Страница дополнена 09.08.2025

Несколько лет назад в статье Массив конденсаторов – мифы и реальность я исследовал массив конденсаторов, выполненный на самодельной односторонней печатной плате. И выяснил, что такой массив не только не лучше, а на самом деле даже хуже одиночного конденсатора большой ёмкости. Всё дело в активном сопротивлении и, главное, в индуктивности монтажа.

Сегодня я представляю второй этап исследования массивов конденсаторов. Новый массив конденсаторов выполнен на двусторонней печатной плате промышленного производства. У этой платы сплошная заливка медью с обеих сторон. Нижний слой платы представляет собой положительный проводник, верхний слой – отрицательный проводник. Такой монтаж имеет маленькое активное сопротивление и очень маленькую индуктивность. Так что свойства нового массива конденсаторов, собранного на этой плате, должны быть лучше, чем у предыдущего.

Проверим это. Я настоятельно рекомендую прочитать предыдущую статью, потому что данная статья является её продолжением и продолжает те идеи, которые были заявлены в предыдущей статье.

1. Массив конденсаторов №1. Вспомним прошлое

Считается, что множество конденсаторов маленькой ёмкости работают лучше, чем один конденсатор большой ёмкости. Эта идея является достаточно распространённой. В основе идеи лежит известный факт, что электролитический конденсатор небольшой ёмкости, имеет лучшие частотные свойства (является более высокочастотным), чем электролитический конденсатор большой ёмкости. Поэтому много «небольших» конденсаторов окажутся лучше одного «большого», рис. 1.

Правда при этом забывают, что на самом деле конденсатор большой ёмкости внутри как раз и состоит из суммы «маленьких» конденсаторов. И ухудшение его частотных свойств вызвано увеличением сопротивления и индуктивности элементов конструкции конденсатора при увеличении его габаритов. Так что в реальности активное сопротивление и индуктивность монтажа «съедят» всю выгоду от массива. В прошлый раз так и получилось. Но электрическое соединение конденсаторов, применённое в новом массиве, действительно обладает очень низкой индуктивностью. Поэтому новый массив вполне может быть намного лучше старого.

2. Новые измерения старого массива

В предыдущей статье описан способ, которым я значительно снизил активное сопротивление и немного снизил индуктивность монтажа на плате старого массива. Все те улучшения так и остались в старом массиве. Все эти годы старый массив лежал у меня в ящике, ожидая новых измерений. Напомню, что он содержит 64 конденсатора 220 мкФ 50 вольт. Внешний вид массива показан на рис. 2.

Важно. Я кардинально изменил измерительную систему. На мой взгляд, измерения стали немного точнее, особенно измерения сдвига фаз между напряжением и током через конденсатор (или через массив конденсаторов). Поскольку нам предстоит произвести сравнение старого и нового массивов, надо убедиться, что измерения дадут верные результаты, и эти результаты совпадут с результатами предыдущих измерений. А иначе правильное сравнение будет невозможным. Я измерил как амплитудно-частотную, так и фазочастотную характеристики старого массива новым методом, и сравнил с результатами измерения этого же старого массива, произведёнными раньше при моих предыдущих исследованиях, рис. 3, 4.

Результаты совпали. Следовательно, все мои сегодняшние измерения верны, и их можно корректно сравнивать с моими прошлыми измерениями.

3. Новые измерения нового массива

Внешний вид нового массива показан на рисунке 5. Напоминаю, что у этой платы с обеих сторон сплошная заливка медью. Верхний слой платы представляет собой отрицательный проводник, нижний слой – положительный проводник. Отверстия платы металлизированные, поэтому при пайке припой протекает на верхнюю сторону платы и образует надёжное и качественное электрическое и механическое соединения. В домашних условиях подобную плату сделать невозможно (если не использовать огромное количество пистонов), но сейчас такие платы легко изготовить на заказ. Плата для нового массива была изготовлена со стандартной толщиной меди, равной 35 мкм.

Подобная конструкция печатной платы обладает минимально возможным активным сопротивлением и минимально возможной индуктивность. Давайте посмотрим, действительно ли изменив конструкцию печатной платы, мы улучшили свойства массива конденсаторов. Амплитудно-частотные характеристики старого и нового массивов показаны на рис. 6, а фазочастотные характеристики показаны на рис. 7.

Напомню, что в нашем случае чем меньше сопротивление конденсатора или массива, тем лучше. С ростом частоты сопротивление конденсатора должно неуклонно снижаться. А тот факт, что в реальных конденсаторах сопротивление не только перестаёт снижаться, но и начинает расти – это следствие их неидеальности. И именно эту неидеальность мы и пытаемся частично устранить, применяя массив конденсаторов.

В старом массиве вследствие влияния индуктивности монтажа полное сопротивление (импеданс) возрастает, начиная с частоты 6…7 кГц. У нового массива импеданс остаётся минимальным вплоть до частоты 30 кГц, а на более высоких частотах хоть и растёт, но немного. Следовательно, частотные свойства нового массива заметно лучше, чем старого!

Фазочастотная характеристика показывает на каких частотах массив проявляет себя как ёмкость, а на каких частотах суммарная индуктивность самих конденсаторов и монтажа «съедает» ёмкостные свойства конденсаторов, и массив (или конденсатор) становится индуктивностью. Границей раздела ёмкостных и индуктивных свойств является частота, на которой график пересекает линию «сдвиг фаз = 0». Если сдвиг фаз отрицателен – электрический объект имеет ёмкостные свойства. Если сдвиг фаз положителен – электрический объект имеет индуктивные свойства.

Старый массив превращается в индуктивность на частотах выше 4,5 кГц, а новый сохраняет ёмкостные свойства до 12 кГц – практически во всём звуковом диапазоне.

Сразу поясню – не надо пугаться потери ёмкостных свойств массивом. Подобное явление происходит с любым конденсатором на достаточно высокой частоте. В блоках питания усилителей накопительные конденсаторы и массивы конденсаторов остаются работоспособными и выполняют свои функции накопления и отдачи электрической энергии, даже если их свойства из ёмкостных стали индуктивными. Но индуктивный характер накопительного конденсатора всё же нежелателен. Например, он может вызвать самовозбуждение (осцилляции) усилителя на ультразвуковых или радиочастотах. Так что более широкий диапазон частот, в котором массив конденсаторов сохраняет ёмкостные свойства – это преимущество.

Та-дам! Новый массив намного лучше старого!

Давайте оценим влияние индуктивности и активного сопротивления монтажа (печатной платы) на свойства массива. На рис. 8 показаны относительные амплитудно-частотные характеристики полного сопротивления одиночного конденсатора 220 мкФ 50 В и массива, состоящего из 64 таких конденсаторов. Они взяты по отношению к их полному сопротивлению на частоте 100 Гц.

Как понимать эти графики? На частоте 200 Гц относительное сопротивление равно 0,5. Это означает, что сопротивление конденсатора на частоте 200 Гц составляет половину (вдвое меньше), чем сопротивление на частоте 100 Гц. На частоте 1 кГц сопротивление конденсатора составляет примерно 0,1 (то есть в 10 раз меньше) от сопротивления на частоте 100 Гц. И так далее.

Из рисунка 8 видно, что до частоты примерно 20 кГц линии совпадают, а на частотах выше 20 кГц сопротивление массива начинает возрастать, а сопротивление одиночного конденсатора остаётся неизменным. Совпадение линий означает, что активное сопротивление монтажа пренебрежимо мало. А расхождение линий на частотах выше 20 кГц означает, что на этих частотах уже сказывается индуктивность монтажа. И эта индуктивность в новом массиве очень маленькая, поскольку начинает влиять на достаточно высоких частотах.

Так что наш новый массив работает также хорошо, как и хороший одиночный конденсатор небольшой ёмкости вплоть до частоты 20 кГц. А это весь звуковой диапазон!

Есть ли смысл использовать для изготовления массива конденсаторов печатную плату с более толстой фольгой? Нет смысла. Толщина фольги влияет главным образом на активное сопротивление проводника платы, которое и без того маленькое. Индуктивность монтажа от толщины фольги практически не зависит. Как изменятся свойства этого массива конденсаторов, если для его изготовления использовать фольгу толщиной 105 мкм? Ответ: на графиках на рис. 8 в диапазоне частот 500 Гц…10 кГц зелёная линия станет ближе к красной. Да куда уж ближе?! Так что свойства массива улучшатся микроскопически, а стоимость возрастёт.

4. Сравнение массивов с «обычным» одиночным конденсатором большой ёмкости

Ну вот наконец и проверим, действительно качественно изготовленный массив лучше одиночного конденсатора?

Это сравнение показано на рис. 9. Я сравнивал оба массива – старый и новый – с конденсатором 15000u 50V. С таким, какие я использую для изготовления блоков питания усилителей.

Результаты ожидаемы:

• На частотах до 1 кГц разница между всеми тремя устройствами отсутствует.
• На частотах 1…16 кГц старый массив лучше одиночного конденсатора. Напоминаю – старый массив изготовлен с пониженным активным сопротивлением монтажа. Для этого на дорожки печатной платы напаян медный провод сечением 2,5 мм2.
• На частотах выше 16 кГц влияние индуктивности монтажа старого массива становится велико, и старый массив проигрывает одиночному конденсатору большой ёмкости.
• Новый массив превосходит одиночный конденсатор большой ёмкости на всех частотах выше 1 кГц, и превосходит старый массив на частотах выше 8 кГц.

Фазочастотные характеристики показывают, что первым теряет свои ёмкостные свойства старый массив (слишком большая индуктивность монтажа), на втором месте одиночный конденсатор, а новый массив побеждает их всех – он сохраняет свои ёмкостные свойства практически во всём звуковом диапазоне.

Все измерения – как амплитудно-частотная, так и фазочастотная характеристики показывают, что новый массив является №1 по частотным свойствам!

Мы доказали: правильно изготовленный массив по частотным свойствам действительно превосходит одиночный конденсатор большой ёмкости. Хоть и не намного, но превосходит.

Мы победили? Можно пить шампанское и запускать фейерверки?

Не спешите!

Это ведь массив сам по себе так хорош. А вы будете слушать не массив, а усилитель в целом.

5. Одна поучительная история

У меня есть знакомая женщина. Эта женщина – великолепный повар. Профессионал высокого класса. Когда я бываю у неё в гостях, она угощает меня такими вкусными блюдами, каких я не ел нигде и никогда. У этой женщины великий кулинарный талант. Но вот что я знаю наверняка, так это то, что она покупает продукты для своих кулинарных шедевров на тех же самых рынках и в тех же самых супермаркетах, что и я.

Выводы о кулинарии:

• Для того чтобы приготовить очень вкусное блюдо, не нужно использовать какие-нибудь супер продукты. Достаточно вполне обычных продуктов, но надо уметь их приготовить.
• Если не умеешь готовить, то блюдо, приготовленное из супер продуктов, получится невкусным.

Вывод о конденсаторах:

Если вы используете конденсатор или массив конденсаторов с очень хорошими свойствами, то это не означает, что свойства (и звучание) вашего усилителя автоматически получатся очень хорошими. Усилитель – это система. И свойства усилителя определяются как свойствами всех его компонентов, так и его конструкцией.

6. Суровая действительность

Каким бы хорошим массив конденсаторов ни был сам по себе, он работает в системе. Усилитель подключается к блоку питания при помощи кабеля. И суммарный ток громкоговорителя и усилителя протекает по этому кабелю. В системе блок питания – кабель – усилитель кабель включён последовательно, рис. 11. Следовательно, его сопротивление и индуктивность складываются с сопротивлением и индуктивностью накопительного конденсатора блока питания (массива). Я об этом писал в предыдущей статье. Накопительный конденсатор в блоке питания выполняет одновременно три функции:

1. Подавляет пульсации выпрямленного напряжения.
2. Подпитывает энергией усилитель, когда в напряжении питания, поступающем из сети, наступает пауза.
3. Пропускает через себя ток усилителя и его нагрузки – громкоговорителя.

Так что параметры кабеля – его сопротивление и индуктивность – сильно влияют на работу накопительного конденсатора или массива конденсаторов, если рассматривать усилитель в целом.

Мне могут возразить, что в ряде усилителей выпрямитель и накопительные конденсаторы установлены непосредственно на плате усилителя. И в этом случае соединительный кабель вообще отсутствует. Верно. Такое бывает. Не существует одного единственного самого лучшего технического решения. Всякое решение имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Если разместить накопительные конденсаторы на плате усилителя, то упростим конструкцию усилителя в целом. Потребуется всего одна печатная плата на всё устройство. Но в случае усилителя мощности, особенно большой мощности, это решение имеет слишком много недостатков.

Да, в этом случае кабель отсутствует. Но зато присутствуют дорожки из тонкой меди большой длины, идущие от конденсаторов к усилителю. И не обольщайтесь – если попытаться минимизировать длину дорожек цепи питания, то придётся увеличивать длину дорожек сигнальной цепи. А это ещё хуже.

Посмотрите на рис. 12. На нём присутствует компактный высококачественный усилитель. Что будет с этим усилителем, если на него установить ещё и те детали, которые сейчас размещены на правой плате? Или на левой (они понадобятся как минимум в удвоенном количестве)? Какой размер и вес получатся у этого усилителя? А вы уверены, что токи большой величины, протекающие по плате блока питания, которая теперь является и платой усилителя, не будут создавать помехи? А импульсный ток заряда, втекающий в конденсаторы, расположенные рядом с элементами усилителя?

А где именно на печатной плате усилителя вы разместите два таких массива конденсаторов? Точнее четыре? Потому что в моём «обычном» блоке питания ёмкость конденсаторов в два раза больше, чем в моём массиве. Ёмкость моего массива может оказаться недостаточной для полноценного питания высококачественного усилителя. Массив надо делать вдвое больше. Для качественного двуполярного питания нужно два массива по 128 конденсаторов в каждом. Именно такой двойной массив двойного размера будет аналогичен «обычному» блоку питания, показанному на рис. 12 справа.

Располагать блок питания на одной плате с мощным усилителем – плохая идея. Я для себя создал только одну такую плату – это плата усилителя наушников. Поскольку это маломощный усилитель, мне удалось снизить вредное влияние близко расположенного блока питания к такому минимуму, что оно абсолютно незаметно. Это было не очень просто. Кроме того, в усилителе наушников меньше «нагрузка» на накопительные конденсаторы. Там используется стабилизатор напряжения. В мощном усилителе, работающем на колонки, я всегда делаю отдельный блок питания. Потому что именно такая конструкция даёт уверенность в успехе: и блок питания, и сам усилитель будут сделаны наилучшим образом.

Итак, широко используемый и на самом деле «более правильный» вариант конструкции усилителя такой: усилитель выполнен отдельным модулем и установлен там, где удобнее всего. Блок питания выполнен также отдельным модулем и установлен там, где и следует находиться блоку питания. Оба этих узла сделаны «максимально правильно» и соединены между собой кабелем.

7. Влияние кабеля

Давайте исследуем, как подключение кабеля повлияет на работу нового массива конденсаторов. Я использовал тот же самый кабель, что и в предыдущем исследовании. Это скрученные провода сечением 1 мм2 и длиной порядка 30 см. Активное сопротивление кабеля равно 10 миллиом, а индуктивность примерно 200 наногенри, рис. 13, 14.

Сначала сравним свойства системы старый массив конденсаторов – кабель измеренные прошлый раз и сегодня, рис. 15, 16.

Графики демонстрируют хорошее совпадение, следовательно прошлый и сегодняшний методы измерения равноценны и в измеряемых устройствах ничего не изменилось. Двигаемся дальше.

На рисунках 17 и 18 показано сравнение старого и нового массива, включенных через такой кабель. Куда подевалась хорошо заметная разница между массивами? Где «почти идеальные высокочастотные свойства» нового массива? Разница практически отсутствует.

Посмотрите, как ухудшились высокочастотные свойства нашего хорошего, почти идеального нового массива при подключении через небольшой кабель, рис. 19!

Результат совпадает с тем, что продемонстрирован в моей предыдущей статье про массив конденсаторов. Пусть и очень маленькие, но всё же существующие активное сопротивление и индуктивность кабеля сводят на нет все преимущества массива конденсаторов. Добавленный в систему кабель нивелирует любую (разумную) разницу между видами накопительных конденсаторов. Это хорошо видно из рисунков 20 и 21. В таких условиях новый массив совсем ненамного лучше одиночного конденсатора, а старый массив несколько хуже. Но в целом разница между всеми ними невелика.

Кабель, идущий от блока питания к усилителю, уничтожает всю разницу между массивами и конденсаторами, какими бы хорошими они ни были!

Так что повар прав: один-единственный продукт супер высокого качества не гарантирует, что всё блюдо будет замечательно вкусным.

Но не нужно огорчаться, у нас ведь имеется секретный ингредиент! Его задача – спасти наше блюдо в целом, не требуя использования лучших в мире продуктов.

8. Выход есть

Об этом я также писал в своей предыдущей статье. Идея в том, что на плате усилителя, как можно ближе к «нужному месту» устанавливается дополнительный конденсатор, ёмкость которого с одной стороны достаточно большая, чтобы заметно влиять на работу всей системы питания. А с другой стороны, ёмкость этого дополнительного конденсатора не настолько большая, чтобы его частотные свойства были плохими. И этот дополнительный конденсатор практически полностью устраняет негативное влияние кабеля, идущего от блока питания к усилителю, рис. 22, 23.

На плате усилителя, показанной на рис. 23 (это та же самая плата, что и на рис. 12) суммарная длина проводников, соединяющих дополнительный конденсатор с микросхемой, равна всего лишь 42 миллиметра. Проводники имеют большую ширину, их две пары, они расположены на обеих сторонах печатной платы и соединены параллельно. Ёмкость дополнительных конденсаторов равна 1000мкФ. Так что негативное влияние соединительного кабеля практически устранено.

Кстати, на фотографии показан другой кабель. Тот кабель, который участвует в измерениях, сделан специально для измерений. Он сделан честно – качественно и из провода большого сечения. Кабель, показанный на рис. 23 в реальности хуже того, который участвует в измерениях. У него меньше сечение проводов, и его индуктивность вполне может быть выше. Но этот кабель я реально использую в работе. Я использую этот кабель при тестировании усилителей. А в некоторых моих усилителях используется кабель питания даже с несколько худшими свойствами. И всё отлично работает, я не сталкивался с тем, чтобы кабель мешал работать моим усилителям. Потому, что в моих усилителях всегда установлены дополнительные конденсаторы в цепях питания.

Давайте повторим эксперимент, но уже с участием кабеля. Исследуем три варианта накопительного конденсатора блока питания: старый массив, новый массив и обыкновенный одиночный конденсатор. Теперь эти устройства подключаются через кабель, и в усилителе используется дополнительный конденсатор, как это показано на рис. 22.

Результаты можно увидеть на рис. 24. Все три устройства работают примерно одинаково.

Это вполне ожидаемо. На стороне измерений (то что «видит» усилитель) находится один и тот же конденсатор 1000 мкФ. А одиночный накопительный конденсатор блока питания либо массив конденсаторов отделены от усилителя кабелем. Поэтому результаты измерений – это главным образом свойства дополнительного конденсатора плюс свойства кабеля. А они остаются неизменными. Вот и результаты практически одинаковы.

Так что оказывается, что не так уж и важно, что именно установлено на той стороне кабеля. Главное – что установлено на стороне усилителя.

9. Желай другим того же, чего желаешь себе

Для подтверждения последнего тезиса я повторил измерения, добавив ещё два устройства: конденсатор другого типа (он малогабаритный, поэтому его свойства немного хуже) и блок из трёх конденсаторов по 4700 мкФ. Подобные блоки часто используются вместо одного конденсатора большой ёмкости по конструктивным соображениям. Результаты вы видите на рис. 25. Все конденсаторы примерно одинаковы. Выше частоты 8 кГц разница микроскопическая. На частотах выше 20 кГц разницы вообще нет.

Массив сам по себе, как отдельный независимый компонент, имеет очень хорошие свойства. Можно смотреть на его свойства и радоваться. Но при работе в усилителе, в системе, совместно с множеством других элементов, отличные высокочастотные свойства массива нивелируются. И в реальности он работает ничуть не лучше обычного качественного одиночного конденсатора.

Именно по этой причине я не сторонник массивов конденсаторов.

Качество питания усилителя на высоких частотах на 99% определяется тем конденсатором, который установлен на плате усилителя.

И вот этому конденсатору необходимо уделить пристальное внимание. И обязательно зашунтировать его плёночным, либо керамическим конденсатором достаточно большой ёмкости.

Ещё у моего массива конденсаторов есть существенный недостаток, про который я уже говорил. Это его сравнительно небольшая ёмкость. Суммарная ёмкость конденсаторов моих массивов составляет 14000 мкФ. Но этого мало! Погнавшись за хорошей работой на высоких частотах, мы забыли о низких частотах! И о запасе энергии, необходимой для подпитки усилителя в паузе напряжения, поступающего из сети.

Посмотрите ещё раз на рисунок 12. На нём слева новый массив конденсаторов, а справа – один из моих блоков питания. Это блок питания 2×3 конденсатора диаметром 30 мм. Он имеет такую же площадь платы (даже чуть меньше), как и массив. Но на этой плате размещены два канала питания с суммарной ёмкостью конденсаторов 30000мкФ в каждом, выпрямитель и некоторые дополнительные устройства. Такая ёмкость эквивалентна четырём платам массивов! Да ещё вам потребуется выпрямитель.

Большая ёмкость накопительных конденсаторов «обычного» блока питания улучшает работу усилителя на низких частотах, и обеспечивает достаточно энергии для работы усилителя в самых неблагоприятных условиях. Рисунок 26 иллюстрирует мои слова. Это совместная работа всех трёх устройств, показанных на рис. 12 (не забывайте про кабель!). Это то, что «видит» усилитель, когда он питается либо от «обычного» блока питания, либо от массива конденсаторов. То есть, именно так усилитель будет работать реально.

Судя по графикам на рисунке 26, на частотах 20…800 Гц «обычный» блок питания имеет лучшие свойства, чем массив. Выше частоты 800 Гц разница исчезает.

Если рассматривать усилитель в целом, всю систему в комплексе и на всех частотах, то массив конденсаторов проигрывает «обычному» блоку питания!

Даже если это новый очень хороший массив!

Если быть очень-очень внимательным, то можно заметить, что на рис. 26 в диапазоне частот 2…10 кГц зелёная линия проходит чуть-чуть ниже синей. Разницу можно увидеть, если использовать увеличительное стекло и как следует приглядеться. Значит массив всё же чуть-чуть лучше. Только это микроскопическое преимущество массива очень сильно зависит от кабеля, соединяющего блок питания с усилителем, от конкретных конденсаторов и от конструкции печатных плат. В другой ситуации разница может быть как немного больше, так и ещё меньше.

Использовать массив конденсаторов, или нет – решать вам. Если вы верите, что какой-то «волшебный» компонент только лишь самим своим присутствием улучшит работу вашего устройства… Реальность демонстрирует нам совсем другие факты. Качество работы системы зависит от совокупности компонентов и их связей. Здесь работает «принцип конвоя». Ухудшение одного из компонентов системы может ухудшить всю систему. Но улучшение одного из компонентов не обязательно всю систему заметно улучшит.

Лично я не использую массивы конденсаторов. Не потому, что это мой жизненный принцип. А потому, что в них нет никакой выгоды. Но вот если это будет мне полезно конструктивно, если будет нужно вставить заданную конструкцию в заданный корпус и будут нужны платы большой площади и небольшой высоты… Тогда массив конденсаторов может быть рассмотрен.

10. Обещанное продолжение

Вскоре после публикации этой статьи мне пришло два письма, содержащих довольно интересные идеи о том, как улучшить работу массива конденсаторов внутри усилителя. Давайте рассмотрим эти идеи.

Идея 1. Как улучшить кабель

Мы выяснили, что главная причина неэффективности массива конденсаторов заключается в том, что кабель, соединяющий блок питания и плату усилителя, обладает сравнительно большой индуктивностью. Нет, на самом деле индуктивность кабеля очень маленькая. В моём кабеле индуктивность равна примерно 200 наногенри. Но даже такая индуктивность полостью обнуляет все преимущества массива.

Так давайте возьмём кабель с нулевой индуктивностью!

Вот только что это за кабель? Идея состоит в том, чтобы для соединения массива конденсаторов и платы усилителя использовать плоский кабель – IDC шлейф, рис. 27.

Если все нечётные проводники кабеля соединить вместе, чтобы получился один прямой провод, а чётные проводники также соединить вместе, чтобы получился один провод земли, то индуктивность такого кабеля будет очень маленькой. Потому что прямой и обратный токи будут протекать очень близко друг к другу, и их магнитные поля будут взаимно компенсироваться.

Индуктивность провода – это влияние магнитного поля, создаваемого током в проводе, на этот самый ток. Протекающий в проводе ток создаёт магнитное поле. Это магнитное поле в свою очередь воздействует на ток, который это поле создал. Магнитное поле, созданное током, влияет на своего создателя – на ток. Индуктивность – мера этого воздействия. Чем больше индуктивность проводника, тем сильнее магнитное поле воздействует на создавший его ток. Если магнитное поле, создаваемое током, исчезнет, то никакого воздействия на ток не будет. Это и означает, что индуктивность равна нулю.

На самом деле индуктивность не может быть равна нулю. В принципе. Но она может быть очень маленькой, что нас вполне устроит.

К тому же в таком шлейфе есть ещё один полезный фактор. Параллельное соединение проводов снижает их общую индуктивность. Например, кабель, показанный на рис. 27, содержит 24 проводника. Это означает 12 пар проводов питания, соединённых параллельно. Так что можно ожидать, что индуктивность такого кабеля будет в 12 раз меньше, чем индуктивность одной пары проводов, которая сама по себе невелика.

Мы победили?

К сожалению, снова нет.

1. Индуктивность кабеля в целом снизится не в 12 раз, а намного меньше. N параллельных проводов имеют общую индуктивность в N раз меньше, чем каждый из них только в том случае, если отсутствует магнитная связь между проводами. То есть их магнитные поля не перекрываются. А в этом кабеле магнитная связь есть. Так что общая индуктивность IDC шлейфа будет меньше, чем индуктивность того кабеля, который я использовал при измерениях, примерно в 2…4 раза.

2. Рассмотрим систему (и снова система!) кабель – конденсаторы массива. На частоте 100 кГц индуктивное сопротивление кабеля превышает индуктивное сопротивление массива примерно в 18 раз. На частоте 20 кГц индуктивное сопротивление кабеля превышает индуктивное сопротивление массива примерно в 8 раз. Если мы уменьшим индуктивность кабеля в 3 раза, то на частоте 100 кГц сопротивление кабеля будет больше, чем сопротивление массива в 6 раз, а на частоте 20 кГц, сопротивление кабеля будет больше, чем сопротивление массива в 1,6 раза. То есть, даже при использовании шлейфа сопротивление кабеля всё равно преобладает.

3. Главное! При снижении индуктивности кабеля улучшится работа не только массива конденсаторов. Одиночный конденсатор тоже будет работать лучше. При использовании кабеля на частоте 100 кГц сопротивление массива меньше, чем сопротивление одиночного конденсатора на 1,5 процента, рис. 20. Рискну предположить, что снизив индуктивность кабеля в 3 раза, мы во столько же раз увеличим разницу между массивом и одиночным конденсатором. Теперь массив лучше одиночного конденсатора на целых 4,5 процента. Это большое достижение? Сомневаюсь.

Но это только начало. Пока что мы сравнивали просто два кабеля. А ведь у нас система. Надо рассмотреть весь усилитель в целом, все его узлы и их взаимодействие. И вот тут начинается просто беда. Имеется большое количество факторов, мешающих нам достичь идеала. Кое-что из того, что я перечислю ниже, произойдёт обязательно. Кое-что может и не произойти. Но все эти факторы будут работать против нас.

1. Сечение проводников IDC шлейфа очень маленькое: AWG28 = 0,081 мм2. Поэтому, чтобы избежать потерь напряжения на активном сопротивлении кабеля, необходимо соединять параллельно большое количество проводников. Для получения суммарного сечения проводов 1 мм2 (как у моего тестового кабеля) необходимо использовать 13 пар проводов. То есть, для однополярного питания необходим шлейф из 26 проводников, для двуполярного – шлейф из 40 проводников: 13 шт. положительный провод, 13 шт. отрицательный провод, 14 шт. земля.

2. Шлейф из 40 проводников имеет ширину 51 мм. Могут возникнуть затруднения при его прокладке в корпусе усилителя. И придётся увеличивать длину шлейфа. Увеличение длины кабеля приводит к увеличению его индуктивности, с которой мы боремся.

3. Шлейф оканчивается разъёмом, который довольно велик. У меня под рукой не оказалось нужного разъёма на 40 контактов. Я использовал 4 разъёма по 10 контактов. Результат получился несколько более габаритным, но мою мысль передаёт правильно. Посмотрите на рисунок 28. Это мне одному кажется, что размер разъёма превышает размер усилителя? При использовании шлейфа значительно увеличится размер печатной платы усилителя. На плате усилителя необходимо будет предусмотреть дополнительное место не только для разъёма, но и для разводки дорожек питания. Сейчас дорожки питания разведены оптимально – минимальная длина и максимальная ширина. При установке на плату большого разъёма длина дорожек питания из тонкой меди значительно увеличится, а их ширину, возможно, придётся уменьшить. Увеличится активное сопротивление и индуктивность дорожек. Насколько? На мой взгляд, катастрофически. Активное сопротивление и индуктивность новых длинных дорожек на печатной плате будет больше, чем выигрыш, от применения шлейфа.

4. Качество контактов. На каждой стороне кабеля имеется два типа переходных контактных сопротивлений: нож разъёма – проводник кабеля и вилка кабеля – штырь на плате. Качество этих контактов гарантируется для маломощных цепей. При передаче сигналов не требуется иметь низкое переходное сопротивление контакта. Даже, если суммарное сопротивление контактов будет равно 10 ом, система связи, использующая IDC шлейф, будет отлично работать. А цепи питания усилителя? Данный шлейф не предназначен для работы с большими токами, поэтому производитель не гарантирует такую работу. Особенное недоверие вызывает ножевой контакт. Посмотрите в интернете конструкцию контакта и почитайте в учебнике по электрическим аппаратам, какие проблемы возникают в точечном контакте при большой величине тока. Мне возразят: кто-то ведь успешно использует IDC шлейфы для передачи энергии. Может быть это действительно так. Может быть, им повезло. А может быть, они только говорят, что такое использование является успешным.

В общем, если бы такие шлейфы действительно были бы лучше, то они бы использовались повсеместно. Я в своё время задумывался об использовании шлейфа в цепях питания, но отказался от подобной идеи.

Идея 2. Дополнительный массив

Эта идея гораздо интересней. Суть её показана на рис. 29.

Идея в том, что в систему содержащую «обычный» блок питания и усилитель, добавить массив конденсаторов, расположенный в непосредственной близости от усилителя и подключённый к нему очень коротким кабелем. При этом не требуется, чтобы массив обладал большой ёмкостью – все основные функции выполняет штатный блок питания. Работа массива заключается в том, чтобы помочь блоку питания работать на высоких частотах.

Идея хороша. Её суть: не вместо, а вместе.

Но давайте снова применим системный подход. С одной стороны, влияние этого дополнительного массива должно быть существенным, иначе незачем его устанавливать. Значит, массив должен содержать достаточно большое количество конденсаторов. С другой стороны, массив с большим количеством конденсаторов будет иметь большие размеры и у него повысится собственная индуктивность, рис. 8. Кроме того возникнут сложности с компоновкой массива в корпусе усилителя. Это может привести к увеличению длины кабеля массив – усилитель, что крайне нежелательно.

Какое количество конденсаторов должен содержать этот дополнительный массив?

На рис. 30 показаны амплитудно-частотные характеристики блока питания и этого дополнительного массива конденсаторов, установленного непосредственно возле платы усилителя (с учётом влияния конденсатора, установленного на плате усилителя). Как видите, массив, состоящий из двух наборов по 10 конденсаторов, ненамного превосходит штатный блок питания и то только на ультразвуковых частотах. На звуковых частотах он не лучше. Заметно лучшие свойства демонстрирует массив, состоящий их двух наборов по 20 конденсаторов. Итого, на плате массива должно находиться 40 конденсаторов. Напоминаю, два набора конденсаторов используется при двуполярном питании. Один набор для положительного полюса источника питания, второй – для отрицательного полюса.

Но габариты массива, содержащего 2 x 20 = 40 конденсаторов, составляют 2/3 от размеров массива, показанного на рис. 12. То есть, плата массива довольно большая. Получится ли сделать так, чтобы длина кабеля, идущего от массива к усилителю, была не больше 3 сантиметров? А вам действительно нужно иметь сопротивление цепи питания намного меньше, чем 20 миллиом?

11. Заключение

Какова ваша цель? Сделать хорошо звучащий усилитель или любым способом притулить в него массив конденсаторов? Или вы уверены, что если используется массив, то любой усилитель будет отлично звучать, независимо от его схемы и конструкции? Или ваш усилитель настолько плох, что может работать только с массивом?

Мы живём в свободной стране и можем делать всё, что угодно, если это не нарушает закон и моральные нормы. Так что если использование массива – это ваша самоцель, то используйте. Тем более что реализация массива по принципу, показанному на рис. 29, может дать неплохие результаты.

Просто есть вариант лучше. В нём проблема высоких частот решена кардинальным способом. Я уже про это говорил и снова повторяю. Конденсатор, установленный на плате усилителя, полностью решает проблему высоких частот, рис. 31.

Высокие частоты замыкаются через конденсатор, установленный на плате, самым коротким путём. Поэтому нет никакой необходимости использовать массив конденсаторов и кабель с маленькой индуктивностью. А вот низкие частоты замыкаются главным образом через конденсаторы большой ёмкости, расположенные в блоке питания. На низкие частоты не влияют ни плохие частотные свойства конденсаторов большой ёмкости, ни индуктивность кабеля.

Зато при использовании в блоке питания «обыкновенных» конденсаторов, их суммарная ёмкость получается достаточно большой, а сопротивление низким. Посмотрите на рисунок 26 – на частоте 20 герц сопротивление блока питания в два раза меньше, чем у массива. И это ещё не самый лучший блок питания. Поэтому и на низких, и на высоких частотах система работает максимально хорошо.

Это самая лучшая идея. Ток высоких частот замыкается через конденсатор на плате усилителя и за пределы платы вообще не выходит. Тогда абсолютно не важно, какой именно кабель используется. И абсолютно не важно, используется ли массив конденсаторов, или «обычный» конденсатор большой ёмкости.

Кроме того, конденсатор, установленный на плате усилителя, находится непосредственно возле выходных транзисторов, и не только замыкает через себя высокие частоты, но и эффективно подпитывает транзисторы на пиках потребляемого тока. Поэтому если сосредоточить усилия не на попытках любым способом применить массив, а на максимально эффективном использовании такого конденсатора, результат будет лучше.

Кстати, в качестве конденсатора на плате усилителя можно использовать массив из нескольких конденсаторов меньшей ёмкости. Со всеми вытекающими улучшениями на высоких частотах. Но без фанатизма. Это не должно стать самоцелью, чтобы не ухудшить трассировку печатной платы. Массив конденсаторов на печатной плате усилителя встречается крайне редко. Лично я никогда такого не видел, и сам такого не делал. Потому что попытка создать массив на плате усилителя почти всегда (или абсолютно всегда?) приводит к ухудшению разводки либо цепей питания, либо сигнальных цепей. И, в конце концов, ухудшает работу усилителя в целом.

И не забывайте, что параллельно электролитическому конденсатору на плате обязательно должен быть подключён либо плёночный, либо керамический конденсатор достаточно большой ёмкости. Который является намного более высокочастотным, чем любой электролитический конденсатор.

Удачи!

30.07.2025