吳星華

    在音頻電路中，無(wú)源元件被用于設(shè)定電路增益，提供偏置和電源抑制，實(shí)現(xiàn)級(jí)間直流隔離等等功能。由于便攜式音頻設(shè)備的局限性，其空間、高度和成本都受到了嚴(yán)格膠制，迫使設(shè)計(jì)者必須采用小尺寸、低截面和低成本的無(wú)源元件。但在使用之前，有必要對(duì)這些器件的音頻效果作一番研究，拙劣的元件選擇會(huì)顯著降低系統(tǒng)的性能。

    一些設(shè)計(jì)者以為電阻和電容對(duì)音質(zhì)沒有什么大的影響，但實(shí)際情況是，很多在音頻信號(hào)通道上經(jīng)常使用的無(wú)源元件所固有的非線性特性，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的總諧波失真（THD）。

    非線性之源

    電容和電阻都存在一種所謂的電壓系數(shù)效應(yīng)，即，當(dāng)元件兩端的電壓改變時(shí)，元件的物理特性會(huì)發(fā)生某種程度的改變，其參數(shù)值也隨之改變。例如，當(dāng)一個(gè)兩端無(wú)電壓時(shí)阻值為1.00kΩ的電阻被加以10V電壓時(shí)，其實(shí)際電阻值變?yōu)?.01kΩ。這種效應(yīng)隨元件的類型、結(jié)構(gòu)和化學(xué)類型(對(duì)于電容)的不同而有很大差異。有些制造商可以提供電壓系數(shù)信息，以曲線方式，給出了電容變化百分比對(duì)應(yīng)額定電壓變化百分比的關(guān)系。

    現(xiàn)代薄膜電阻的電壓系數(shù)已非常好，實(shí)驗(yàn)室條件下基本上測(cè)不到。然而，電容器則差強(qiáng)人意，會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生影響：

    *電壓系數(shù)；

    *介電吸收（DA）：類似于記憶效應(yīng)，表現(xiàn)為已被放電的電容仍持有一些電荷；

    *等效串聯(lián)電阻（ESR）:和頻率有關(guān)，當(dāng)串聯(lián)耦合電容驅(qū)動(dòng)低阻抗耳機(jī)或揚(yáng)聲器時(shí)會(huì)限制功率輸出；

    *顫噪效應(yīng) :一些電容有顯著的壓電效應(yīng)，物理應(yīng)力或變形會(huì)在電容兩端產(chǎn)生電壓。

    *誤差較大:多數(shù)大容值電容(幾u(yù)F或更大)通常 沒有嚴(yán)格規(guī)定精度。而電阻就很容易且廉價(jià)地做到1%或2%的容差。

    下面就提供的一種測(cè)試方法進(jìn)行討論:亦包括一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試電路和現(xiàn)成的音頻測(cè)試設(shè)備.以便評(píng)價(jià)音頻信號(hào)通道上的電容器所帶采的不利影響。其目的不是對(duì)某種尺寸和額定電壓或元件類型進(jìn)行取舍判定，只是要讓有關(guān)人士了解這種現(xiàn)象，展示出一些有代表性的結(jié)果，并提供一種測(cè)試手段，以便進(jìn)行合理的比較和判斷。

    關(guān)于測(cè)試方法

    應(yīng)該說(shuō)，非線性交流響應(yīng)很容易在電容上觀察到。對(duì)于模擬音頻的頻率響應(yīng)在大多數(shù)電路模塊中可分為高通、低通和帶通濾波器，這些濾波器的非線性對(duì)于音頻質(zhì)量有顯著影響。

    從一個(gè)簡(jiǎn)單的RC高通濾波器(見圖1所示) 分析起。當(dāng)頻率遠(yuǎn)高于—3dB截止頻率時(shí)，電容器的阻抗低于電阻。當(dāng)有高頻交流信號(hào)通過(guò)時(shí)，只在電容器兩端產(chǎn)生很小的電壓，因此電壓系數(shù)所造成的變化應(yīng)該很小。不過(guò)，信號(hào)電流流過(guò)電容時(shí)，會(huì)在電容器的ESR上產(chǎn)生電壓。ESR的非線性達(dá)到一定程度就會(huì)使非線性失真惡化。當(dāng)接近-3dB截止頻率時(shí)，電容和電阻的阻抗值達(dá)到同一數(shù)量級(jí)。結(jié)果是在電容器兩端產(chǎn)生明顯的交流電壓，同時(shí)又只對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生很小的衰減。此時(shí)，電壓系數(shù)效應(yīng)接近其峰值。

    本測(cè)試將聚焦于-3dB截止點(diǎn)的總諧波失真(THD)，突顯無(wú)源元件的非理想特性--它主要來(lái)源于其電壓系數(shù)效應(yīng)。其測(cè)試電路包括一個(gè)-3dB截止頻率為lkHz的高通濾器和一個(gè)音頻分析器(Audio Precision System One)，以便觀察在更換不同結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和不同類型電容時(shí)的總諧波失真和噪聲（THD+N）惡化情況�？紤]到可選電容類型的多樣性，選擇1uF容值的電容,它和150Ω的負(fù)、壓,輸入和輸出有相同的直流電位。

    聚酯電容器和參考基線

    圖2中的THD+N和頻率的關(guān)系曲線給出了測(cè)試裝置分辨率的上限（即圖2中測(cè)量上限），以及一種25V穿孔式聚酯電容器(在便攜設(shè)備中不常用)的最小影響。由電壓系數(shù)引起的非線性失真也不是很明顯。注意到在頻率低于lkHz時(shí)THD開始增加，但實(shí)際上輸出信號(hào)在頻率低于lkHz時(shí)也下降了，因而降低了由分析儀所記錄的信號(hào)-噪聲(加失真)比率。關(guān)鍵區(qū)域在于lkHz以上，在此區(qū)間聚酯電容的表現(xiàn)良好--僅能測(cè)到相對(duì)于參考基線輕微的惡化。

    便攜設(shè)備中的鉭電介質(zhì)

    便攜設(shè)