏置电压，选了1号、4号和7号三个样本，测试结果如下图。
图表中可以看出，1号样品缺失电容量虽偏置电压变化而变化。
偏压从0V变到15V时，容量居然从96.3nF变化到98.2nF，变化率达到1.97%！
另外两个样品却没测出来类似的容量变化。
那么，1号样品的这个偏压-容量变化关系在这个耦合电路里会引起什么样的后果呢？
一般的来说，有交流信号通过电容时，电容会有一个阻碍作用，既是容抗。
容抗Ｘc=1/（ωC）=1/（2πfC）。
如果信号的频率ｆ不变，当Ｃ变化时，Xｃ也是变化的。
我们再看前面的测试电路，实际是一个Ｘｃ与Ｒ的串联分压电路。
Ｘｃ越大，输出越小。
呵呵，问题原来在这里了！
对于１#电容，当交流信号在过０点时，电容是一个容量。
当信号不在０点时相当于对电容加了一个偏压；而在波峰或波谷时，偏压达到了最大。
既是说，一个周期的信号通过电容时，电容的容量经历一个容量由小到大再由大到小的循环。
输出信号Ｖｏ＝R/（Xc//R）；当Xc变化时，Ｖｏ自然也就发生变化了。
这就是的整个电路表现出了非线性特性！
输入一个标准正弦波时，输出的却是幅度不按正弦规律变化的畸变波形，这样子谐波失真自然就产生了。
同样的，这个结论也能解释为何频率高时失真小而频率低时失真大。
当信号频率高时，Xc就小，基数小了，变数自然也就更加小，当Ｘｃ小到和Ｒ比可以忽略时，变数引起的畸变自然也无影无踪了。
所以失真特性曲线上，不管那个电容对应的高频段，谐波失真都非常小，直到没有失真。
由于失真是由电容有偏压时引起容量变化而产生的，而偏压越大，电容变化也越大。
那么当信号电压大时，输出信号的失真也会更大！
实际的情况任何呢？
看看下面的测试曲线，描述的是失真对输入信号强度的关系，信号频率是１ｋＨｚ。
图中最下面那条线是电容短路时的测试结果，当作参考。
注意到当输入信号大于１００ｍＶ时，随着信号强度的增加，ＴＨＤ也越来越大。
当输入信号达到１０Ｖｒｍｓ时，失真达到0.1５％左右。
记得前面我们也测了４号和７号电容的偏压-容量特性，在电桥的分辨力范围几乎没看到有容量的变化。
但是在失真曲线上看到的谐波失真却是不能忽略的。
那这又是怎么回事呢？
为了找到这个回答这个疑问的蛛丝马迹，于是对７个电容做了比较全面的参数测量，结果如下表。
看数据我们可以发现，测试频率不同，同一电容的容量也会不同。
为了方便比较，表格的右边专门算出了１００Ｈｚ和１０ｋＨｚ测试频率时同一个电容器的电容量的比值。
画成图表如下。
如果和失真曲线比照，会发现容量变化大的，失真也大。
如图中１#最大，失真也最大；４＃第二，对应失真图上４００Ｈｚ－８ｋＨｚ这段范围内失真表现都很突出；５＃变化最小，失真也几乎是最贴近参考线。
同样的，我们也可以整理一下损耗（方位角正切）的数据，如下面图表。
１＃、４＃、５＃的变化规律，同样是和失真特性相应证的。
即损耗越大，引起的信号失真也大！
综上所述，电压效应（电压-容量变化关系）于对电压敏感的陶瓷电容是引起其产生谐波失真的主要因素。
而对电压不敏感的薄膜类电容，介质损耗、等效串联电阻等因素同样能引起非线性失真，只是这时引起的失真数量级比较低，绝大多数场合是可以接受且人耳不能觉察的。
小结：
该怎么决定音频电路中的耦合电容呢？
很显然，能不用电容耦合就不要用了，现在有源器件的性能已非老早工业时代的产品所能比拟，设计出纯ＤＣ放大电路已经不是什么特别难的课题了。
哦，你不得不要选用电容做耦合，其实结论上面已经有了。
第一不是万不得已，别选用瓷介电容；第二，要挑选Ｑ值高、ＥＳＲ小、介电损耗小的电容，同时注意高频性能要尽量的好。
最后，上一个钽电解电容和铝电解电容（４．７ｕＦ，Ｒ取６００欧）的比较测试结果，当作是本文的结尾吧。
图中，绿线是钽电解，红线是铝电解，这样子的特性，明白了该选哪个做耦合电容了吧？
常见易购的音频耦合使用的电容介绍
小龙
经常有些初学的朋友们问，在哪用什么电容，这种电容怎么样这类的问题，回答得多了也就麻木了，烦了，索性整个贴子供初学者学习，所介绍的都是价格比较便宜的，适合初学者选用的电容。
WIMA威马
性能指标比较高的电容，适合用在整个系统都够高班的器材上，在一般普通的器材上表现较为浮燥，不推荐初学者使用。
RIFA420/426
这系列电容对高频的听感有一定的衰减作用，在一般的器材上表现听感温暖厚实，高频圆润耐听。
性能和指标也不错。
很适合初学者使用。
西门子千层糕电容
声音表现一般，但性能指标极好，适合用于电源退耦。
西门子EPCOS系列
性能指标好，整体表现平衡，无音染。
但初学者用它的话有可能会出现同WIMA出一样的效果。
使用时需要注意用在性能指标比较好的器材和电路上。
EROMKT
整体效果和RIFA420系列相当，非常适合初学者使用，用在哪都不会出很差的声。
美国电子俱乐部
听感表现平衡，稍显有失细腻，适合用在解码器，或放大器的输出耦合。
也是比较实用的电容
西门子MKT
用得好的话，表现平衡大气，细腻。
同样的性能指标比较好，损耗角小，用得不好的话听感会稍显得毛刺。
REL-CAP
这电容市面上很多，不知真假，但实测性能不错，价格也不高，听感也比较平衡，值得推荐。
索伦
听感表现平衡，稍显得有得有些粗，可用在放大器的输出或分频电路上。
常见的音频用电解电容系列
三洋Sanyo：
固体电容SP，SG，SEP，SVP等；
日本化工NCC：
AUDIO，ASF、AWF、给各个音响厂定制的系列；
美国化工UCC：
U36D，URZA和其他延续思碧继续生产的电容系列；
红宝石Rubycon：
BlackGate；
尼康nichicon：
MUSE系列的FW，KW、FineGold，KZ，FA，FX，ES，KG等；
松下Matsushita：
FM，FK，FC，FJ，Pureism，AUDIO，Master，MasterII，X-Pro；
伊娜ELNA：
RJJ，RJH，FORAUDIO，R2O，R2A，R3A，Starget，Cerafine，Silmic，SilmicII，给各个音响厂定制品；
欧美各国生产高品质音频用电容的厂家：
法国SIC-SAFCO，瑞典RIFA，德国ROE，德国ERO，美国思碧（SP），法国L.M.T，法国S.L.C.E，荷兰飞利浦（BC），德国西门子，意大利AV，德国威马（WIMA），德国FRAKO，英国BHC，丹麦杰森JENSEN，美国MIT，美国REL-CAP，美国摩罗利（Mallory），美国伊利诺（IC），法国苏伦（SOLEN），瑞典EVOX，以色列威世（Vishay）。
SIC-SAFCO:
SIC-SAFCO是拥有84年厂史的法国电容厂，就是著名的特弗龙电容的生产厂。
ALSIC系列电容是其生产的LL型长寿命低阻抗系列105度耐高温品种，来自法国的补品电解电容SIC-SAFCO，音色高贵。
高速，高Ripple电流，低自感，极低内阻，超长寿命直逼rifa124系列。
低频下潜好，弹性十足，音色甜美温暖，声音秀气象二八少女一样纯情，解析力也相当高。
用它来摩CD机解码，做退藕部分相当完全。
其高压电容十分受胆友喜欢。
ROE:
德国ROE发烧极品电容。
这个就是传说中ROE里声音最柔美的EB系列，轴向结构。
大名鼎鼎的ROE电解电容是德国造的高级电解电容，广泛使用在很多价格不菲的高档音响中,金黄色的胶皮包装，令人不由得联想起泛着黄金般光泽的音质与音色。
品质优异，性能稳定，而且寿命很长。
耦合，退耦极品，声音中性偏温暖，速度快，解析力很高，音场开阔和思碧电容搭配使用可以说是天下无双。
RIFA:
瑞典生产的RIFAPEG124长寿命发烧电容，RIFAPEG124系列是RIFA电解电容中寿命最长的几个系列之一。
使用寿命大于30年远超过著名的RIFAPEH169系列。
轴向安装设计，大电流纯铜引脚。
低内阻，低分布电感，高涟漪电流，低泄露，长寿命，耐高温125度。
本品为全新品极为少见。
RIFAPEG124效果极佳。
其效果主要表现在以下几个方面：
1.音色极为优美，各音域表现异常全面，几乎无懈可击。
2.速度非常快，决不拖泥带水，让你想起法拉利的赛车，该电容在小动态时优美动听，在大动态时从容不迫，轻而易举的完成爆棚，而且力度，音场让人都非常满意，你都想不明白这百万雄兵是从哪里冒出来瞬间又躲到了哪里。
3.细节非常丰富，表达非常细腻，在我用过的这些名牌电容中，这款电容是最具有胆味的产品，有网友说该电容是去除数码声的利器，对此我完全赞同。
思碧的电容本身胆味不浓，但可以和其他的元件配合，将胆气烘托出来。
但这款电容本身就具有浓郁的胆气。
该电容的好处不是用几句话就能说明的，我个人愿意用天下第一，无懈可击来对其做出评价。
如果硬要找点其弱点的话，我觉得这款电容比较挑电和含银的线搭配效果最好，和铜线搭配效果就差些，之前的供电部分越好，电容的效果就发挥的越好。
另外就是这款电容的体积较大，在石机上用还还说，但是用在胆机上就比较困难了。
因为胆机滤波电容的直径一般35mm,但是rifa的胆机电容的直径太粗，很难安装。
这款电容几乎不发热。
此前我的CD机原配的电容为nichicon（蓝精灵）电容，是muse系列，是一款音响专用电容，但是使用半个小时后，电容就非常热了，长期使用，烘得上盖板都温温的，但是，RIFA的多款电容无论怎么使用都没有一丝热量。
瑞典的RIFA电解电容，采用的厂家寥寥可数，因为RIFA电容实在太贵了，这麽贵的售价当然是有其道理的，不用说也知道，一定是性能以及品质都实在是好得没话说，要不然卖那麽贵有人买才怪。
但偏偏音响圈中就有那种为诞求得最优秀、最高级的品质而不惜重金的狂热份子，当然它所制成的成品的价也就不会低到那里了。
例如AudioNord有一款DaliGravity後级定价是一台五百万日币（约40万人民币），另外丹麦的音响精品Gryphon内部就用了不少的RIFA电容，尤其是DM-100以及REF-1等旗舰级的後级扩大机中的主滤波电容，那几个白色、大得有如罐头的电容器真是令人叹为观止。
RIFA电容内部的等效电感和等效电阻都非常的低，使RIFA电容的好处不止在於它的低频，而在於它的高频之靓。
而且RIFA电容能处理提供的电流非常大，充放电的速度极快，从而它能应付强大的动态以及低频所需的大量电流。
RIFA电容还有一个最重要的特点:
寿命特长，长到如果你四十岁存够了钱买得起一部用RIFA电容做滤波的音响，连续不停的开机使用，它大概可以陪你到一百岁！
！
RIFA的涟波电流Irac、等效串联电阻ESR等效电感等指标达到了目前所有电容中的最高水平。
RIFA电容内部的等效电感和等效电阻都非常的低，他所提供的电流非常大，充放电的速度极快，因此它能应付强大的动态以及低频所需的大电流。
相对于功放在低频大动态时的表现就不言而喻了。
更可贵的是他的高频之靓少有匹敌。
RIFA电容的声音一身“富贵相”，相同容量的电容低频的下潜没有思碧深，量感上也没有思碧来的多，但是质感相当好，富有弹性，松而不肥、荡而不浑。
中频段的形体质感饱满、坚实而不硬，高频段顺滑细腻、良好的空气感、丝丝入扣的分析力也是RIFA的特点。
被誉为“极品中之极品”当之无愧。
RIFA电容特别适合数字电路的电源滤波中，可以降低数码味。
笔者打磨CD机时，将其应用于数字部分的滤波电路，效果真的是非常好。
这一点笔者感触很深。
以笔者使用的经验看，RIFA电容不费吹灰之力日制“补品”电容，打得落花流水。
它的表现已不局限于高、中、低三频的改善，无论速度、动态、质感、密度，是一种整体素质的提升。
真是一分钱一分货，贵的有道理。
SPRAGUE:
思碧电容体积、重量较一般日产电容大许多，做工及品质都非常好，而且寿命很长。
音乐感好，经与日本ELNA电解对比，低频下潜极好，有质有量，速度适中，声音厚实有层次，中频温暖，高频极其柔顺，如丝般光滑。
有的人认为解析力稍有不足，一般配德国ROE电解或者瑞典RIFA做补充效果奇好！
是补薄声机器的极品。
美国思碧生产的钽电解电容150D系列。
银色外壳，喜欢古董机的烧友必备的极品。
用作退耦特别是并接在胆机电压放大管阴极电阻上有奇效。
经与日本ELNA电解对比，高频极其柔顺，如丝般光滑。
电流小、稳定性好，但作耦合用时高频柔弱无力、缺乏穿透力，有特殊的温暖声音。
不太适合作耦合用，通常用作退耦较好的效果。
思碧电容在标榜HI-END的扩大机里头，是出现率最高的一种，举凡Krell、MarkLevinson、Cello等著名厂机里，电源滤波一定是由它来坐镇，此外还有为数多得数不清的音响厂家亦采用SPRAGUE电容。
SPRAGUE电容是美国制的高级电解电容，品其优异，性能稳定，而且寿命很长。
在以前高级电解电容进口数量尚少的时候，SPRAGUE电容是DIYer在湾里大发进口的废五金堆中搜寻的宝贝，专卖旧货的二手零件商，SPRAGUE电容也是极为抢手的热门货。
即使从废五金堆中所掝到SPRAGUE电容都已经是有相当年纪的东西，但是用起来一样令人满意它的表现，这里也说明了SPRAGUE电容的使用寿命是如何的长了。
SPRAGUE电容与ROE电解电容二者可说是欧美主力音响品牌中唯二的选择，说到SPRAGUE电容与ROE电容在HI-END音响器材中的代表性，可以Krell的扩大机来做为典范，Krell的功率扩大机主滤波电容是sprague电容，输入级电压放大与驱动级的电容器，便采用了ROE。
如今已经被日本化工NipponChemi-Con电容厂购并，早期素质还保持思碧一贯水准，近期产品有缩水迹象。
所以原厂的古董思碧电容就成了DIYer淘宝的主要目标。
PHILIPS:
荷兰飞利浦（PHILIPS）电容快速有力，声音清爽，音色细腻、通透、大气，有欧洲电容的贵气，低频下潜和密度感很好。
近年来PHILIPS电容在欧美高档器材中的出镜率频频上升，低档的ONIX，高档的Goldmund以及极品的JIADIS胆机都有他的一席之地。
从他在一些名牌产品里面的上镜率上，有理由相信他的实力跟素质。
在国内发烧友中以其蓝六角系列最为有名。
ELNA:
ELNA是日本几大电容生产商之一（Rubycon红宝石、nichicon蓝宝石（乐声）、ELNA伊娜、NipponChemicon日本化工、Sanyo三洋、Matsushita松下），有60多年的沧桑。
而研究开发音频专用电容也有了25年的历史，可以说是日制音频电容的老大。
跟欧美一些名牌电容的外包装所不同的是ELNA喜欢在不同型号之间，使用不同的彩色外壳封装，闪闪发亮刹是好看。
其补品电容有几种品种：
SILMIC（II）棕神、CERAFINE（红袍）、DUOREX（紫袍）、LongLife（银字）、FORAUDIO（黑底金字）。
在很多中、高档器材上都可以觅见他的影踪。
特别是在高档日产器材上，几乎是ELNA音响电容的天下，例如DENON的旗舰CD、顶班功放，SONY的顶级SACD、CD、功放，MARANTZ、金嗓子的顶班器材，欧洲的“音乐之旅”功放等等不一例举。
ELNA电容系列繁杂下面做个简单的介绍：
其音频Leaded/RadialType引线脚系列分为：
按等级分：
最顶级为定制的改进型SILMIC（II）后面带α或者SuperGold或镀金脚。
RFSHighGrade（SilmicII）BrownorBlack：
顶级音频电容（三次谐波失真<-120db）SILMIC的改进版，天然丝介质，棕壳金字SILMICII。
ROSHighGrade（Silmic）Brown：
顶级音频电容（三次谐波失真<-120db）天然丝介质，棕壳金字SILMIC。
ROAHighGrade（Cerafine）Red：
高级音频电容渗陶瓷微粒（三次谐波失真<-120db），酒红壳金字Cerafine。
RODStandard（Starget）Red：
标准音频电容，酒红壳白字STARGET。
ROBTONEREXBlack：
即原来的foraudio和forHIFI系列，为ELNA的音频标准系列。
RA2入门级的音频电解，棕身白字foraudio，铜包铁脚。
小体积高等级系列：
R3A5mmheightRed：
小型化高5mm标准音频电容（三次谐波失真<-120db），酒红壳。
R2A7mmheightRed：
小型化高7mm标准音频电容（三次谐波失真<-120db），酒红壳。
R2OMiniaturizedStandardPurple：
小型化标准音频电容，紫壳白字，即旧版的DUOREXII系列。
ROBTONEREXBlack：
即原来的foraudio系列，为ELNA的音频标准系列。
RA2：
入门级的音频电解，棕身白字foraudio，铜包铁脚。
长寿命小体积系列：
RA3：
长寿命小体积改进型，铜包铁脚。
RA2：
入门级的音频电解，棕身白字foraudio，铜包铁脚。
环保化系列：
RFO：
改进型，铜包铁脚，PURECAP系列。
RA2：
入门级的音频电解，棕身白字foraudio，铜包铁脚。
无极系列：
RBD：
无极电容。
表贴系列：
RVW：
耐105度高温音频系列。
RVO：
表贴标准音频系列。
ELNA补品电容有几种品种：
Cerafine（红袍）和DUOREX（紫袍）音质表现：
音色通透、速度均属中等
FORAUDIO的音质表现：
音质表现像青春少女一样、音色甜美
LongLife和SILMIC（棕神）的音质表现：
快速有力，适合表现现代音乐
黑金刚（BlackGateF）:
音色醇厚，对增加器材的音乐表现力大有帮助，适用于耦合。
Cerafine（红袍）专为音响设计的电容，使用OFC无氧铜脚，极低的失真（三次谐波失真-120dB），很小的正切损耗，采用的在电解液中灌注陶瓷微粉的技术，粉末直径控制在0.1-0.15微米之间。
据厂家声称，这种技术可有两大好处:
一，增加对外界震动的阻尼作用其。
二，灌人的陶瓷微粉在电容充放电的时候，会吸附电解液中的负离子而变成更具活性的离子团，阳极氧化膜表面形成一层薄膜，大大提高对信号的响应速度，使音质更为纯净透明，但它的代价就是体积大，价格较昂贵。
声音：
声音比较柔顺，温暖松软，高频比较华丽！
SILMIC（棕神）专为音响设计的电容，使用OFC无氧铜脚，极低的失真（三次谐波失真-120dB），很小的正切损耗，天然丝纤维介质，高品质的声音，发挥丝质的柔顺自然性,增加低频的厚实量感，减少高通部份有峰值Peak感觉的和中频部分的粗糙音质。
声音：
快速有力，适合表现现代音乐。
低音有点薄，但不会感到少低频，声音感觉很顺畅，声场比较大，中频柔顺甜美，高频纤细。
STARGETROD剧场系列红身白字，比常见的foraudio系列高一个级别，专为音响设计的电容，改进电解液配方，小体积，使用OFC无氧铜脚。
已经停产。
他的声底比较厚，低频速度可以厚度不错，中频厚甜美，高频较柔顺偏少雾气比较重，最好并小容量薄膜电容使用。
nichicon的音频电容:
nichicon的音频电容分几个大类，音频系列、无级系列、105度系列、超矮系列、MUSE系列和KG系列。
其中MUSE系列是较高级的音频系列，新产品的分类为两类即MUSEKZ（顶级）>MUSEFineGold（高级系列、金色旋律）下面还分KW（高级标准系列）>FW（标准系列）。
MUSE以停产的旧系列分为四类FA（高级系列）>FM>FS>FX（标准系列）。
NichiconMUSEKZ是其MUSE系列中最高规格的音频专用耦合电容，黑底金字。
适合做耦合、退耦和滤波电容用。
完全不同于finegold系列的声音。
他的声音通透，低频速度不错，中频质感很强，高频较柔顺，正切损耗极小，基本是我听过的电容里最接近BlackGate的，价格缺便宜的多只有大概1/5左右，性价比非常高。
NichiconMUSEfinegold（FG）是其MUSE系列中高规格的音频专用耦合电容，金皮黑字。
适合做耦合电容用。
他的声音通透清澈，声底干净利落，层次好，低频紧凑，高频有穿透力，唯中频稍淡一点。
整体上偏向HIFI性，清爽有劲很现代的感觉。
适合做AV系统，DVD，MD的耦合电容。
GoldTune是其KG系列中高规格的音频专用电容，仅次于金脚系列，金字黑皮。
适合做电源主滤波电容用。
他的声音通透清澈，声底干净利落，层次好，低频紧凑，高频有穿透力，唯中频稍淡一点。
整体上偏向HIFI性，清爽有劲很现代的感觉。
KG系列滤波用高级音频电解电容分为3个档次，FineTune，GoldTune，SuperThrough。
FineTune：
采用了改进配方电解液，提供最高性价比
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