阻容元件对音频放大器的影响及其选用

当音频信号频率上升时，电容器的容抗减小、感抗增大，XL>XC，等效电路呈现电感性，并且频率越高，感抗越大，如图5中右侧曲线；当频率下降时，容抗增大、感抗减小，XC>频率上升时，电容器的容抗减孝感抗增大，XL>XC，等效电路呈现电感性，并且频率越高，感抗越大，如图5中右侧曲线；当频率下降时，容抗增大、感抗减小，XC>XL，等效电路呈现电容性，频率越低，容抗越大，见图5左侧曲线；当f=f0时，XC=XL，RLC电路发生串联谐振，等效阻抗为r。因此电容器的阻抗随频率变化具有U型特性，如图5所示。从图5中可知，电容器的工作频率上限fH<f0，当f≥f0时，电容器已失效。

等效串联电感(ESL)的存在给电容器的性能产生不良的影响：1)限制了电容器的上限工作频率，电容器的等效电感越大，工作频率越低；2)影响甚至改变输入脉冲电压的波形；3)影响电容器充放电的速度。4)等效串联电阻(ESR)会给电容器带来损耗。

对于陶瓷电容器，它是以陶瓷作为电容的介质。由于陶瓷材料具有压电特性，所以当陶瓷电容C两端的电压改变时，其容量也发生改变。以常见1 000 pF的陶瓷电容为例，据测试，当陶瓷电容C两端的电压从0～15 V变化时，其容量C从963～982 pF变化。

若以陶瓷电容C组成一个RC耦合电路，如图6所示。在输入端输入正弦波，在波峰或波谷到来时，电容器的偏压最大，而在0轴时偏压最小。一个周期的信号通过电容器时，电容器的容量经历一个由小到大，再由大到小的变化过程。RC耦合电路的输出电压表达式为：


若输入的是标准的正弦波，则输出的波形将发生畸变，产生谐波失真，表明陶瓷电容具有非线性特征。考察上式，在一定的频率范围内，信号频率越高，容抗就越小，当XC<<R时，Vo=Vi，电容器的影响就可以忽略，这时输出波形就接近输入波形。也就是说，陶瓷电容的低频失真大，而高频失真相对较小。压电效应对于电压敏感的陶瓷电容是引起谐波失真的主要原因。而对电压不敏感的薄膜类电容，由于介质损耗，等效串联电阻、电感等因素同样会引起非线性失真，只是失真的数量级较低，人耳不易察觉而已。

3 阻容元件对音响设备的影响
在常温下，设音源中音频放大电路有一阻值为10 kΩ的电阻，则当音响设备音源、功放的带宽为20 kHz时，电阻的热噪声电热约为1．5 μV，电流噪声约为0．5μV，合计约为2μV；此时，假设音源CD唱机音频放大电路的电压增益为20 dB，功放前级的电压增益为20 dB，功放后级的电压增益为20 dB，音响设备总的电压增益为60 dB，即电压放大倍数为1 000倍，则功放输出的噪声电压为Vo=2μVx1 000=2 mV。随着温度的上升，输出的噪声电压将大于2 mV。
如果音源的音频放大部分采用RC耦合电路，音源输出信号的谐波失真为0．05％，功放前后级总的电压增益为40 dB，即电压放大倍数为100倍，则功放输出信号的谐波失真为100x0．05％=5％。若采用陶瓷电容，则谐波失真会更大。另外，电容器的等效串联电阻、电感还会影响电容器充放电的速度，引起音频信号的瞬态失真。
对于普通的音响设备来说，输出的噪声电压为2 mV，谐波失真为5％。一般人不易察觉，对于普通用户，在要求不高的场合是可以接受的。但对于HI-FI或HI-END音响设备来说，是不能容忍的。因为HI-FI或HI-END音响设备要求背景非常宁静，各项性能指标要求也较高，即使2 mV的噪声电压，也会影响背景的宁静度，5％的谐波失真就更不用说了。

4 阻容元件的选用
4．1 电阻元件的选择
为保证FI或HI-END音响设备的高保真度，根据以上分析，音源、前后级功放应考虑选择金属膜电阻或薄膜电阻，大电流部分可采用无感陶瓷电阻；阻值误差要小，电阻的标称功率应大于实际消耗功率，一般不小于实际消耗功率的两倍，以降低电阻的温度，减小电阻的热噪声和电流噪声，提高音响设备的信噪比。目前，欧美等国家生产的电阻、电容性能比国产的好，如美国DALE军用电阻，西电瓷管线绕精密电阻，性能稳定，用于电源滤波、阴极电阻，音质佳、噪声小；西电(黑排骨)精密电阻，如用作单端功放管300B，FU50胆机阴极电阻，性能稳定，音色极佳。又如法国金属膜电阻，精度高，误差小于1％，用于音响配对电阻一致性好，平衡度高，音质晶莹细腻，噪声小。
4．2 电容元件的选择
对于电容器，1)能不用电容就尽量不用，2)不选用陶瓷电容，3)需要使用电容器的场合，应选择等效串联电阻ESR、电感ESL小，介质损耗小、漏电电流小，高频性能好(f0较高)的电容。电容器标称参数，1)电容量，就是电容器外壳上所标出的数值，常用μF、pF表示，2)安全工作电压(指电容器工作电压的标称值)，实际工作电压为额定标称值的2／3左右是比较合理可靠的，一般来说标称电压越高，漏电流越小；3)温度，常见的大多为85℃、105℃。高温条件下(例如电子管功放或纯甲类晶体管功放)要优选105℃标称的电容器。一般情况下，选用温度系数高的电容对于改善其他性能也有积极的帮助，最好选用音响专用电容。如丹麦JENSEN铝箔电容、铜膜电容、铜管电容，美国SPRAGUE电容、思碧维他命Q油浸电容，德国著名的ROE电解电容、日本的ELNA电容等，这些电容的音色有各自特点。