這篇是延續前兩天在山姆大「
ArchQ 數位訊源入門 -> 究極」這一串後面有關接電容的相關討論,由於小弟怕接下來的討論會偏離ArchQ主題太遠,所以轉移到教授這一串下面,還請教授見諒包涵。
基本上的討論是源自於a5401920大用了CDE 944U 220uF數顆電容改裝nano dac卻得不到好結果,而山姆大也用了這顆電容接了好幾的地方,覺得聲音也有扭曲。於是小弟昨天抽空做了一些簡單的測量,希望能夠釐清一些問題,為什麽明明測值不錯的電容,實際上用起來卻不如預期?
小弟試了兩種電容連接方式。
方式A:採用平行導線連接電容,正負加起來總長度為64公分。(類似山姆大的接線方式)
方式B:採用獨立兩條導線連接電容,正負加起來總長度為55公分。(類似a5401920大的改裝nano dac的接線方式)
實際連線方式如下面照片:
251124125836449.jpg
251124125059745.jpg
測量電容值、等效串聯電阻(ESR)、電感值 與 頻率的關係。
先看一年前測量電容本身的測值(抱歉當時沒有測電感值,但應該不是很重要):
CDE_944U221K601ACI-1_220uF_600V_MKP拷貝.png
就算頻率到了100KHz,電容容值(紅線)也還有額定容值220uF的一半。
接下來看使用方式A接線的測量結果:
CDE944_with_long_pair_lead拷貝.jpg
容值(藍線)在頻率13KHz最高,接下來就直線下滑,到了20KHz時,容值只剩下額定的十分之一。
感值(綠線)在高頻時約為250nH,這個感值的大小,決定於接線的長度以及形式。
而這也表示整個裝置在頻率超過20KHz之後,引線造成的感抗已經超過電容本身的容抗。
下面是方式B接線的測量結果:
CDE944_with_long_loop_lead拷貝.jpg
容值(藍線)在頻率10KHz最高,接下來直線下滑,不到15KHz就感抗已經超過容抗。
感值(綠線)在高頻時為550nH。
從上面的測量結果可以發現,電容接線的方式,會大大影響電容有效作用的頻寬,這是跟導線本身所產生的電感有關。接線越長,感值越高,而正負導線分得越開,感值也越高。明明A接線比B接線還更長,但是感值只有一半不到。
平行導線的感值可以從下面網頁得到:
https://www.allaboutcircuits.com/too...ce-calculator/
單電線的感值可以從下面網頁得到:
https://www.allaboutcircuits.com/too...ce-calculator/
電容作用的頻寬,跟一個被稱作為LC諧振頻率有關,也就是大約在容抗陡降的頻率,而在這個點的附近頻率,相位會有大幅度急遽的變化,對聲音可能有非常不利的影響。
LC諧振頻率可以簡單地從下面網頁得到:
https://www.allaboutcircuits.com/too...ce-calculator/
公式如下:
LC_resonant_freq.jpg
從公式可以看得出來,導線的感值越高,諧振頻率就越低,導致電容實際作用頻寬也越小。所以,最佳的做法,仍然是一開始大家外接大電容的做法,必須直接連接在供電電路上,這樣的接法,導線長度為0,才能盡量發揮電容的完整能力。
如果在空間安排上不得已,必須使用導線來連接電容,那麼導線長度在容許範圍內盡量縮短,而且強烈建議使用平行導線,不要讓正負導體分開走線。可以參考Audiomat的做法,MKP電容的接線,也是使用平行導線,這不是為了走線整齊好看而已,而是有實際上的作用。
如果是機器內部改裝,在穩壓前後要加上大電容,引線長度的問題會更大。大部分穩壓晶片對輸入和輸出電容都有一些限制,包括了電感值。例如LT3045,輸出電容的感值必須低於2nH,不然可能會不穩定。基本上引線長度1公分,感值就已經超過2nH了。
說到穩壓晶片所謂的不穩定,就是會容易發生高頻振盪。一但穩壓發生高頻振盪,聲音的高頻聽起來會變粗,延伸性不足,超高頻上不去,有能量淤積的感覺。小弟再找個時間,用這顆CDE 944U加上不同的連線方式,接在穩壓晶片的後面,試著測量穩壓晶片的穩定度,看看是否有高頻震盪的問題。
教授,小弟仔細看了a5401920大的改裝nano dac,雖然使用了六顆CDE 944U,但分別使用在好幾個不同的地方,最多應該只並聯了兩顆,沒有並聯了六顆。
而且,最有意思的地方是,看看LC諧振頻率的公式,除了引線越長導致感值增加,會讓諧振頻率降低以外,增加電容的容值,也會讓諧振頻率降低。所以如果不是直接把電容接在供電線路上,而是另外使用引線將電容連接到供電線路上,那麼電容容值越大,或是並聯越多顆,反而會越差。
後記:從諧振公式反推,以25~30公分的平行導線(正負加起來60公分)來連接電容的話,電容容值如果超過300uF,頻寬就會低於25KHz。這也難怪Audiomat會只使用220uF的電容,除了空間考量外,在頻寬上這也算是一種不得已的妥協。