電容等效串聯(lián)電阻ESR計(jì)算
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，不見得一定會(huì)有收獲。
反過來說，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。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。可是對(duì)我們音響迷來說，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板式來得高。
曾經(jīng)有一種說法：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，故好像可以一個(gè)當(dāng)兩個(gè)用。德國(guó)Siemens、英國(guó)BHC電容，在Irac這項(xiàng)特性上也常優(yōu)於日制品。就筆者所知，Irac最大的電容，是Siemens SIKOREL系列電容為最高，6800μF/63V就高達(dá)20A！若是小容量電容，Irac最大的是Sanyo OS電容。
就後級(jí)擴(kuò)大機(jī)的動(dòng)作來說，很多人會(huì)認(rèn)定低頻時(shí)吃電流。有個(gè)方法可以試：以電表直流電壓-DCV最低檔量任一只射極電阻壓降，最好是指針電表，播放唱片，將前級(jí)音量轉(zhuǎn)大，注意電表指針的擺動(dòng)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)低頻固然會(huì)吃電流，四把吉它連彈也會(huì)猛吃電流！什麼音樂最適合run-in後級(jí)擴(kuò)大機(jī)？Holst的《行星組曲》第一曲MARS。
現(xiàn)在你應(yīng)該已經(jīng)明了六成以上，或許你想問：有沒有體型不大，漏電低、ESR低、tanδ低、誤差低、價(jià)格低，但漣波電流高、適用溫度范圍高的鋁電解電容？嗯…，沒有！
關(guān)於容量誤差，近年來鋁質(zhì)電解電容頗有進(jìn)步，以往是-20％～+40％，現(xiàn)在大多是+/-20％。但其容量常偏＋而不是偏－，故10000μF測(cè)量起來有可能會(huì)接近12000μF。
精確量取大容量電容器的靜電容量，是我多年來一直想做的事。不要懷疑，這種測(cè)試儀器很難買到，美國(guó)曾制造過，可量至99999μF，并能同時(shí)顯示DF值及 ESR值；而且電容量是100Hz、1KHz、10KHz三段（不是兩段）頻率測(cè)試的平均值。這種儀器國(guó)內(nèi)市場(chǎng)曾出現(xiàn)過，小賣新臺(tái)幣十萬(wàn)元─只差漏電流的測(cè)試。
額定工作電壓的安全度，在我的標(biāo)準(zhǔn)是：至少理讓15％。例如某電容的額定電壓是50V，雖然涌浪電壓可能高至63V，但我最高只會(huì)施加 42V電壓。讓電容器的額定電壓具有較多的余裕，能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命，一舉數(shù)得何樂不為？以前曾看過日制擴(kuò)大機(jī)，±48V工作電壓配上10000μF/50V濾波電容；短時(shí)間內(nèi)當(dāng)然不會(huì)燒壞，但時(shí)日長(zhǎng)久，壽命有可能降低，那就得更換新品或另購(gòu)新機(jī)。所以日制品常有「時(shí)間到了，該走了」的宿命，你也不能指責(zé)它是偷工減料，畢竟做生意總要圖利，若一輩子只能賣你一次，如何賺錢？
容量愈高哼聲愈低？
自己裝，最討厭的就是哼聲除不掉。有人將濾波電容加大，哼聲就沒了。我是不十分相信，因擴(kuò)大機(jī)的哼聲常是因地回路不當(dāng)引起，來自電容器微乎其微。但是理論上，容量愈高，電源平滑效果也就愈佳，所以大容量的做法，是許多設(shè)計(jì)者及DIY迷亦深信不疑。
因此不少後級(jí)擴(kuò)大機(jī)，特別是美國(guó)產(chǎn)品Krell、Mark Levinson，最愛采用大水塘─大電容；丹麥的Dynaudio，連前級(jí)擴(kuò)大機(jī)都用到十?dāng)?shù)萬(wàn)μF之容量。至於AC & DC交直流，也比較傾向於「大容量」派，但尚適可而止。
可是也有不少名廠走低容量路子，例如美國(guó)Amcron有臺(tái) 250W×2專業(yè)後級(jí)擴(kuò)大機(jī)，兩聲道合計(jì)500W，只用了2只8200μF小濾波電容器(好像是小了點(diǎn))。瑞士Goldmund算是Hi-End品牌，產(chǎn)品送到各雜志社試聽，沒有一個(gè)評(píng)論員膽敢說它壞，它的大後級(jí)就是采用小電容。瑞士FM Acoustics更是貴到斃，一臺(tái)立體聲後級(jí)後級(jí)可換一部Benz車。它的220W×2專業(yè)後級(jí)，號(hào)稱數(shù)十A電流輸出，本人親眼得見，全機(jī)只使用2只10000μF/100V濾波電容。
大容量濾波與低容量濾波兩種理論基本上是對(duì)立的，但卻同時(shí)存在於音響圈。以低容量論點(diǎn)設(shè)計(jì)擴(kuò)大機(jī)，也可以完全沒有哼聲，而且低頻表現(xiàn)也不比「大水塘」機(jī)差。重點(diǎn)是什麼？Irac漣波電流。如果你如今還是滿腦子的大容量，那你還不了解電解電容！
給大家一個(gè)建議：組裝後級(jí)若采用低容量濾波電容時(shí)，千萬(wàn)要配用高功率電源變壓器。也就是「瘦了電容器、肥了變壓器」，這可能就是擴(kuò)大機(jī)好聲的秘絕。以這幾年詳細(xì)之觀察，後級(jí)擴(kuò)大機(jī)若要好聲，采用大功率電源變壓器比采用大容量濾波電容有效多了。
一顆大的？多顆小的？
OK，有人放心不下，濾波電容堅(jiān)持要大μF─那是找一個(gè)大的，還是用十來個(gè)小的并接？又有人說用小顆并，不但內(nèi)阻可以降低，反應(yīng)速度也會(huì)也快，透明度及解析度都比較好。
Mark Levinson及Krell的後級(jí)不是以小并大，但有誰(shuí)認(rèn)為它反應(yīng)速度慢、不透明有霧？面對(duì)此問題，我自己都長(zhǎng)期陷入迷陣中。就機(jī)箱規(guī)劃來說，用多顆小電容并聯(lián)似乎比較理想，而且進(jìn)貨量大價(jià)格也便宜，甚至前級(jí)、後級(jí)、綜合機(jī)，都可采用同一種電容。
進(jìn)口機(jī)與國(guó)產(chǎn)機(jī)的命運(yùn)有些不同，當(dāng)消費(fèi)者面對(duì)數(shù)十萬(wàn)元進(jìn)口機(jī)采用多顆小電容時(shí)，他會(huì)自我解釋：這個(gè)很有道理；但面對(duì)國(guó)產(chǎn)品時(shí)，他可能會(huì)有另一套惡毒的說法：偷工減料！
就音質(zhì)表現(xiàn)，大水塘or小水塘、一顆大的or多顆小的，應(yīng)該沒有絕對(duì)關(guān)系。鄧小平說得好：管它黑貓、白貓，會(huì)捉老鼠的就是好貓。
制造廠牌也關(guān)乎品質(zhì)特性，前述有人終其一生不用日制品。美國(guó)原本有兩大電容器品牌Mallory及Sprague，現(xiàn)在 Sprague已成絕響，因?yàn)樗蝗毡綨ippon Chemi-con收購(gòu)，且公司名稱注冊(cè)United Chemi-Con/簡(jiǎn)稱UCC。但只要是仍在美國(guó)制造，外皮印有made in USA，商標(biāo)更改與制造品質(zhì)應(yīng)無關(guān)聯(lián)。
不過外界已有耳語(yǔ)：UCC比Sprague差，可能性如何？日本商社一旦接手，行銷政策自然會(huì)大幅改變，為了提高出貨量必得降低售價(jià)；但假格下滑也會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)下滑。詢問本地代理商瑞普公司，UCC電容銷售量比Sprague低，顯示國(guó)內(nèi)廠商有排斥UCC的反映。若比較UCC及Sprague的規(guī)格特性，果然是一付Japanese樣─體型大為縮水，原本40mm×80mm的改成40mm×50mm，價(jià)格可能較低廉，但ESR增加、Irac減小─怎不令人擲筆三嘆？
你對(duì)日制品有疑慮？沒辦法，非但美國(guó)如此，德國(guó)也需要日本資金進(jìn)入來個(gè)德日合作，Siemens就和松下Matsusita共同生產(chǎn)S＋M電容器。這是未來趨勢(shì)，幾乎不可避免。RIFA也早就被EVOX吃下，EVOX是大集團(tuán)，到處設(shè)廠，本刊SigEnd單端前級(jí)有用到1μF電容，就是EVOX品牌，雖然自美國(guó)進(jìn)口，但一付臺(tái)制品模樣。
儲(chǔ)存及工作壽命
比起電阻、IC、電晶體、塑料電容這些半永久性元件，鋁電解電容的壽命就值得重視。一是儲(chǔ)存年限，自然與壽命有關(guān)，10～20年應(yīng)無問題。存放過久的電容不宜立刻使用，利用power supply先將它aging(活化)；夾上端子，緩慢調(diào)整power supply電壓，由低至高，最高可調(diào)至此電容的額定電壓。
工作壽命就很難說得明白，所謂長(zhǎng)壽命LL-long life電容，通常是表示漣波電流Irac穩(wěn)定。前面曾談到電容的Irac與工作溫度及頻率都有關(guān)，例如同是10KHz，40度C時(shí)是15A，85度C時(shí)是9A；15A/9A＝1.67。此數(shù)字就是電容的壽命因數(shù)（本人臨時(shí)想出來的），數(shù)字愈高壽命愈低，數(shù)字愈接近1壽命愈長(zhǎng)。
如果沒記錯(cuò)，1.93表示10萬(wàn)小時(shí)，1.85表示20萬(wàn)小時(shí)，故1.67至少50萬(wàn)小時(shí)！但電容器的主要功用是充、放電特性，因此不宜經(jīng)？焖俪洹⒎烹。有兩個(gè)方法可有效延長(zhǎng)電容器壽命：一是減少開機(jī)、關(guān)機(jī)次數(shù)，二是設(shè)法降低開機(jī)時(shí)的瞬間充電電流─你聽懂了嗎？本刊也注意到此問題，故多年來都是這樣做。
即令是如此，若問：到底是哪一種電容的音質(zhì)較好？這也實(shí)在難以回答；旧，不同品牌、系列的電容，它的聲音表現(xiàn)自然也是不同。我個(gè)人不會(huì)「日制品打死不用」，只要處理得當(dāng)，日制品也不輸歐美貨。多年前曾用過ELNA高級(jí)Cerafine音響級(jí)電容，它的ESR雖然低，但I(xiàn)rac也不高，裝在amp.上，低頻很厚實(shí)，但霧氣較重，不夠透明？墒遣⑸蟬peed-up小電容後，就豁然開朗。
故實(shí)際裝配時(shí)，記得一定要在主濾波電容上加并speed-up小電容，此舉「至少」會(huì)改善高頻響應(yīng)。數(shù)值是多少？最好是一大一小，大的1μF、小的0.1μF，MKP是最低要求。
有時(shí)并上小電容會(huì)發(fā)現(xiàn)助益不大，這可能是小電容未選對(duì)。RIFA的電解及塑料電容，若想加并speed-up，奉勸你不要找WIMA，建議各位試試MIT的PPFX-S錫箔或RTX系列0.1μF。寫這篇文章的同時(shí)，也留意各雜志的廣告，美國(guó)Krell及加拿大Class'e Audio的Hi-End後級(jí)新機(jī)種竟然都采用日本Nichicon電容做主電源平滑濾波！但雜志評(píng)論員有誰(shuí)敢說它差？！
前級(jí)擴(kuò)大機(jī)吃不了數(shù)百mA電流，故濾波電容較易選擇。高瓦數(shù)、高輸出電流擴(kuò)大機(jī)就很難伺候，此時(shí)濾波電容的Irac特性就要考慮在內(nèi)。
對(duì)於濾波用電解電容，有幾點(diǎn)值得網(wǎng)友注意：
一、大致上來說，日制品的Irac比歐美品低；
二、低漏電流比低ESR更重要；
三、大濾波電容宜并接小電容；
四、盡量選高耐壓電容；
五、最頂級(jí)的電容，容量及耐壓都不高，故數(shù)百瓦的大power通常聲音粗糙，不是沒有道理。
筆者不建議哪種電容最好，因?yàn)橹灰玫们‘?dāng)，每種電容都可發(fā)出好聲。至於刻意強(qiáng)調(diào)電容、電阻、焊錫、保險(xiǎn)絲非xxx品牌不用的人，絕對(duì)是不懂線路結(jié)構(gòu)的外行人！
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2023-03-21
