2つの通常の電解コンデンサから無極性電解コンデンサを作成できますか?


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この質問について議論がありました

私は決定的に解決されているとは思わない:

  • 「2つの通常の電解液のように見えるかもしれないものは、実際には2つの通常の電解液ではないことが判明しました。」
  • 「いいえ、これをしないでください。それはコンデンサとしても機能しますが、数ボルトを渡すと、絶縁体を吹き飛ばします。」
  • 「「2つのダイオードからBJTを作成することはできません」のようなもの」
  • 「それはいじくり回すことができないプロセスです」

それで、非極性(NP)電解キャップは逆直列の2つの電解キャップと電気的に同一ですか、そうではありませんか?同じ電圧に耐えられませんか?組み合わせに大きな電圧がかかると、逆バイアスキャップはどうなりますか?物理的なサイズ以外の実用的な制限はありますか?どの極性が外側にあるかは重要ですか?

違いはわかりませんが、多くの人は違いがあると考えているようです。

概要:

コメントの1つに掲載されているように、電気化学ダイオードの一種が進行中です。

フィルムは、自由電子を透過しますが、セルの温度が高くなければ、イオンを実質的に透過しません。フィルムの下にある金属が負の電位にあるとき、この電極で自由電子が利用でき、電流がセルのフィルムを流れます。極性を逆にすると、電解質は負の電位にさらされますが、電解質にはイオンのみが存在し、自由電子は存在しないため、電流はブロックされます。— アレクサンダーM.ゲオルギエフによる電解コンデンサ

通常、コンデンサに長時間逆バイアスをかけることはできません。そうしないと、大電流が流れて「電気化学還元により誘電体の中心層が破壊されます」:

電解コンデンサは短期間逆バイアスに耐えることができますが、かなりの電流が流れ、非常に優れたコンデンサとしては機能しません。— ウィキペディア:電解コンデンサ

ただし、2つのバックツーバックがある場合、順方向にバイアスされたコンデンサにより、長時間のDC電流が流れなくなります。

タンタルにも有効

逆電圧変動が避けられない回路位置では、直列に接続された2つの類似のコンデンサが「背中合わせ」に接続されます...無極性コンデンサ機能が作成されます...これは、ほとんどすべての回路電圧が順バイアスコンデンサで低下するためです、そのため、逆バイアスされたデバイスには無視できる電圧しかありません。

固体タンタルコンデンサのよくある質問(FAQ)

タンタルコンデンサで使用される酸化物誘電体構造は、一方向の電流の流れをブロックすると同時に、反対方向の低抵抗経路を提供する基本的な整流特性を備えています。


私の答えの最後にある「メカニズム」の追加をご覧ください。
ラッセルマクマホン

回答:


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概要:

  • はい、「極性のある」アルミニウムの「湿式電解」コンデンサを「背中合わせに」(つまり、反対の極性と直列に)合法的に接続して、無極性コンデンサを形成できます。

  • C1 + C2は常に容量と電圧定格が
    等しいCeffective = = C1 / 2 = C2 / 2

  • Veffective = C1およびC2の定格。

  • これがどのように機能するかについては、最後の「メカニズム」を参照してください。


これが行われるとき、2つのコンデンサは同じ容量を持つと普遍的に想定されています。
個々のコンデンサの半分の静電容量を持つ結果のコンデンサ。
たとえば、2 x 10 uFのコンデンサを直列に配置すると、結果の静電容量は5 uFになります。

結果として生じるコンデンサは、個々のコンデンサと同じ電圧定格を持つと結論付けます。(私は間違っているかもしれません)。

私はこの方法が長年にわたって何度も使用されていることを見てきました。さらに重要なことは、多くのコンデンサメーカーのアプリケーションノートに記載されている方法を見たことです。そのような参照については、最後に参照してください。

または追加の複雑さ「彼らはダイオードによってバイパスされていたかのように行動する」しかし、配置は一度開始どのように機能するかを理解することは簡単です個々のコンデンサが正しく充電になる方法を理解することは、コンデンサ・メーカー文(の信仰のいずれかが必要です。
2つのバックツーバックキャップを想像してみてClが完全に充電され、Crが完全に放電
されます。Clがゼロ電荷まで放電するような直列配置に電流が流れると、Crの極性が逆になり、Crが全電圧に充電されます。 Clをさらに放電すると、極性が正しくないとCrが定格電圧を超えて充電されることになりますが、両方のデバイスの仕様外になる可能性があります。

上記を考慮すると、特定の質問に答えることができます。

コンデンサを直列に接続する理由は何ですか?

2 x極性キャップからバイポーラキャップを作成できます。
または、電圧分布のバランスをとる限り、定格電圧を2倍にすることができます。バランスをとるのを助けるために並列抵抗が時々使用されます。

「2つの通常の電解液のように見えるかもしれないものは、実際には2つの通常の電解液ではないことが判明しました。」

これは、通常の電解液で行うことができます。

「いいえ、これをしないでください。それはコンデンサとしても機能しますが、数ボルトを渡すと、絶縁体を吹き飛ばします。」

評価を超えない場合は正常に動作します。

「「2つのダイオードからBJTを作成することはできません」のようなもの」

比較の理由は記載されていますが、有効ではありません。各ハーフコンデンサには、単独の場合と同じルールと要求が適用されます。

「それはいじくり回すことができないプロセスです」

Tinkerer缶-完全に合法です。

それで、非極性(NP)電解キャップは逆直列の2つの電解キャップと電気的に同一ですか?

それはコイル状になっていますが、製造業者は通常2つの陽極箔があるように製造上の変更を行いますが、結果は同じです。

同じ電圧に耐えられませんか?

電圧定格は、シングルキャップの定格です。

組み合わせに大きな電圧がかかると、逆バイアスキャップはどうなりますか?

通常の動作では、逆バイアスキャップはありません。各キャップは、ACサイクル全体を効果的に処理し、半サイクルを見ます。上記の私の説明をご覧ください。

物理的なサイズ以外の実用的な制限はありますか?

私が考えることができる明白な制限はありません。

どの極性が外側にあるかは重要ですか?

いいえ。「キャップの外側にあるものを参照せずに各キャップが分離して見えるものの絵を描きます。今度は、回路内の順序を変更します。見えるものは同一です。

違いはわかりませんが、多くの人は違いがあると考えているようです。

あなたは正しいです。機能的には「ブラックボックス」の観点からは同じです。


メーカーの例:

このドキュメントのアプリケーションガイド、アルミニウム電解コンデンサ bY Cornell Dubilier、有能で尊敬されるコンデンサメーカー(2.183および2.184歳)

  • 同じ値の2つのアルミニウム電解コンデンサを正端子または負端子を接続して直列に接続すると、結果として得られる単一のコンデンサは、容量が半分の無極性コンデンサになります。

    2つのコンデンサは印加電圧を整流し、ダイオードによってバイパスされたかのように動作します。

    電圧が印加されると、正しい極性のコンデンサが最大電圧になります。

    無極性アルミニウム電解コンデンサおよびモーター始動アルミニウム電解コンデンサでは、単一のケースで無極性コンデンサを実現するために、2番目の陽極箔が陰極箔の代わりになります。

アクション全体の理解に関連するのは、ページ2.183からのこのコメントです。

  • 静電容量は2つの箔の間にあるように見えますが、実際には静電容量は陽極箔と電解液の間にあります。

    正極板は陽極箔です。

    誘電体は陽極箔上の絶縁性酸化アルミニウムです。

    真の負極板は導電性の液体電解質であり、陰極箔は単に電解質に接続するだけです。

    この構造は、フォイルをエッチングすると表面積が100倍以上になり、酸化アルミニウム誘電体の厚さがマイクロメートル未満になるため、巨大な静電容量を実現します。したがって、結果として得られるコンデンサは非常に大きなプレート面積を持ち、プレートは非常に密接しています。


追加:

Olinのように、正しい極性を維持する手段を提供する必要があると直感的に感じています。実際には、コンデンサはスタートアップの「境界条件」に対応するのに良い仕事をしているようです。コーネル・ダビリエは「ダイオードのように振る舞う」には、より深い理解が必要です。


機構:

以下はシステムの仕組みを説明していると思います。

上で説明したように、1つのコンデンサがAC波形の一方の極で完全に充電され、もう一方が完全に放電されると、システムは正常に動作し、そのキャップの内側のプレートの反対側にあるキャップの外側の「プレート」に電荷が渡されます他のキャップにキャップし、「もう一方の端から」。すなわち、電荷の本体が2つのコンデンサ間を移動し、デュアルキャップを介した正味の電荷の流れを可能にします。今のところ問題ありません。

正しくバイアスされたコンデンサの漏れ電流は非常に低くなります。
逆バイアスされたコンデンサは漏れが大きく、場合によってははるかに大きくなります。
起動時に、半サイクルごとに1つのキャップに逆バイアスがかかり、リーク電流が流れます。
電荷の流れは、コンデンサを適切にバランスの取れた状態に駆動するようなものです。
これは「ダイオードアクション」と呼ばれます-正式な整流ではなく、不適切な動作バイアス下での漏れです。
多数のサイクルの後、バランスが達成されます。キャップの「漏れやすい」方向が逆方向になると、より速いバランスが達成されます。
欠陥や不等式は、この自己調整メカニズムによって補償されます。とてもきちんとした。


「通常の動作では、逆バイアスされたコンデンサはありません」1つのダイオードのドロップによって逆バイアスがかかっています。
エンドリス

3
@endolith-いいえ-しかし、私たちのいずれかが実際に何が起こるかについて100%確信しているかどうかは疑わしいので、思考に問題はありません。「ダイオードのような」という彼らの声明は、良い比較よりも手を振っている。それは、逆バイアス電解が実際に非常にひどく「漏れ」、他の正しくバイアスされたコンデンサに電流を流し、正しいバランスのとれた動作点に達するまで「システムをポンプアップ」するということだと思います。バランスの点に達すると(私の回答で説明したように)、キャップが同一である場合、システムは各コンデンサを「完全に」バイアスで動作させます。
ラッセルマクマホン

1
@RussellMcMahon:重要な点は、逆バイアスされたダイオードは電圧に非線形に依存する量だけリークする傾向があり、損傷を引き起こすのは逆電圧ではなく逆電流であるということです。前方漏れがない場合、どちらかのキャップを介して前方に流れる電子の「寿命」最大数は、もう一方のキャップを充電するために必要な電子の数に制限されます。特定のキャップは逆電圧が250mVの下になったら、ほとんど何も漏れるないために起こった場合には、キャップは250mVの逆バイアスで座って、しかし...かもしれない
supercat

1
... *本当に重要ではない*。電圧が維持される唯一の方法は、電流が流れていない場合で、電流が流れていない場合は問題ありません。本質的にすべての逆漏れ電荷が流れるまで、漏れはキャップの性能特性に影響しますが、ほとんどの場合、漏れる電荷全体の99%が漏れるのに長くかかりません。
supercat

30

私はこれが長年にわたって成功していることを知っていますが、なぜそれが機能するのかを見る価値があります。

Russellの回答で得られた情報に基づいて、簡単なシミュレーションをセットアップすると思いました。主なポイントは、「あたかもダイオードによってバイパスされたかのように振る舞う」部分です。これは非常に大雑把な近似ですが、何が起こっているのかを示しています。

バイポーラ回路図

バイポーラシミュレーション

I [D1]とI [D2]は、キャップを流れる逆電流を表します。最初に、キャップの1つが逆電流の短いサージを取得し、その後、両方に対して最小になります。I [C1]とI [C2]は、静電容量を流れる電流を表します。これは、100Hzで0.5uFキャップの期待に応えます。容量性リアクタンス

12π100500e9=3183

したがって、ピーク電流は

103183=3.14mA

3番目のグラフの水色の波は電源電圧です。3番目のグラフの濃い青と緑の波は、各コンデンサに見られる電圧を表しています(それぞれの-端子に対して+端子)

ご覧のように、両方とも正しく分極されています。


すぐにこの回路を使用しましたが、コンデンサが熱くなるのはなぜですか?私は1N5804ではなく、1N4148使用
MAK

@MAK誤解しない限り、この回路はSMPSの出力で見られるリップル電流と同等の電流を生成します。使用したコンデンサのESRが高い場合、抵抗と同様に電圧が低下するため、熱が発生します。
GB-AE7OO

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はい、2つの偏光キャップを組み合わせて、効果的な単一の非偏光キャップにすることができますが、いくつかの制限があります。個々のキャップは、仕様内の電圧のみを見る必要があります。これを行う最も簡単な方法は、無極性キャップのいずれかの側に印加される電圧よりも常に上または下に保証される供給電圧を持つことです。次に、2つの分極化されたキャップが背中合わせに接続され、高い値の抵抗が電源に接続されます。

総静電容量は、2つの個別のコンデンサの直列の組み合わせであり、等しい場合はそれぞれ半分になることに注意してください。上記の例では、総実効容量は235 uFです。

各キャップの電圧範囲も慎重に検討する必要があります。最悪の場合は、外部回路ができることによって異なります。たとえば、両端が10Vに保持され、左端が突然0Vに低下したとします。中央は、ステップの直後に右キャップを横切る15Vで-5Vになります。電源への信号の1MΩインピーダンスも考慮する必要があります。R1は、キャップからの漏れによって電圧が大きくなりすぎないように十分に低くなければなりませんが、そうでない場合は信号をロードしないようにできるだけ高くする必要があります。

一般的に、この種のトリックは最後の手段と考えるべきです。通常、信号にはバイポーラコンデンサが必要であるため、より低いバイポーラ容量を必要とするように配置することができます。多層セラミックキャップは、過去10年間で大幅に進歩しました。100のuFの代わりに10のuFで間に合わせることができれば、セラミックがおそらく仕事をすることができます。


ブリード抵抗ではなくダイオード(各コンデンサの逆バイアスを防止するため)を使用しますが、これで十分です。
ジェイソンS

2
...しかし、最悪のケースはありません。両端が0Vで、一方の端が突然10Vになったとします。R1がイコライズできるまで、これにより中間ノードが5Vになり、コンデンサの1つに逆バイアスがかかります。ダイオードの使用をお勧めするのはそのためです。また、実効容量を470uFに保ちます。
ジェイソンS

@ジェイソン:あなたは逆バイアスについて正しいです。私は、外部電圧が範囲の端過去範囲、又は-5V例の代わりに0の1/2にする必要があることを推測する
オーリンラスロップ

2
@Jason:ダイオードは、システムを非線形にし、キャップを簡単に放電できないため、不良です。
オリンラスロップ

2
@JasonS:ダイオードを各キャップと並列に配置するということですね?グランドへのダイオードではありません。おそらく、NPのコンデンサはすでにダイオードのように機能します。どうしてこれなの?
エンドリス

11

直列にペアになっているコンデンサの等価直列抵抗(ESR)は2倍になることに注意してください。理想的なモデルから遠ざかるコンポーネントの場合(理想的/現実世界に近いコンデンサは、わずかな抵抗とインピーダンスを持っているはずです)、望ましくない効果(すなわち、煙放出)があります。たとえば、LM78xxやLM317のようなICは、高ESRフィルターコンデンサーによるリンギングのためにレギュレーションが低下します。


1
本当です。2つの直列接続された1uFキャップを使用して、ADS7863 ADCにVrefのバイパスキャップを構築してみてください。驚くほど美しい発振器を構築できます...(図11のピン11と12の間の470nFキャップを参照してください。 。このデータシートの41:ti.com/lit/ds/symlink/ads7863.pdf)生産設計のためにこれを行いたいわけではありませんが、私のラボの技術者はテストセットアップを構築したときにそれを行いました。ボードのトラブルシューティングを行うと驚く。
zebonaut

4
私はその事実を難しい方法で学びました(ああ、古き良き時代)。電解コンデンサは少なくとも3つのことで悪名が高い:それらは高いESRを持ち、通常は最初に故障するコンポーネント(熱/熱サイクル、スパイク)、実験者にとって容赦ない(どちらが再びマイナスですか?)、そして...厄介な混乱を残す彼らが失敗したとき。しかし、ちょっと白い花火がときどき見られるのは楽しいことです(ヒント:静電容量が大きいほど、音が大きくなります)。:-)
シモフリ

私が気に入っているのは、OLD(私は30年以上話しています)HV電源を取り戻した後、交換したフィルターキャップを外に出し、二重逆電圧でそれらを叩きます。気を付けてください、これらは非常に大きいので...これには2つの目的があります。まず、良いビールを(ここのように私のビールの種類を保持)し、誰か(過去の私の息子)が保持されないようにします(同じことを(偶然で、安全ではないが)やっているのを見つけた。)
GB-AE7OO

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確認するためにTTL発振器を作成しました。議論は部分的に正しい。

デューティサイクルが50%に近い場合、コンデンサはあたかもダイオードを内蔵しているかのように動作し、負の(間違った方向の)電圧変動を制限します。デューティサイクルが50%(私の場合は約30%)でない場合、負の電圧変動は一方のコンデンサで約0 V、もう一方のコンデンサで1.1 Vでした。

低電力の対称信号アプリケーション以外のすべてに保護ダイオードを含めます。電力用途では、ショットキーダイオードは価値のある投資かもしれません。


高い期間と低い期間の間に、弦の両端と中央の電圧はどうでしたか?
-supercat

最後に、直接測定に基づいた答え。ダイオードを追加したSPICE実行よりも信頼性が高い。
crokusek

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はい、それは安全に行うことができますが、いくつかの答えのアドバイスに従うだけではさまざまな問題があると思います。

たとえば、中点を電源電位に抵抗バイアスする場合、コンデンサが一致しても、コンデンサは電源電位の1.5倍にさらされる可能性があります。ミスマッチがあると、可能な最大値が増加し、仕様によっては大幅にミスマッチが大きくなる可能性があります。+ /-20%でさえ、最悪の場合の比率は1.5:1です。

イオンダイオードに依存するバックツーバック接続により、上記の問題は回避されますが、少なくとも理論的には別の問題が発生します。コンデンサには、意図した動作に直接関係しない低レベルのリークが発生する可能性があります。これにより、一方のコンデンサがリークし、もう一方がリークしない場合、時間の経過とともに問題が発生する可能性があります。私はこれが起こっていることを知りませんが、安価な小信号ダイオードを並列に適用することで、効果を抑えるのに十分なはずです。アルミニウム電解は約1.5ボルト以下ではあまり伝導しないからです(個人的には、最大1ボルトの長期)。(補足:危険なコネクタ以外に、私が見た機器の故障の最も一般的な原因は、意図したバイアス条件から離れた電解漏れリバイアス回路によるものです-そのため、

安全性に関する最後の注意:バックツーバックバイアスを使用するという要件は、ペア全体に大きなAC信号があることを示唆しています。これはリップル電流を意味します。リップル電流定格を超えないようにしてください。また、タイプと設計に応じて、電解コンデンサのリップル電流定格は周波数に依存することに注意してください


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私が働いていた会社は、何年にもわたって連続電解を使用する数千の機器を製造しました。問題はありませんでした。


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私は現在、連続した電解を使用していますが、コンデンサが熱くなるのはなぜですか?各コンデンサにリバースダイオードを使用しました。
MAK

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これは非常に基本的な観測分析のように見えるかもしれませんが、ゼロを横切る正弦波を見ると、2つの半分があります。これは、C1とC2が電解質に対して交互に順方向と逆方向にバイアスされることを意味します。順方向バイアス電圧は、順方向バイアスされたキャップC1全体で110V、次に正の半サイクルのそれぞれでC2全体で110Vです。クォーターサイクルを見ると、キャップはそれぞれのプラスの第1四半期サイクルでプラスに充電され、第2四半期サイクルで放電されます。110Vは1つのコンデンサを充電および放電し、次にもう1つのコンデンサを交互に充電します。

しかし、両方のコンデンサで110Vが降下し、一方が順方向にバイアスされ、もう一方が逆方向にバイアスされていると仮定すると、実際には1つのコンデンサの電圧降下は55Vになります。たぶん、スマートではないか、電解コンデンサに逆バイアスをかけることをお勧めしますが、説明した場合、逆バイアスの量は半分、または実際に印加される(220)電圧の4分の1にすぎません。ベストプラクティスに従って、少なくとも印加電圧の2倍の定格のコンデンサを使用し、その定格の半分を超えないようにします(各キャップで1/4を落とします)が、破壊点に到達しないようです。


直列キャップの組み合わせにゼロボルトがかかっている場合、両方のキャップに等しい電圧がかかり、アセンブリの最大電圧の約半分になります。電圧をその最大値まで上げると、キャップの電圧の1つがゼロに下がり、もう1つがその最大電圧まで上がります。電圧が以前の最大値を超えて上昇した場合、キャップの1つは負になりますが、それにより生じる漏れは、他のキャップの電圧を「永続的に」増加させます。
supercat

Supercat:誰かが実際の測定でこれを決定すべきだと思います。任意の1つのCのVがVであり、Cの逆バイアスが半サイクル中にゼロである場合、心配はありません。
ゲストを

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4つの30ufキャップを使用して、すべてのネガを接続しました。片側に2ポジション、もう一方に2ポジションを取ります。4つのキャップはすべて150Vで30ufでした。計算は自由ですが、スピーカーは、クロスオーバーをリキャップし、ウーファーを再発泡する時が来たからといって、コンポーネントを変更しなければならなくなるまで33年間うまくいきました。


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Q = CVであることを忘れないでください。直列に2つのコンデンサーがあり、コンデンサーを流れる電流を積分する場合、Qは1つのコンデンサーから別のコンデンサーに交互に変わります...ただし、2つのコンデンサーの直列の組み合わせでゼロボルトを持つことは可能ですが、非常に重要ですが、各コンデンサの電圧は同じです。たとえば、+ 10v + -10v = 0v。

しかし、待ってください、まだ別の考慮事項があります。最初のエレクトロニクスクラスで学んだQ = CVを覚えていますか?さて、電解の許容誤差は非常に簡単に20パーセントになる可能性があるため、Cが20%変動するコンデンサの同じQ、または許容誤差が反対方向にある場合はさらに大きくなると、電圧ピークに非常に大きな差が生じる可能性があります各コンデンサが表示されます。

かなりの逆電流の可能性を排除するために各コンデンサにダイオードを配置するというアイデアは、非常に良い解決策です。コンデンサの電圧は、ほとんどの場合、AC条件下で非常に迅速に均等化されます。これを実行し、コンデンサの最大電圧を慎重に選択することにより、実行可能なソリューションが得られます。

あなたが持っている唯一の他の問題は、電解液が完全に充放電を繰り返したくないことです。ACを通過させるよりもリップルを制御する方がはるかに優れています-コンデンサのメーカーはアプリケーションノートでこれを述べています。


1
ACを通過しても、コンデンサの充放電は繰り返されません。
エンドリス14

どうしてできなかったのでしょう。電圧は正からゼロ、負などに変化します。V= Q / Cであるため、Qの量と極性を変える必要があるため、充電と放電を繰り返し行う必要があります。
ウィリアム14

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はい、キャップの両側で電圧が正から負に変化します。コンデンサは、端子間の電圧の変化に抵抗します。周波数が高くなるほど、短絡のように動作します。ACカップリングアプリケーションでは、キャップ両端の電圧は一定です(DCバイアスまたは0 V)。両側が信号とともに上下に移動します。
エンドリス14

0

同じ値の2つの背中合わせのエレクトロで作られたあなた自身のバイポーラキャップが逆ダイオードで作られたロールを見ました。これは1988年に戻ったときでした、私はユニから出たばかりでした。私はそれらが好きではなく、誓いましたこれらを使用した放送用オーディオ製品は数百個製造され、故障しなかったため、上司は私に再設計を依頼しませんでした。したがって、この低リップル電流アプリケーションでは信頼性は良好でした。ミツバチがひざまずいた頃のAUDIO PRECISIONテストセットで上記のキャップをテストしましたが、私たちは誰もキャップから歪みを見つけることができませんでしたが、これは私が期待したものではなく、テストを期待した他の人のものではありませんでした一方、スピーカークロスオーバーネットワークは、故障してトゥイーターを取り出すことが知られているバイポーラエルテックキャップを使用することがよくあります。まれに、誰かのツイーターを交換する場合は、バイポーラエレクトロを廃棄し、金属フィルムに交換します。


通過帯域で使用する場合、キャップの両端の電圧は最小になるため、歪みは最小になります。両側が一緒に上下します。低周波数を十分に通すと、歪みが生じます。
エンドリス

製造中の放送ラインアンプを表すテストを望んでいたため、エレクトロをカップリングキャップとして使用していました。良好な15マイクロファラッド、ボーダーラインリターンロスではありません。誰かが亜音速カットオフにエレクトロを使用すると、カット周波数付近の歪みが予想されます。
自閉症
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