技术老兵：谈几个电容最经典问题

电容器（capacitor）在音响组件中被广泛运用，滤波、反交连、高频补偿、直流回授…随处可见。但若依功能及制造材料、制造方法细分，那可不是一朝一夕能说得明白。所以缩小范围，本文只谈电解电容，而且只谈电源平滑滤波用的铝质电解电容。

 

每台音响机器都要吃电源─除了被动式前级，既然需要供电，那就少不了「滤波」这个动作。不要和我争，采用电池供电当然无必要电源平滑滤波。但电池充电电路也有整流及滤波，故滤波电容器还是会存在。

 

我们现在习用的滤波电容，正式的名称应是：铝箔干式电解电容器。就我的观察，除加拿大 SonicFrontiers真空管前级，曾在高压稳压线路中选用 PP 塑料电容做滤波外，其它机种一概都是采用铝箔干式电解电容；因此网友有必要对它多做了解。

 

面对电源稳压线路中担任电源平滑滤波的电容器，你首先想到的会是什么？─容量？耐压？电容器的封装外皮上一定有容量标示，那是指静电容量；也一定有耐压标示，那是指工作电压或额定电压。

 

工作电压（workingvoltage）简称 WV，为绝对安全值；若是 surgevoltage（简称 SV 或 Vs），就是涌浪电压或崩溃电压；，超过这个电压值就保证此电容会被浪淹死─小心电容会爆！根据国际IEC384—4规定，低于315V时，Vs=1.15×Vr，高于315V 时，Vs=1.1×Vr。Vs 是涌浪电压，Vr 是额定电压（ratedvoltage）。

 

电容器的电荷能量是以 Q=CV 来表示，Q 是库伦，C 是静电容量，V 是电压；故当电压值不变时，加大静电容量就能增高电荷能量。请注意，电容器的容量单位应是F（farad），可是因计量太高造成数值偏低，故多改用μF，1F=一百万μF。国外也有用mF 表示μF，其实 mF 不十分贴切，但机械式打字机上没有μ键，故用m 代表 micro。

 

有了静电容量及工作耐压两个参数，若你正在选购电容，接下来你会考虑什么？直觉上是价钱。嗯，这个参数很重要，而且数值愈低愈佳。也有人先想到品牌，并坚持日本货打死不用─还存着八年抗战情结？美国货也仅能排第二，瑞典或德国制造的才能排第一。嗯，这个参数也很重要。但既然谈到品牌，那就不能忽略系列型号；因为一个制造厂会生产许多不同系列的产品，系列不同，品质及价格就会不同。OK，我们先整理一下，有关电源平滑滤波电容器的参数已知有：静电容量、额定工作电压、涌浪崩溃电压、价格、品牌、型号系列。

 

不应该只有小猫两三只，外型尺寸也应该很重要，因为与它相关的有重量及接脚型态，snap—in 是插焊 PC 板式，screw 是锁螺丝式。至于重量，同容量同耐压，但品牌不同的两个电容做比较，重量一定不同；而外型尺寸更与机箱规划有关。有些电容不是全圆型，有点像是多角型，Philips、BHC 都有这种看起来似乎很高级的系列。现在我们再整理一下，加上重量、外型尺寸、接脚型态─已有九个参数。

 

外皮颜色？这是谁提出来的？很妙。因白色、黑色、蓝色塑胶封装都有厂商在用，它有时也具有某些意义，例如日规黑底金字常代表高级foraudio 音响级电容。仅凭外观还能想到哪些？制造日期，9627就是1996年第27周出厂；近年来日制电容似乎逐渐有意省略制造日期的标示。但外皮颜色及文字印刷不直接与品质有关，故仅加上制造日期参数。还有，别忘了适用工作温度，因为105度 C 比85度 C 更适用于真空管机。若机器要摆在南极，最好选耐负55度 C 的品种。

 

容量误差也别遗漏，当采多颗并联，为求得单只特性均匀，误差当然是愈低愈佳。现在再加上工作温度及容量误差，咱们手上已有12个参数，对电容器应有三成以上了解。

 

请别会错意，电容的工作温度不是指环境或表面温度─不管几度，封装塑胶外皮都是一样，它是指铝箔工作温度，所以装管机选用85度 C 品种也绝对 OK，只要将电容器远离管仔就一定安全。

 

可是真正有关电容器品质的几个重要参数，却都只存在原厂规格书中，完全不会显露在成品封装外皮上，而这些重要参数才是本文谈论的重点。

 

散逸因数─损失角

散逸因数 dissipationfactor（DF）存在于所有电容器中，有时 DF 值会以损失角 tanδ表示。想想，损失角，既有损失，当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低，但铝电解电容就相当高。DF 值是高还是低，就同一品牌、同一系列的电容器来说，与温度、容量、电压、频率……都有关系；当容量相同时，耐压愈高的 DF 值就愈低。举实例做说明，同厂牌同系列的10000μF 电容，耐压80V 的 DF 值一定比耐压63V 的低。所本刊选用滤波电容常会找较高耐压者，不是没有道理。此外温度愈高 DF 值愈高，频率愈高DF 值也会愈高。

 

但许多电容器制造厂，在规格书上常不注明散逸因数 DF 值，因为数值甚高很难看。以瑞典RIFA 为例，其蓝色 PHE—420系列是 MKP 塑料电容，它的 DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色顶级PEH169系列铝质电解电容，就未标示损失角规格。若真注明 DF 值，可能会是1.0000，小数点是在1的后面。

漏…漏电流

哇！漏电！最好没有。可是没办法，铝电解电容在工作时一定会产生漏电流。

 

漏电流（leakagecurrent）当然要低，它的计算公式大致是：I=K×CV。漏电流 I 的单位是μA，K 是常数，例如是0.01或0.03，每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何，电容器容量愈高，漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，这个「漏电流」也请考虑在内。从计算式可得知额定电压愈高，漏电流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。

 

但降低电容器的漏电流并不容易，低漏电流 lowleakagecurrent—LL 系列价格高昂，我曾向国内厂商订制一批低漏电流 LL 系列电容，价格比许多进口电容还贵。漏电流规格，铝电解电容就比钽电解电容差许多，钽质电容也有干式及湿式两种，不过它的容量及耐压都较低。

 

除特别定制外，面对一般品，想要降低它的漏电流可设法提高 Vs 对 Vr 的比值。Vs 是涌浪电压，其值当然比 Vr 额定电压高，但施加电压（真正的工作电压）还应该比 Vr 低，例如取 Vr 的90%；找高耐压品种可说是完全正确。

等效串联电阻 ESR

一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗，比较重要的就是 ESR 等效串联电阻及ESL 等效串联电感─这就是容抗的基础。电容器提供电容量，要电阻干嘛？故 ESR及 ESL 也要求低…低；但 lowESR/lowESL 通常都是高级系列。

 

ESR 的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度…都有关，当额定电压固定时，容量愈大ESR 愈低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗，其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗，以小并大，不见得一定会有收获。

 

反过来说，当容量固定时，选用高 WV 额定电压的品种也能降低 ESR；故耐压高确实好处多多。频率的影响：低频时 ESR 高，高频时 ESR 低；当然，高温也会造成 ESR 的提升。

 

串联等效电阻 ESR 的单位是 mΩ，高级系列电容常是lowESR 及 lowESL。若比较低内阻及低漏电流两种特性，则低内阻容易达成，故标示lowESR 的电容倒很常见。ESR 与损失角有关联，ESR=tanδ/（ω×Cs），Cs 是电容量。

 

有时电容器规格上会有 Z，它与 ESR的意义不同，但 Z 的计算示与 ESR 有关，同时也考虑到容抗及感抗，是真正的内阻。刚才提到电容的ESR 单位是 mΩ，那是指大电容，若是220μF 小容量电容，其 ESR 单位就不是mΩ而是Ω。何种电容器的 ESR 最低？答案只有一个：Sanyo 的 OS 有机半导体电容！

涟波电流 Irac

前面谈到的散逸因数 DF—损失角 tanδ、漏电流、ESR—串联等效电阻…等，其值都是愈低愈好，但现在要提的涟波电流 ripplecurrent却是愈高愈好。特别是现在都特别讲究后级扩大机要有大电流输出，电源平滑滤波电容器的涟波电流 Irac（或Iac）就显得格外突出。

 

涟波电流 Irac 的标示至少应有低频及高频工作时两种规格数字，低频大约是以120Hz 做标准，高频大概是以10KHz 做标准，但不同制造厂商可能会有略微的差别。

 

涟波电流与频率刚好成正比，因此低频时涟波电流也比较低。可是对我们音响迷来说，低频段的 Irac值才是重要。所以在采购电容器时，涟波电流数字高低是极为重要的依据。在一般状况下，同品牌时，锁螺丝式电容的涟波电流通常比 snap—in 插 PC 板式来得高。

 

曾经有一种说法：RIFA 的10000μF 相当于其它厂牌15000μF，因为大部份日制电容的涟波电流都不高，而RIFA 又特别高，故好像可以一个当两个用。德国 Siemens、英国BHC 电容，在 Irac 这项特性上也常优于日制品。就笔者所知，Irac 最大的电容，是 SiemensSIKOREL 系列电容为最高，6800μF/63V 就高达20A！若是小容量电容，Irac 最大的是 SanyoOS 电容。

 

就后级扩大机的动作来说，很多人会认定低频时吃电流。有个方法可以试：以电表直流电压—DCV最低档量任一只射极电阻压降，最好是指针电表，播放唱片，将前级音量转大，注意电表指针的摆动，你就会发现低频固然会吃电流，四把吉它连弹也会猛吃电流！什么音乐最适合run—in 后级扩大机？Holst的《行星组曲》第一曲 MARS。

 

现在你应该已经明了六成以上，或许你想问：有没有体型不大，漏电低、ESR 低、tanδ低、误差低、价格低，但涟波电流高、适用温度范围高的铝电解电容？嗯…，没有！

 

关于容量误差，近年来铝质电解电容颇有进步，以往是—20%～+40%，现在大多是+/—20%。但其容量常偏+而不是偏—，故10000μF 测量起来有可能会接近12000μF。

 

精确量取大容量电容器的静电容量，是我多年来一直想做的事。不要怀疑，这种测试仪器很难买到，美国曾制造过，可量至99999μF，并能同时显示 DF 值及ESR 值；而且电容量是100Hz、1KHz、10KHz 三段（不是两段）频率测试的平均值。这种仪器国内市场曾出现过，小卖新台币十万元─只差漏电流的测试。

 

额定工作电压的安全度，在我的标准是：至少理让15%。例如某电容的额定电压是50V，虽然涌浪电压可能高至63V，但我最高只会施加42V 电压。让电容器的额定电压具有较多的余裕，能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命，一举数得何乐不为？以前曾看过日制扩大机，±48V 工作电压配上10000μF/50V滤波电容；短时间内当然不会烧坏，但时日长久，寿命有可能降低，那就得更换新品或另购新机。所以日制品常有「时间到了，该走了」的宿命，你也不能指责它是偷工减料，毕竟做生意总要图利，若一辈子只能卖你一次，如何赚钱？

容量愈高哼声愈低？

自己装，最讨厌的就是哼声除不掉。有人将滤波电容加大，哼声就没了。我是不十分相信，因扩大机的哼声常是因地回路不当引起，来自电容器微乎其微。但是理论上，容量愈高，电源平滑效果也就愈佳，所以大容量的做法，是许多设计者及DIY 迷亦深信不疑。

 

因此不少后级扩大机，特别是美国产品 Krell、MarkLevinson，最爱采用大水塘─大电容；丹麦的 Dynaudio，连前级扩大机都用到十数万μF 之容量。至于 AC&DC 交直流，也比较倾向于「大容量」派，但尚适可而止。

 

可是也有不少名厂走低容量路子，例如美国 Amcron 有台250W×2专业后级扩大机，两声道合计500W，只用了2只8200μF 小滤波电容器（好像是小了点）。瑞士Goldmund 算是 Hi—End 品牌，产品送到各杂志社试听，没有一个评论员胆敢说它坏，它的大后级就是采用小电容。瑞士 FMAcoustics 更是贵到毙，一台立体声后级后级可换一部 Benz 车。它的220W×2专业后级，号称数十 A 电流输出，本人亲眼得见，全机只使用2只10000μF/100V 滤波电容。

 

大容量滤波与低容量滤波两种理论基本上是对立的，但却同时存在于音响圈。以低容量论点设计扩大机，也可以完全没有哼声，而且低频表现也不比「大水塘」机差。重点是什么？Irac 涟波电流。如果你如今还是满脑子的大容量，那你还不了解电解电容！

 

给大家一个建议：组装后级若采用低容量滤波电容时，千万要配用高功率电源变压器。也就是「瘦了电容器、肥了变压器」，这可能就是扩大机好声的秘绝。以这几年详细之观察，后级扩大机若要好声，采用大功率电源变压器比采用大容量滤波电容有效多了。

一颗大的？多颗小的？

 

OK，有人放心不下，滤波电容坚持要大μF─那是找一个大的，还是用十来个小的并接？又有人说用小颗并，不但内阻可以降低，反应速度也会也快，透明度及分辨率都比较好。

 

MarkLevinson 及 Krell的后级不是以小并大，但有谁认为它反应速度慢、不透明有雾？面对此问题，我自己都长期陷入迷阵中。就机箱规划来说，用多颗小电容并联似乎比较理想，而且进货量大价格也便宜，甚至前级、后级、综合机，都可采用同一种电容。

 

进口机与国产机的命运有些不同，当消费者面对数十万元进口机采用多颗小电容时，他会自我解释：这个很有道理；但面对国产品时，他可能会有另一套恶毒的说法：偷工减料！

 

就音质表现，大水塘 or 小水塘、一颗大的 or 多颗小的，应该没有绝对关系。邓小平说得好：管它黑猫、白猫，会捉老鼠的就是好猫。

 

制造厂牌也关乎品质特性，前述有人终其一生不用日制品。美国原本有两大电容器品牌 Mallory及 Sprague，现在 Sprague 已成绝响，因为它被日本NipponChemi—con 收购，且公司名称注册 UnitedChemi—Con/简称 UCC。但只要是仍在美国制造，外皮印有madeinUSA，商标更改与制造品质应无关联。

 

不过外界已有耳语：UCC 比 Sprague差，可能性如何？日本商社一旦接手，行销政策自然会大幅改变，为了提高出货量必得降低售价；但假格下滑也会导致品质下滑。询问本地代理商瑞普公司，UCC 电容销售量比 Sprague 低，显示国内厂商有排斥 UCC 的反映。若比较 UCC 及 Sprague的规格特性，果然是一付 Japanese 样─体型大为缩水，原本40mm×80mm 的改成40mm×50mm，价格可能较低廉，但 ESR 增加、Irac 减小─怎不令人掷笔三叹？

 

你对日制品有疑虑？没办法，非但美国如此，德国也需要日本资金进入来个德日合作，Siemens就和松下 Matsusita 共同生产 S+M 电容器。这是未来趋势，几乎不可避免。RIFA 也早就被 EVOX 吃下，EVOX是大集团，到处设厂，本刊 SigEnd 单端前级有用到1μF 电容，就是 EVOX 品牌，虽然自美国进口，但一付台制品模样。

储存及工作寿命

比起电阻、IC、电晶体、塑料电容这些半永久性组件，铝电解电容的寿命就值得重视。一是储存年限，自然与寿命有关，10～20年应无问题。存放过久的电容不宜立刻使用，利用 powersupply 先将它 aging（活化）；夹上端子，缓慢调整 powersupply 电压，由低至高，最高可调至此电容的额定电压。

 

工作寿命就很难说得明白，所谓长寿命 LL—longlife 电容，通常是表示涟波电流 Irac 稳定。前面曾谈到电容的Irac 与工作温度及频率都有关，例如同是10KHz，40度 C 时是15A，85度 C 时是9A；15A/9A=1.67。此数字就是电容的寿命因数（本人临时想出来的），数字愈高寿命愈低，数字愈接近1寿命愈长。

 

如果没记错，1.93表示10万小时，1.85表示20万小时，故1.67至少50万小时！但电容器的主要功用是充、放电特性，因此不宜经常快速充、放电。有两个方法可有效延长电容器寿命：一是减少开机、关机次数，二是设法降低开机时的瞬间充电电流─你听懂了吗？本刊也注意到此问题，故多年来都是这样做。

 

即令是如此，若问：到底是哪一种电容的音质较好？这也实在难以回答。基本上，不同品牌、系列的电容，它的声音表现自然也是不同。我个人不会「日制品打死不用」，只要处理得当，日制品也不输欧美货。多年前曾用过ELNA 高级 Cerafine 音响级电容，它的 ESR 虽然低，但 Irac 也不高，装在 amp。上，低频很厚实，但雾气较重，不够透明。可是并上 speed—up 小电容后，就豁然开朗。

 

故实际装配时，记得一定要在主滤波电容上加并 speed—up 小电容，此举「至少」会改善高频响应。数值是多少？最好是一大一小，大的1μF、小的0.1μF，MKP 是最低要求。

 

有时并上小电容会发现帮助不大，这可能是小电容未选对。RIFA 的电解及塑料电容，若想加并speed—up，奉劝你不要找 WIMA，建议各位试试 MIT 的 PPFX—S 锡箔或 RTX 系列0.1μF。写这篇文章的同时，也留意各杂志的广告，美国 Krell 及加拿大 Class'eAudio 的 Hi—End后级新机种竟然都采用日本 Nichicon 电容做主电源平滑滤波！但杂志评论员有谁敢说它差？！

 

前级扩大机吃不了数百 mA 电流，故滤波电容较易选择。高瓦数、高输出电流扩大机就很难伺候，此时滤波电容的Irac 特性就要考虑在内。

 

对于滤波用电解电容，有几点值得网友注意：一、大致上来说，日制品的 Irac 比欧美品低；二、低漏电流比低ESR 更重要；三、大滤波电容宜并接小电容；四、尽量选高耐压电容；五、最顶级的电容，容量及耐压都不高，故数百瓦的大power 通常声音粗糙，不是没有道理。

 

笔者不建议哪种电容最好，因为只要用得恰当，每种电容都可发出好声。至于刻意强调电容、电阻、焊锡、保险丝非 xxx 品牌不用的人，绝对是不懂线路结构的外行人！

 

关于铝质电解电容的构造

电容器依其组件构造大致可分成：一、卷绕型，二、积层型，三、电解型。而电解型又分铝质及钽质两类，铝质再分成液态电解质及固态电解质。若说液态电解质是铝箔湿式、固态电解质是铝箔干式，那就错了，因铝箔干式及铝箔湿式都是液态电解质电容。

 

铝质电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔做为阳极，以其表面经阳极氧化处理之化成薄膜做为电介质，再以浸有电解液的薄纸或布做阴极。由于电解液是用吸浸式，故称铝箔干式电解电容。

 

何谓铝箔湿式？在电容器内直接加电解液─例如硼酸胺+乙二醇混合液，这种用手电容摇一摇还会发出流水声，瑞典RIFA 的 PEH169系列就是这种电容。

 

即使是欧洲名厂，做为阳极的铝箔也非自行生产，而是统一由某公司供应，就好像瑞士表厂甚多，但只有少数几家会做油心。大约10年前义大利某公司无**常供应阳极铝箔时，全球各名厂如 Mallory/RIFA/Sprague 或 Rubycon/Philips…就只得拖延交货脱时间，没原料怎么生产交货？至于吸浸电解液的纸，也绝非在一般文具店即可购得，最大供应商是在马来西亚。

END

---

版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。

▍ 推荐阅读

资深工程师分享7种常见二极管应用电路解析

34个动控制原理图，老电工看了都说好！

学EMC避不开的10大经典问题