Technische info Condensatoren

Aktief of passief

Moderator: Beheerdersteam

Gebruikersavatar
SARK
Berichten: 6014
Lid geworden op: di 14 sep 2004, 20:20
Locatie: Amsterdam

Technische info Condensatoren

Berichtdoor SARK » zo 01 jan 2017, 20:43

[Henkjan]
Verzameltopic met "harde" technische info over condensatoren, lees betrouwbare metingen en interpretaties daarvan.
Aftrap is door Sark met een samenvatting van een Elektuur artikel.
[/Henkjan]


Elektuur Special - HiFi-Luidsprekers 5 (1991) schreef:In het artikel "Kondensatoren" in deze uitgave hebt u al uitgebreid kunnen lezen dat er belangrijke kwaliteitsverschillen tussen de diverse typen zijn. Daarnaast speelt ook de wijze van toepassen, vooral in scheidingsfilters, een grote rol.
Vandaar dat we een kompleet artikel wijden aan de manier waarop u kondensatoren het beste kunt inzetten in de verschillende takken van het filter.


Toepassen van filterkondensatoren

De boxenbouwer die geld en plaats genoeg heeft, hoeft van dit artikel eigenlijk alleen maar de volgende zin te lezen: Voor het verkrijgen van een optimale kwaliteit in de filter-sekties kunnen het beste overal MKP-kondensatoren worden toegepast. Nou, dat zal in de praktijk bijna nooit lukken. Ten eerste wordt dat voor de meesten onder ons onbetaalbaar, vooral als er grote kapaciteitswaarden in de bassekties zitten. Ten tweede worden de afmetingen van het scheidingsfilter met MKP's, vooral bij een uitgebreider filter, zo groot dat het filter vaak niet eens meer in een wat kleinere kast onder te brengen is. Voor de luidsprekerbouwer is het nu juist de kunst om het filter zodanig op te zetten dat voor een akseptabele prijs een zo goed mogelijk scheidingsfilter wordt verkregen. In dit verhaal vertellen we u dan ook precies waar u op moet letten.

Het impedantiegedrag

Bij een scheidingsfilter moeten we ons altijd goed realiseren dat de gebruikte komponenten nooit ideaal zijn. Een spoel heeft niet alleen een inwendige weerstand, maar ook nog een hysteresisverschijnsel. Bovendien hebben spoelen met een kern nog de nadelen dat de induktie vaak frekwentieafhankelijk is en dat bij grotere spanningen aardig wat vervorming wordt geproduceerd (sterk afhankelijk van het soort kern). In een volgende special zullen we een onderzoek publiceren dat we momenteel verrichten aan luidspreker-spoelen. Kondensaroren hebben ook zo hun onvolkomenheden: een inwendige weerstand,
geen ideaal kondensatorgedrag en bij de elko's ook vervormingsverschijnselen. Vermogensweerstanden zijn in een filter nog de
meest ideale komponenten, met een zelfinduktie die gewoonlijk niet groter is dan 1 à 2 uH en een te verwaarlozen parasitaire kapaciteit.
Om te laten zien hoe een kondensator zich zou moeten gedragen, beginnen we met een impedantiekurve van een kondensator zoals
die ook al in het kondensarorenartikel is afgebeeld (figuur 1).

C1.jpg

Figuur 1. Het impedantieverloop van een MKP-kondensator van 2,2 uF De bolletjes geven de meetpunten aan.

Bij een ideale kondensator zou de kurve op de gebruikte logaritmische schaal een kontinu dalende rechte lijn moeten zijn (zoals de kurve in figuur 1, tot goed 200 kHz). Bij een echte kondensator zal die lijn door de aanwezige zelfinduktie vanaf een bepaalde frekwentie weer omhoog gaan lopen, dan is er van de kapacitieve werking geen sprake meer. Het minimum dat bereikt wordt bij de resonantiefrekwentie komt ongeveer overeen met de inwendige serieweerstand van de kondensator.
Zolang de dalende lijn in de impedantiekurve mooi recht blijft aflopen, werkt de kondensator dus zoals het hoort. Tot hoe ver dat is, hangt af van de serieweerstand en de zelfinduktie van een bepaald type kondensator.

C2.jpg

Figuur 2. De impedantiekurve van een gewone unipolaire elko is niet best. Boven 10 kHz neemt de kapacitieve werking rapide af.

In figuur 2 zien we de gemeten impedantiekurve van een gewone elko. Boven 10 kHz is al geen sprake meer van een fatsoenlijk kondensator-gedrag en dit exemplaar zich dan meer gedragen als een weerstand van zo'n 2 Ohm. Bipolaire elko's doen het al een stuk beter, zoals figuur 3 en 4 laten zien.

C3.jpg

Figuur 3. Een gladde bipolaire elko doet het veel beter dan de elko uit figuur 3.

C4.jpg

Figuur 4. De hier gemeten bipolaire elko met ruwe folie heeft duidelijk een hogere inwendige weerstand dan het exemplaar uit figuur 3.

In principe zijn bipolaire kondensatoren wat hun kapacitieve werking betreft dus bruikbaar in het hele audio-gebied. Een gewone elko is niet aan te bevelen; als je die bijv. inzet in een laagdoorlaatfilter op 5 kHz, dan verloopt de verkregen filter-kurve tussen 10 en 20 kHz al niet meer zoaIs het hoort.

Serieweerstand

We hebben zonet al verteld dat het afwijken van de getoonde kurves van de ideale lijn onder andere (bij elko's in zeer sterke mate) veroorzaakt wordt door de inwendige serieweerstand Rs. In tabel 2 van het kondensator-artikel is deze voor verschillende frekwenties gemeten. Ook in de figuren 1... 4 ziet u naar welke minimale weerstand een bepaalde kondensator gaat. Die weerstand staat in serie met de kapaciteit en met alle navolgende komponenten in het filter. Laten we als voorbeeld het filter in figuur 5a nemen.

C5.jpg

Figuur 5. Aan de hand van een eenvoudig hoogdoorlaatfilter (a) en laag-doorlaatfilter (b) kunnen we zien welk effekt de serieweerstand van de kondensator heeft op de werking van het filter.

De inwendige weerstand van de seriekondensator vormt samen met de luidspreker een spanningsdeler en zorgt dus voor een verzwakking.
Als u de inwendige weerstand van bipolaire elko's bekijkt, dan begrijpt u nu waarschijnlijk wel waarom er een duidelijke klankverandering optreedt als een serie-elko in een filter wordt vervangen door een film-kondensator. De door de serieweerstand van de elko veroorzaakte verzwakking verdwijnt dan praktisch geheel en de aangesloten luidspreker speelt wat
harder mee dan voorheen. Dat kan circa 0,5 tot enkele dB's verschil geven. Uit eigen proefnemingen van de auteur bleek dat nivo-veranderingen vanaf 0,1 dB bij een luidspreker in een meerwegsysteem nog waarneembaar zijn, vooropgezet dat het gaat om een luidsprekersysteem dat je heel goed kent (elke dag naar luistert)!
Er zijn nogal wat hobbyisten die graag filters van fabrieksboxen opwaarderen door de aanwezige kondensatoren te vervangen door betere exemplaren. Dat is beslist niet altijd verstandig! Een goede fabrikant houdt rekening met de inwendige weerstand van de gebruikte kondensatoren (zoals KEF). Als u daaraan iets verandert, dan maakt u gewoon een nieuwe afstemming van het
systeem. Logisch dat het dan anders klinkt, maar of het er zo beter op wordt? Betere kondensatoren in een bestaand filter zetten heeft natuurlijk wel zin om vervorming en diëlektrische absorptie te verminderen, maar om het goed te doen zou u de serieweerstand van een verwijderde elko moeten kunnen opmeten in zijn werkgebied en een weerstand van die waarde in serie met de nieuwe kondensator plaatsen.
Het probleem met de serieweerstand geldt niet alleen voor kondensaroren in serietakken, maar ook in parallel-takken. Alleen
heeft die serieweerstand hier andere gevolgen. Het filterverloop wordt bepaald door de kombinatie van de voorgaande spoel en de parallel-kondensator (zie voorbeeld figuur 5b) met zijn inwendige weerstand. Door hier een C met een andere Rs in te zetten, wijzigt het filterverloop en dat hoort u ook weer.

Vervorming

Vooral door elko's kan een behoorlijke harmonische vervorming geproduceerd worden. Nu neemt deze vervorming flink toe als de
spanning over een elko groter wordt. Om dat te illustreren, ziet u in figuur 6a twee vervorrningskurves, eentje van een filter volgens figuur 6b en eentje volgens figuur 6c (ingangsspanning: 3 Veff).

C6.jpg

Figuur 6. De harmonische vervorming van een hoogdoorlaatfilter volgens b (bovenste kurve) en een laagdoorlaatfilter volgens c (onderste kurve).

Het hoogdoorlaatfilter blijkt meer vervorming te produceren dan het laagdoorlaatfilter. Dat heeft twee oorzaken. Ten eerste wordt de wisselspanning over de kondensator in het spergebied van het hoogdoorlaatfilter bij lagere frekwenties steeds groter, waardoor de elko meer vervorming gaat produceren. Bij het hoogdoorlaatfilter heeft de elko in het doorlaatgebied weinig invloed op het signaal, omdat de verhouding elko-impedantie/weerstand vrij groot is. Bovendien worden hogere harmonischen door de elko zelf gedeeltelijk gedempt vanwege de laagdoorlaatfunktie. Uit dit verhaal kunnen we konkluderen dat u bij het toepassen van elko's deze het beste in een parallel-tak kunt opnemen en niet in een serietak.

Parallel schakelen

In veel filters van hobbyisten en in zogenaamde high-end luidsprekerboxen zie je dikwijls dat de kondensatoren (zowel elko's als film-C's) worden ge-bypassed met kleine kondensaroren. Dat wordt zogenaamd gedaan om het impulsgedrag te verbeteren. Deze maatregel heeft praktisch geen effekt en dat kunnen we duidelijk laten zien.

C7.jpg

Figuur 7. Het parallel schakelen van een kleine film-kondensator aan een elko levert niet veel op.

In figuur 7 is het gemeten impedantiegedrag te zien van een parallelschakeling van een 2,2-uF-elko met een 0,22-uF-MKT.
Het niet-lineaire gedrag van de elko blijft, want de MKT-kondensator heeft door zijn kleine waarde pas effekt boven 0,5 MHz. Zoiets is fijn voor ontkoppeling van een voedingslijn in een versterker, maar niet in een luidsprekerfilter.
Laten we het impedantiegedrag nog even nalopen. De totale serie-weerstand van de parallelschakeling blijft ongeveer gelijk aan de Rs van de elko, aangezien de MKT-C in het audio-gebied door zijn relatief kleine waarde een vrij grote reaktantie heeft (reken zelf maar uit: Xc = 1 I 2PifC). De serie-weerstand verandert door deze maatregel dus nauwelijks. Harmonische vervorming door de elko blijft ook, om dezelfde reden als hiervoor. En dan hebben we nog de diëlektrische absorptie in de elko. Aangezien het hier een ladingsverplaatsingsafwijking betreft, kan die niet zo gemakkelijk worden beïnvloed door een kleine film-C met een fraktie van de waarde van de elko. Ons advies: nooit kondensatoren met zo'n grote verhouding parallel schakelen.
Het heeft pas zin als je aan een elko bijvoorbeeld een MKT of MKP van dezelfde waarde parallel schakelt. Een vuistregel zou hier kunnen zijn: de kleine C moet minstens één derde van de waarde van de grote C hebben.

C8.jpg

Figuur 8. Als een film-kondensator wordt ge-bypassed met een kleiner exemplaar, dan verbetert alleen het hoogfrekwent-gedrag, in dit geval boven 2 MHz.

Ter illustratie toont figuur 8 nog de gemeten impedantiekurve van twee parallel geschakelde MKT-kondensatoren met een verhouding van 1:10. De kleine kondensator begint pas zijn invloed te vertonen bij een paar megahertz. Ook weer leuk voor voedingsontkoppeling in versterkers.

Diëlektrische absorptie

De DA is al ter sprake gekomen bij het artikel "Kondensaroren".
Dit fenomeen is volgens deskundigen voor een groot deel verantwoordelijk voor de "klank" van kondensatoren. DA manifesteert
zich als een soort frekwentie-afhankelijke dynamiekkompressie.
Tevens treedt er een geluidsvertroebeling op door de energieopslag. Een interessant verschijnsel hierbij is dat DA geen aantoonbaar verband heeft met de harmonische vervorming van een kondensator. Een elko met nauwelijks meetbare vervorming kan bijvoorbeeld toch een slechte DA hebben.
Zoals we al verteld hebben, heeft parallel schakelen van een C met veel DA en eentje met weinig DA weinig zin, of je moet een elko en een film-kondensator van praktisch dezelfde waarde parallel schakelen. De totale DA van deze kombinatie bedraagt nog maar de helft t.o.v. een elko met dezelfde kapaciteit als deze parallelschakeling. Een andere mogelijkheid is het parallelschakelen van meerdere kleinere elko's. Uit onze metingen bleek namelijk dat de diëlektrische absorptie van kleine bipolaire elko's veel geringer is dan die van grotere exemplaren van 47 en 100 uF (zie ook weer tabel 2 in het andere kondensator-artikel). De beste oplossing is ook hier weer: zoveel mogelijk elko's vermijden.

Een voorbeeld

We sluiten dit verhaal af met een praktisch voorbeeld.

C9.jpg

Figuur 9. Aan de hand van dit scheidingsfilter laten we zien welke kondensatoren het beste in de verschillende sekties kunnen worden toegepast.

In figuur 9 is het schema van een denkbeeldig vierweg-systeem afgebeeld. We lopen daarbij de kondensatoren stuk voor stuk na.
In het basgedeelte zien we meteen een flinke kapaciteit achter de spoel, namelijk Cl. Gewoonlijk neemt men daarvoor twee bipolaire elko's van 100 uF. Film-Cs zouden op deze plaats een erg dure oplossing vormen. Het gaat al een stuk beter (en ook nog betaalbaar) als meerdere bipolaire elko's van een kleinere waarde paralJel worden geschakeld. Vooral de DA daalt daardoor flink. Negen stuks van 22 uF zouden het hier goed doen. Wilt u het nog beter hebben, dan moet een gedeelte van de kapaciteit in MKT worden uitgevoerd (minstens één derde van die 200 uF). De kondensator in het impedantiekompensatie-netwerkje, C2, zit in serie met een redelijk grote weerstand. Daardoor zullen zijn vervorming en DA maar gedeeltelijk meespelen in de bassektie. Ook de inwendige weerstand is door de aanwezigheid van Rl niet echt kritisch. Een half ohm of zo bij die 4,7 Ohm doet hier niet veel kwaad, op het filterverloop zal dat praktisch geen invloed hebben.
Een bipolaire elko kan hier dus wel.
Het daaropvolgende laag/midden-filter begint met een kondensator van 100 uF. Hier is kwaliteit belangrijk, omdat deze C in serie met de luidspreker staat. We zouden in dit geval aanraden om toch op zijn minst te kiezen voor een parallelschakeling van twee 33-uF-elko's (of eentje van 68 uF) en een MKT-C van 33 uF. Een verhouding van 1:1 zou nog mooier zijn.
Daarmee wordt de DA redelijk klein gehouden, terwijl ook de serieweerstand vrij laag blijft. Perfekt (maar prijzig) is natuurlijk een MKT-C van 100 uF. De tweede kondensator in deze sektie is C4.
Vervorming en serieweerstand spelen in deze tak een minder grote rol dan bij C3, maar DA van deze kondensator kan toch roet in het signaal gooien. Als het filter niet te duur mag worden, kunt u hier een bip. elko inzetten. Beter is op deze plaats ook weer een parallelschakeling van bijv. een 10-uF-elko en een 12-uF-MKT-C.
Dan komen we bij het filter voor de derde luidspreker. Hierbij geldt de volgende algemene opmerking.
In midden- en hoog-sekties vallen kwaliteitsverschillen meestal eerder op dan in de lagere sekties, evenals nivoveranderingen door de serieweerstanden van de kondensatoren. Als u geld wilt uitgeven aan betere kondensatoren, dan kunt u dat het beste in de hoogste sekties besteden.
Voor C5 gelden eigenlijk dezelfde opmerkingen als voor C3. Omdat we hier met een niet al te grote waarde te maken hebben, lijkt ons een 18-uF-MKT- of MKP-type wel verstandig (een parallelschakeling van een MKT- en MKP-kondensater heeft weinig zin, zonde van de MKP!). C6 is weer een parallelkapaciteit. Kwaliteit telt dan iets minder zwaar, maar toch ...
Omdat het hier een betrekkelijk kleine waarde betreft, gaat onze voorkeur uit naar een MKT-konden sator. C7 zit weer in een kompensatienetwerkje en is niet zo kritisch (zie het kommentaar bij C2). Een bipolaire elko is goed genoeg (mag met gladde of ruwe folie zijn).
De laatste kondensator in het filter is C8. Dit moet zonder meer een film-kondensator zijn. Een MKP-C kan hier misschien net nog wat meer details via de tweeter laten horen dan de MKT-C.
Dat was het hele filter. We hebben hierbij alleen maar gewerkt met MKT-C's, MKP-C's en bipolaire elko's. MKC-kondensatoren (polycarbonaat) hebben we niet genoemd.
Dat heeft niets te maken met de kwaliteit (ze zijn beter dan MKT-exemplaren), maar met de verkrijgbaarheid. Er zijn niet veel handelaren die MKC-C's voeren.
Kunt u er aan komen, pas ze dan gerust toe.
Aan de hand van deze beschrijving kunt u zelf nu inschatten welk soort kondensator op een bepaalde plaats in uw eigen filter moet worden toegepast. En houd daarbij rekening met de prijsverhouding filter-luidsprekers. Die moet ook een beetje blijven kloppen!
(902004-7)
Laatst gewijzigd door SARK op ma 02 jan 2017, 7:02, 8 keer totaal gewijzigd.

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 21430
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs
Contacteer:

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:49

ook over condensatoren was vroegâh in de IT katalogus nog wat metingen te vinden:
IT condensator - vervangingsschema & imp.jpg
IT condensator - metingen.jpg

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 21430
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs
Contacteer:

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:49

...

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 21430
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs
Contacteer:

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:49

...

Gebruikersavatar
Henkjan
Beheerder / Site Admin
Berichten: 21430
Lid geworden op: do 01 jan 1970, 1:00
Locatie: Berkel en Rodenrijs
Contacteer:

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Henkjan » zo 30 apr 2017, 17:49

...

Gebruikersavatar
Bert61
Berichten: 2393
Lid geworden op: vr 25 apr 2014, 4:15
Locatie: Oudenbosch

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Bert61 » zo 30 apr 2017, 20:23

Dank voor deze nuttige info :dank:

ds23man
Ook commercieel actief
Berichten: 17662
Lid geworden op: za 05 sep 2009, 18:46
Locatie: Bananenrepubliek

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor ds23man » zo 30 apr 2017, 20:32

+3

Gebruikersavatar
Thomox
Berichten: 433
Lid geworden op: za 19 mar 2011, 18:53

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Thomox » zo 30 apr 2017, 23:19

Geweldig, ga ik morgen doorlezen :)

Gebruikersavatar
Walt
Berichten: 7514
Lid geworden op: vr 24 feb 2006, 13:33

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Walt » ma 01 mei 2017, 6:57

Dit artikel dateert nog wel uit de tijd dat de 'beste' condensator een standaard Audyn/Intertechnik MKP was, toen de Audyn Plus witte MKP condensatoren op de markt kwamen was dat een flinke sprong in kwaliteit. Er zijn al vele discussies geweest over wel/geen hoorbare verschillen tussen MKP's, mijn advies is zelf testen/luisteren.

Gebruikersavatar
Marp
Beheerder / Sysadmin
Berichten: 6430
Lid geworden op: vr 11 mar 2005, 22:25
Locatie: Bergen op Zoom

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Marp » ma 01 mei 2017, 15:31

Walt schreef:Dit artikel dateert nog wel uit de tijd dat de 'beste' condensator een standaard Audyn/Intertechnik MKP was, toen de Audyn Plus witte MKP condensatoren op de markt kwamen was dat een flinke sprong in kwaliteit.

Het samengevatte artikel uit 1991 was inderdaad de aftrap. Heb je weet van recentere/aanvullende technische info? Dat zal welkom zijn.

Walt schreef:Er zijn al vele discussies geweest over wel/geen hoorbare verschillen tussen MKP's, mijn advies is zelf testen/luisteren.

Hoho, dit is niet een discussietopic over hoorbaarheid. Dit is een technisch verzameltopic (sticky), dus graag het daarbij houden.



Sark schreef:[Henkjan]
Verzameltopic met "harde" technische info over condensatoren, lees betrouwbare metingen en interpretaties daarvan.
Aftrap is door Sark met een samenvatting van een Elektuur artikel.
[/Henkjan]

Gebruikersavatar
richard
Berichten: 4849
Lid geworden op: wo 17 nov 2004, 23:26
Locatie: Beetstersweach

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor richard » di 08 aug 2017, 13:27

Wat interessante filmpjes over condensatoren; de eerste over welk type te gebruiken op welke plaats de tweede over de richtinggevoeligheid van condensatoren:
https://www.youtube.com/watch?v=67M7fsbLUIU
https://www.youtube.com/watch?v=BnR_DLd1PDI

Gebruikersavatar
Pjotr
Berichten: 16887
Lid geworden op: do 26 aug 2004, 18:34
Locatie: bollenstreek

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Pjotr » di 08 aug 2017, 13:59

Pfft wat een slaapverwekkende nerd Richard. Voor audiotoepassingen wordt je niet echt wijzer van die filmpjes.

Legendarisch is inmiddels de serie van Cyril Bateman's over Capacitor Sound. Ik heb de scans van die serie uit WW van destijds als PDF maar die zijn groter dan ik hier kan uploaden. Dus maar even een linkje naar onze conculega's: https://linearaudio.nl/cyril-batemans-c ... d-articles

Gebruikersavatar
AatV
Berichten: 2669
Lid geworden op: wo 21 feb 2007, 18:33
Locatie: Delft

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor AatV » di 08 aug 2017, 18:42

Zoals de tekst in Pjotr's link ook aangeeft heeft hij een later onderzoek gepubliceerd in Linear Audio volume 9.
Als ik mij het goed herinner was de kwaliteit van condensatoren niet echt omhoog gegaan.

groet,
Aat

Gebruikersavatar
RNacoustics
Berichten: 314
Lid geworden op: di 27 aug 2013, 19:07
Contacteer:

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor RNacoustics » di 08 aug 2017, 21:40

Mijn ervaring is dat de keuze van een bepaalde type condensator met name in serie van een schakeling ( in VV, EV of scheidingsfilter) heel veel invloed heeft op het uiteindelijk geluidsresultaat :-({|=

Gebruikersavatar
Pjotr
Berichten: 16887
Lid geworden op: do 26 aug 2004, 18:34
Locatie: bollenstreek

Re: Technische info Condensatoren

Berichtdoor Pjotr » di 08 aug 2017, 21:58

Dat is een persoonlijke interpretatie die in de meeste gevallen technisch niet gestaafd kan worden. Daarover gaat dit draadje niet.


Terug naar “Filter Ontwerp”

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: Geen geregistreerde gebruikers en 3 gasten