Николай Трошин

Простой германиевый усилитель мощности.

В последнее время заметно вырос интерес к усилителям мощности на германиевых транзисторах. Есть мнение, что звучание таких усилителей более мягкое, напоминает «ламповый звук».
Предлагаю вашему вниманию две простые схемы усилителей мощности НЧ на германиевых транзисторах, опробованные мной некоторое время назад.

Здесь использованы более современные схемные решения, чем те, которые использовались в 70-е годы, когда «германий» был в ходу. Это позволило получить приличную мощность при хорошем качестве звучания.
Схема на рисунке ниже, является переработанным под «германий» вариантом усилителя НЧ из моей статьи в журнале Радио №8 за 1989г (стр. 51-55).

Выходная мощность этого усилителя 30 Вт при сопротивлении нагрузки акустических систем 4 Ома, и примерно 18 Вт при сопротивлении нагрузки 8 Ом.
Напряжение питания усилителя (U пит) двухполярное ±25 В;

Несколько слов о деталях:

При сборке усилителя, в качестве конденсаторов постоянной ёмкости (помимо электролитических), желательно применять слюдяные конденсаторы. Например типа КСО, такие, как ниже на рисунке.

Транзисторы МП40А можно заменить на транзисторы МП21, МП25, МП26. Транзисторы ГТ402Г - на ГТ402В; ГТ404Г - на ГТ404В;
Выходные транзисторы ГТ806 можно ставить любых буквенных индексов. Применять более низкочастотные транзисторы типа П210, П216, П217 в этой схеме не рекомендую, поскольку на частотах выше 10кГц они здесь работают плоховато (заметны искажения), видимо, из-за нехватки усиления тока на высокой частоте.

Площадь радиаторов на выходные транзисторы должна быть не менее 200 см2, на предоконечные транзисторы не менее 10 см2.
На транзисторы типа ГТ402 радиаторы удобно делать из медной (латунной) или алюминиевой пластины, толщиной 0,5 мм, размером 44х26.5 мм.

Пластина разрезается по линиям, потом этой заготовке придают форму трубки, используя для этой цели любую подходящую цилиндрическую оправку (например сверло).
После этого заготовку (1) плотно надевают на корпус транзистора (2) и прижимают пружинящим кольцом (3), предварительно отогнув боковые крепёжные ушки.

Кольцо изготовляется из стальной проволоки диаметром 0,5-1,0 мм. Вместо кольца можно использовать бандаж из медной проволоки.
Теперь осталось загнуть снизу боковые ушки для крепления радиатора за корпус транзистора и отогнуть на нужный угол надрезанные перья.

Подобный радиатор можно также изготовить и из медной трубки, диаметром 8мм. Отрезаем кусок 6…7см, разрезаем трубку вдоль по всей длине с одной стороны. Далее на половину длины разрезаем трубку на 4 части и отгибаем эти части в виде лепестков и плотно надеваем на транзистор.

Так как диаметр корпуса транзистора где-то 8,2 мм, то за счёт прорези по всей длине трубки, она плотно оденется на транзистор и будет удерживаться на его корпусе за счёт пружинящих свойств.
Резисторы в эмиттерах выходного каскада - либо проволочные мощностью 5 Вт, либо типа МЛТ-2 3 Ом по 3шт параллельно. Импортные пленочные использовать не советую - выгорают мгновенно и незаметно, что ведет к выходу из строя сразу нескольких транзисторов.

Настройка:

Настройка правильно собранного из исправных элементов усилителя сводится к установке подстроечным резистором тока покоя выходного каскада 100мА (удобно контролировать на эмиттерном резисторе 1 Ом - напряжение 100мВ).
Диод VD1 желательно приклеить или прижать к радиатору выходного транзистора, что способствует лучшей термостабилизации. Однако если этого не делать, ток покоя выходного каскада от холодного 100мА до горячего 300мА меняется, в общем-то, не катастрофично.

Важно: перед первым включением необходимо выставить подстроечный резистор в нулевое сопротивление.
После настройки желательно подстроечный резистор выпаять из схемы, измерить его реальное сопротивление и заменить на постоянный.

Самая дефицитная деталь для сборки усилителя по вышеприведённой схеме - это выходные германиевые транзисторы ГТ806. Их и в светлое советское время было не так легко приобрести, а сейчас наверно и того труднее. Гораздо проще найти германиевые транзисторы типов П213-П217, П210.
Если Вы не сможете по каким либо причинам приобрести транзисторы ГТ806, то Вашему вниманию предлагается ещё одна схема усилителя, где в качестве выходных транзисторов, можно использовать как раз вышеупомянутые П213-П217, П210.

Схема эта - модернизация первой схемы. Выходная мощность этого усилителя составляет 50Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и 30Вт при 8-Омной нагрузке.
Напряжение питания этого усилителя (U пит) так же двухполярное и составляет ±27 В;
Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:

Какие же изменения внесены в эту схему;
Добавлены два источника тока в «усилитель напряжения» и еще один каскад в «усилитель тока».
Применение еще одного каскада усиления на довольно высокочастотных транзисторах П605, позволило несколько разгрузить транзисторы ГТ402-ГТ404 и расшевелить совсем уж медленные П210.

Получилось довольно не плохо. При входном сигнале 20кГц, и при выходной мощности 50Вт - на нагрузке искажений практически не заметно (на экране осциллографа).
Минимальные, мало заметные искажения формы выходного сигнала с транзисторами типа П210, возникают только на частотах около 20 кгц при мощности 50 вт. На частотах ниже 20 кгц и мощностях менее 50 вт искажений не заметно.
В реальном музыкальном сигнале таких мощностей на столь высоких частотах обычно не бывает, по этому отличий в звучании (на слух) усилителя на транзисторах ГТ806 и на транзисторах П210 я не заметил.
Впрочем, на транзисторах типа ГТ806, если смотреть осциллографом, усилитель работает все-таки лучше.

При нагрузке 8 Ом в этом усилителе, также возможно применение выходных транзисторов П216…П217, и даже П213…П215. В последнем случае напряжение питания усилителя нужно будет снизить до ±23В. Выходная мощность при этом, разумеется, тоже упадет.
Повышение же питания - ведет к увеличению выходной мощности, и я думаю, что схема усилителя по второму варианту имеет такой потенциал (запас), однако, я не стал экспериментами искушать судьбу.

Радиаторы для этого усилителя обязательны следующие - на выходные транзисторы площадью рассеивания не менее 300см2, на предвыходные П605 - не менее 30см2 и даже на ГТ402, ГТ404 (при сопротивлении нагрузки 4 Ом) тоже нужны.
Для транзисторов ГТ402-404 можно поступить проще;
Взять медную проволоку (без изоляции) диаметром 0,5-0,8, намотать на круглую оправку (диаметром 4-6 мм) проволоку виток к витку, согнуть в кольцо полученную обмотку (с внутренним диаметром меньше диаметра корпуса транзистора), соединить концы пайкой и надеть полученный "бублик" на корпус транзистора.

Эффективней будет наматывать проволоку не на круглую, а на прямоугольную оправку, так как при этом увеличивается площадь соприкосновения проволоки с корпусом транзистора и соответственно повышается эффективность отвода тепла.
Также для повышения эффективности отвода тепла для всего усилителя, можно уменьшить площадь радиаторов и применить для охлаждения 12В куллер от компьютера, запитав его напряжением 7…8В.

Транзисторы П605 можно заменить на П601…П609.
Настройка второго усилителя аналогична описанной для первой схемы.
Несколько слов об акустических системах. Понятно, что для получения хорошего звучания они должны иметь соответствующую мощность. Желательно также, используя звуковой генератор - пройтись на разных мощностях по всему диапазону частот. Звучание должно быть чистым, без хрипов и дребезга. Особенно, как показал мой опыт, этим грешат высокочастотные динамики колонок типа S-90.

Если у кого возникнут какие либо вопросы по конструкции и сборке усилителей - задавайте, по возможности постараюсь ответить.

Удачи всем Вам в Вашем творчестве и всего наилучшего!

Пресытившись конструкциями на лампах и современных компонентах в последнее время в ностальгическом порыве маюсь конструкциями на германиевых транзисторах.

Начитавшись на форумах, что, дескать, из-за несовершенства технологии производства их параметры со временем сильно деградируют, для проверки своих запасов даже приобрёл промышленный измеритель параметров транзисторов и маломощных диодов Л2-54.

Протестировал более сотни разных экземпляров транзисторов и могу с удовлетворением отметить, что ни один не забраковал – все как минимум с полуторакратным (а чаще всего с 2-3 кратным) запасом соответствуют справочным данным. Так что совсем не грех их трудоустроить, тем паче, что в мою юность многие из них были столь же желанны, как и недоступны.

И начинаем традиционно – с постройки УНЧ .

Целый ряд популярных и по сей день радиолюбительских приемников, например , выполнены на германиевых транзисторах и рассчитаны на работу на дефицитные ныне высокоомные наушники. Рекомендуемые там же для повышения выходной мощности простые эмиттерные повторители способны обеспечить более-менее пристойное звучание лишь на связные низкоомные наушники (100- 600 Ом) или низкоомную нагрузку (4-16 Ом современные наушники или динамик), подключаемую через трансформатор с Ктр не менее 1/5 (1/25 по сопротивлению) и всё равно при малых уровнях сильно сказывается искажения типа ступенька. Можно, конечно, попробовать притулить туда современные УНЧ на ИМС, но они требуют плюсовое питание. Можно пойти еще дальше и перевести конструкции на современные транзисторы, но… теряется «изюминка», вкус времени — «ностальжи», так что это не наш путь.

Существенно улучшить качество звучания на низкоомную нагрузку и обеспечить громкоговорящий прием поможет усилитель мощности с глубокой ООС (рис.1 обведён синей рамкой), подключаемый вместо высокоомных наушников.

Как видим, его схема почти классика 60-70гг. Отличительной чертой является глубокая (более 32 дБ) ООС по постоянному и переменному току (через резистор R7), что и обеспечивает высокую линейность усиления (при средних уровнях Кг менее 0,5%, при малой (менее 5 мВт) и максимальной мощности (0,5 Вт) Кг достигает 2%). Несколько непривычное включение регулятора громкости обеспечивает повышение глубины ООС при уменьшении громкости, благодаря этому оказалось возможным сделать УНЧ более экономичным (ток покоя всего УНЧ ППП не более 7 мА) практически при полном отсутствии искажений типа «ступенька». Конденсатор С6 ограничивает полосу пропускания на уровне примерно 3,5 кГц (без него она превышает 40 кГц!), что также снижает уровень собственных шумов – УНЧ очень тихий. Уровень собственных шумов на выходе примерно 1,2 мВ! (при заземлённом левом выводе С1). Общий Кус со входа (с левого вывода С1) примерно 8 тыс. Т.о. уровень собственных шумов приведенных ко входу — примерно 0,15 мкВ. При подключении к реальному источнику сигнала (ФНЧ) за счет токовой составляющей уровень собственных шумов, приведенных ко входу, возрастает до 0,3-0,4 мкВ.

В выходном каскаде применены недорогие и надежные ГТ403. УНЧ способен выдать «на гора» и большую мощность (до 2,5 Вт на нагрузке 4 Ома), но тогда потребуется установить транзисторы на радиаторы и/или применить более мощный (П213, П214 и т.п.), но, на мой взгляд, 0,5 Вт и современном чувствительном динамике «за глаза» хватает даже при прослушивании музыки. Для усилителя НЧ пригодны практически любые германиевые низкочастотные транзисторы соответствующей структуры и Н21э транзисторов не менее 40 (Т2, T3, Т4 –МП13-16, МП39-42, а Т5- МП9-11, МП35-38). Если планируется применение этого УНЧ в ППП, то нужно, чтобы Т1 был малошумящим (П27А, П28, МП39Б). Для выходного каскада пары Т4,Т5 и Т6,Т7 желательно подобрать с близкими (не хуже +-10%) значениями Н21е.

За счет глубокой ООС по постоянному току режимы УНЧ устанавливаются автоматически. При первом включении проверяют ток покоя (5-7 мА) и при необходимости добиваются требуемого подбором более удачного экземпляра диода. Упростить эту процедуру можно, если воспользоваться китайским мультиметром. Он в режиме прозвонки диодов пропускает через диод ток примерно 1 мА. Нам нужен экземпляр с падением напряжения порядка 310-320 мВ.

Для испытаний мощного УНЧ была выбрана схема простого двухдиапазонного ППП RA3AAE. Давно хотел её попробовать, да всё как-то руки не доходили, а тут такая оказия (hi!).

Сразу сделал небольшие корректировки схемы (см. рис.3), которые здесь и опишу. Всё остальное, в т.ч. и процесс настройки смотрите в книжке .

В качестве двухзвенного ФНЧ уже традиционно применил магнитофонную универсальную головку, что обеспечило повышенную селективность по соседнему каналу. Катушка ФНЧ имеет довольно большую собственную емкость, поэтому она существенно нагружает ГПД, особенно если намотана не ПЭЛШО, а простым проводом типа ПЭВ, ПЭЛ (в т.ч. и магнитофонные ГУ). В этом случае собственная емкость катушки настолько велика, что весьма проблематично запустить ГПД с нормальной амплитудой на диодах — с этим сталкивались многие коллеги. Вот поэтому сигнал ГПД лучше снимать не с отвода катушки, а катушки связи, что исключает все эти проблемы и заодно полностью исключает попадание напряжение ГПД на вход УНЧ. Дабы не заморачиваться намоткой нашел подходящие готовые катушки и вперёд, к испытаниям ППП и неожиданно натолкнулся на серьезные «грабли» — при переключении на 40м диапазон амплитуда сигнала ГПД на катушке связи уменьшается в 2 раза! Ладно, подумал я, может у меня гранаты, то бишь катушки, не той системы (hi!). Нашел каркасы и перемотал строго по автору (см. фото)

и здесь надо отдать должное Владимиру Тимофеевичу — без дополнительных телодвижений сразу попал в указанные частотные диапазоны — как входных контуров, так и ГПД.

Но… проблема осталась, а это значит, что нельзя оптимально настроить смеситель на обоих диапазонах – если выставить оптимальную амплитуду на одном, то на другом диоды будут или закрыты или практически постоянно открыты. Возможен только некий средний, компромиссный, вариант установки амплитуды ГПД, когда смеситель будет более-менее работать на обоих диапазонах, но с повышенными потерями (до 6-10 дБ). Решение проблемы оказалось поверхности – использовать свободную группу переключения в тумблере для коммутации эмиттерного резистора, которым и будем устанавливать оптимальную амплитуду ГПД на каждом диапазоне. Для контроля и регулировки оптимальной амплитуды ГПД применим такую же методу, как в .

Для этого левый (см. рис.3) вывод диода D1 переключаем на вспомогательный конденсатор 0С1. В результате получается классический выпрямитель напряжения ГПД с удвоением. Этот своеобразный «встроенный ВЧ вольтметр» и дает нам возможность провести фактически прямое измерение режимов работы конкретных диодов от конкретного ГПД непосредственно в работающей схеме. Подключив для контроля к 0С1 мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, подбором эмиттерных резисторов (с начала R3 на 40м диапазоне, затем R5 на 80м) добиваемся напряжения +0,8…+1 В – это и будет оптимальное напряжения для диодов 1N4148, КД522,521 и т.п. Вот вся настройка. Подпаиваем вывод диода обратно на место, а вспомогательную цепочку убираем. Теперь при оптимальном работающем смесителе можно оптимизировать (увеличить) его подключение к входному контуру (отвод делается не от 5 , а от 10 витка L2), тем самым повысить чутьё на 6-10дБ на обоих диапазонах.

По цепи питания мощного двухтактного УНЧ возможны большие пульсации напряжения, особенно при питания от батарей. Поэтому для питания ГПД применен экономичный параметрический стабилизатор напряжения на Т4, где в качестве стабилитрона использован обратносмещённый эмиттерный переход КТ315 (что было под рукой). Выходное напряжение стабилизатора выбрано порядка -6..-6,5в, что обеспечивает стабильную частоту настройки при разряде батареи вплоть до 7в. Из-за пониженного напряжения питания ГПД число витков катушки связи L3 увеличено до 8 витков. Но у КТ315 разброс по напряжению пробоя эмиттерного перехода довольно большой – первый попавшийся дал 7,5в – многовато, второй дал 7в (см. графики из )

– уже хорошо, применив в качестве Т4 кремниевый КТ209в получил требуемые -6,3в. Если не хочется заморачиваться с подбором, можно в качестве Т5 поставить КТ316, тогда Т4 должен быть германиевым (МП39-42). Тогда имеет смысл для унификации и в ГПД поставить КТ316 (см. рис.4), что положительно скажется на стабильности частоты ГПД. Именно такой вариант у меня сейчас работает.

«Давненько не брал я в руки шашки…». Вернее я хотел сказать, что давненько не собирал усилителей на транзисторах. Всё лампы, да лампы, понимаешь. И тут, благодаря нашему дружному коллективу и участию , я приобрёл пару плат для сборки . Платы отдельно .

Платы пришли быстро. Игорь (Datagor) оперативно прислал документацию со схемой, описанием сборки и настройки усилителя. Кит всем хорош, схема классическая, обкатанная. Но меня обуяла жадность. 4,5 Ватта на канал - маловато будет. Хочу минимум 10 Вт, и не потому что я громко слушаю музыку (с моей акустикой чувствительностью 90 дБ и 2 Вт хватает), а... чтобы было.

Схема умощнённого усилителя

Вот так выглядит мой окончательный вариант схемы усилителя. Красным указаны изменённые номиналы.

Законы Ома и Джоуля-Ленца ещё ни одному адвокату объехать не удалось, и для того, чтобы поднять мощность на выходе УМЗЧ, надо поднимать напряжение его питания. Сделаем хотя бы в два раза, до 30 Вольт. Сразу сделать это не получится. Транзисторы П416 и МП39Б, которые используются в оригинальной схеме, имеют максимальное допустимое напряжение 15 Вольт.

Пришлось достать с полки старый Справочник радиолюбителя 1978 года издания и углубиться в изучение параметров германиевых транзисторов серий «МП» и «ГТ», одновременно проводя раскопки в коробках с деталями.

Я искал транзисторы близкие по параметрам к использованным в схеме, но имеющие максимально допустимое напряжение не менее 30 Вольт.

После проведения этой увлекательной изыскательской работы были найдены необходимые кандидаты. На вход, вместо П416, главным претендентом стал транзистор ГТ321Д.
Пару МП39Б + МП37А было решено заменить аналогичной парой МП14А + МП10Б. Германиевые транзисторы серии МП с номерами от 9 до 16 – это «военка», транзисторы для аппаратуры специального назначения. В отличие от их аналогов с номерами от 35 до 42, которые предназначены для аппаратуры широкого применения.

На выходе я решил использовать высокочастотные транзисторы ГТ906А. Причин этому было несколько, главная из которых - это наличие запаса этих транзисторов в моей тумбочке. Вторая причина - это высокий коэффициент передачи тока. При работе транзисторы предварительного каскада будут меньше «напрягаться» на раскачку выходных транзисторов, что должно уменьшить их нагрев и положительно сказаться на уровне искажений усилителя.

Следующий шаг, который тоже немаловажен – это подбор транзисторов в пары по коэффициенту передачи тока h21э. Сначала я попробовал это сделать при помощи обычного китайского тестера, но результаты измерения мне показались несколько странными и явно завышенными. К тому же китайский тестер явно не смог справиться с измерением параметров мощных транзисторов.

Пришлось достать с полки старый добрый еще Советских времен прибор «ППТ».

С его помощью была выбрана пара транзисторов ГТ321Д с h21э = 120 и две пары МП10Б + МП14А с h21э около 40. Из десятка транзисторов 1Т906А удалось подобрать 3 шт. с бета 76 и пару с бета 78. Всё-таки серия 1Т проходила более серьезный отбор по параметрам при изготовлении.

После подбора транзисторов, сборка печатных плат согласно датагорской инструкции не заняла много времени. Надо ещё обратить внимание на напряжения электролитических конденсаторов. Оно должно быть не меньше чем выбранное напряжение питания усилителя.
Я использовал конденсаторы на 35 Вольт.

Поскольку я планировал получить от усилителя бОльшую мощность, потребовалось увеличить емкость выходного разделительного конденсатора раза в два, как минимум. Конденсатор такого номинала на плату уже не вмещался. Вместо него я впаял пару винтовых зажимов, чтобы можно было подключать на проводах любой понравившийся конденсатор, не обращая внимания на его размеры.

Другой важной проблемой была организация охлаждения выходных транзисторов. У меня нашлась пара одинаковых, довольно крупных радиаторов, но они были рассчитаны на крепеж к ним современных транзисторов в корпусе ТО-220.
Выход я нашел в старых горелых компьютерных блоках питания. Пара радиаторов из толстого алюминия 4 мм, на которые я закрепил через изолирующие прокладки транзисторы ГТ906, а уже сами эти радиаторы широким торцом через термопасту были прикручены винтами к большим радиаторам.

К этим же радиаторам при помощи металлических уголков были прикреплены и платы усилителя. Между ребер компьютерного радиатора, вблизи выходных транзисторов, удобно разместился диод Д310, который обеспечивает термостабильность усилителя. Его я не долго думая залил китайским термоклеем.

Первое включение, наладка усилителя

Пришло время первого включения и испытания собранных усилителей. Делал я это при помощи лабораторного блока питания с ограничением по току.

Сначала настраивал на напряжении питания в 15 Вольт. Установил ток покоя усилителя 100 мА, отбалансировал выход, так чтобы на нем было ровно половина напряжения питания, потом плавно стал поднимать напряжение питания до нужных по задумке 30-ти Вольт.

В ходе этой операции пришлось немного изменить номиналы некоторых резисторов, т.к. при увеличении напряжения питания начинал резко возрастать ток покоя. Без БП с ограничением по току, я бы, наверное, лишился не одной пары выходных транзисторов. Но тут все обошлось.

Немного измерений

После установки режимов по постоянному току подключил к усилителю генератор и осциллограф. Подал сигнал. На выходе ограничение сигнала (синий цвет) наступает при амплитуде примерно 12 Вольт на 4-омной нагрузке, а это соответствует мощности на выходе в 18 Вт . Ура!!! :yahoo:
Амплитуда сигнала на входе (желтый цвет) при этом примерно 1,5 Вольта. То есть усилитель имеет чувствительность порядка 1 Вольта RMS.

Полоса частот тоже порадовала. Практически без завала от 15 Гц до 60 кГц. Если убрать конденсаторы на 100 пФ из цепи обратной связи и на входе, наверное была бы ещё шире.

То, что надо! Это как раз соответствует уровню выходного сигнала звуковой платы компьютера, которая и будет использоваться в качестве основного источника сигнала.

Проверил, какой максимальный ток потребляет усилитель. При подаче на вход прямоугольного сигнала частотой 10 кГц амплитудой 1,5 В усилитель тянет от БП чуть меньше 2 А тока.

Теперь пришло время «краштеста». Устанавливаю в держатели предохранители на 1,5 А, выставляю на БП максимально возможное ограничение по току (у меня 5 А) и подаю на вход синус частотой 10 кГц. Вывожу мощность на максимум, когда начинается уже ограничение сигнала. После этого отверткой делаю КЗ в нагрузке. Предохранитель сгорает. Меняю предохранитель на новый, снова включаю усилитель – выходные транзисторы целые! После того как я сжёг три предохранителя (два на одной плате усилителя и один на другой), я решил, что тест на надежность пройден и теперь можно переходить к окончательной сборке усилителя в корпус.

Общая сборка усилителя

Делаю предварительную примерку и начинаю слесарные работы по закреплению всех деталей в корпусе.

Силовой трансформатор тороидальный. Со страшным названием БЫ5.702.010-02, которое призвано было запутать вероятного противника. Трансформатор выдает на выходе 20 Вольт. Параметры этой обмотки по току мне найти не удалось, но накал лампы ГМ-70 (а это 3.5 А) он держит, не напрягаясь и не перегреваясь. Так что для питания двух каналов этого усилителя ему мощности хватит даже с запасом.

Выпрямительные диоды я использовал тоже германиевые Д305 (10 А, 50 V). Таким образом, получилось собрать усилитель, в котором нет ни одной кремниевой детали. Все по «феншую».

Конденсаторы фильтра - 2 шт. по 10000 мкФ. Хватило бы и по одному, но, как я писал вначале, жадность обуяла, к тому же место в корпусе было.

На выход поставил по три соединенных параллельно конденсатора 1000 мкФ 63 В. Конденсаторы качественные, от японской Матсушиты.

После того как все комплектующие надежно закреплены в корпусе, остается только их соединить между собой проводами, ничего не напутав. Монтаж я делал, используя медную моножилу сечением 0.5 кв мм в силиконовой термостойкой изоляции. Этот провод я брал из кабеля, которым проводят пожарную сигнализацию. Рекомендую к использованию. За счет того что провод жесткий, без особых усилий получается его ровно и аккуратно уложить в корпусе.

В конце позапрошлого века немецкий химик К.А. Винклер открыл элемент, существование которого заранее было предсказано Д.И. Менделеевым. А 1 июля 1948 г. в подвале газеты «Нью-Йорк Таймс» появилась короткая заметка под заголовком «Создание транзистора». В ней сообщалось об изобретении «электронного прибора, способного заменить в радиотехнике обычные электровакуумные лампы».

Разумеется, первые транзисторы были германиевыми, и именно этот элемент произвел настоящий переворот в радиотехнике. Не будем спорить, выиграли ли ценители музыки при переходе от ламп к транзисторам - дискуссии эти уже успели порядком поднадоесть. Давайте лучше зададим себе другой, не менее актуальный вопрос: пошел ли на пользу звуку следующий виток эволюции, когда кремниевые приборы пришли на смену германиевым? Век последних был недолог, и они не оставили после себя, подобно лампам, ощутимого звукового наследия. Сейчас германиевые транзисторы не выпускаются ни в одной стране, и о них уже вспоминают крайне редко. А зря. Я считаю, что любой кремниевый транзистор, будь он биполярный или полевой, высокочастотный или низкочастотный, малосигнальный или мощный, менее пригоден для высококачественного звуковоспроизведения, чем германиевый. Для начала давайте рассмотрим физические свойства обоих элементов.*

* Публикуется по H.J.Fisher, Transistortechnik fur Den Funkamateur. Перевод А.В. Безрукова, М., МРБ, 1966.

Свойства	Германий	Кремний
Плотность, г/см 3	5,323	2,330
Атомный вес	72,60	28,08
Количество атомов в 1 см 3	4,42*10 22	4,96*10 22
Ширина запрещенной зоны, ЭВ	0,72	1,1
Диэлектрическая постоянная	16	12
Температура плавления, °С	937,2	1420
Теплопроводность, кал/см X сек X град	0,14	0,20
Подвижность электронов, см 2 /сек*В	3800	1300
Подвижность дырок, см 2 /сек*В	1800	500
Продолжительность жизни электрона, мксек	100 - 1000	50 - 500
Длина свободного пробега электрона, см	0,3	0,1
Длина свободного пробега дырки, см	0,07 - 0,02	0,02 - 0,06

Из таблицы видно, что подвижность электронов и дырок, продолжительность жизни электронов, а также длина свободного пробега электронов и дырок значительно выше у германия, а ширина запрещенной зоны ниже, чем у кремния. Известно также, что падение напряжения на переходе p-n составляет 0,1 - 0,3 В, а на n-p - 0, 6 - 0,7 В, из чего можно сделать вывод, что германий является гораздо лучшим «проводником», чем кремний, а следовательно, и каскад усиления на транзисторе p-n-p имеет значительно меньшие потери звуковой энергии, чем аналогичный на n-p-n. Возникает вопрос: почему же выпуск германиевых полупроводников был прекращен? Прежде всего потому, что по некоторым критериям Si намного предпочтительнее, поскольку может работать при температуре до 150 град. (Ge - 85), да и частотные свойства у него несравненно лучше. Вторая причина чисто экономическая. Запасы кремния на планете практически безграничны, в то время как германий - довольно редкий элемент, технология получения и очистки которого значительно дороже.

Между тем, для применения в домашней аудиотехнике упомянутые преимущества кремния абсолютно неочевидны, а свойства германия, наоборот, крайне привлекательны. Кроме того, в нашей стране германиевых транзисторов хоть завались, да и цены на них просто смешные.**

** Предвижу, что после выхода этой статьи цены на радиорынках могут подскочить, как это уже произошло с некоторыми типами ламп и микросхем - Прим. ред.

Итак, приступим к рассмотрению схем усилителей на германиевых полупроводниках. Но сначала несколько принципов, соблюдение которых исключительно важно для получения действительно высокого качества звучания.

1. В схеме усилителя не должно быть ни одного кремниевого полупроводника.
2. Монтаж производится объемным навесным способом, с максимальным использованием выводов самих деталей. Печатные платы значительно ухудшают звучание.
3. Количество транзисторов в усилителе должно быть минимально возможным.
4. Транзисторы следует отбирать попарно не только для верхнего и нижнего плеча выходного каскада, но и для обоих каналов. Стало быть, придется отобрать по 4 экземпляра с возможно близкими значениями h21э (не менее 100) и минимальным Iко.
5. Сердечник силового трансформатора изготавливается из пластин Ш с сечением не менее 15 см 2 . Очень желательно предусмотреть экранную обмотку, которую следует заземлить.

Схема №1, минималистская

Принцип не нов, такая схемотехника была весьма популярна в шестидесятые годы. На мой взгляд, это чуть ли не единственная конфигурация бестрансформаторного усилителя, соответствующая аудиофильским канонам. Благодаря своей простоте позволяет добиться высокого качества звучания при минимальных затратах. Автором она была лишь адаптирована к современным требованиям High End Audio.

Настройка усилителя весьма проста. Сначала устанавливаем резистором R2 половину напряжения питания на «минусе» конденсатора С7. Затем подбираем R13 так, чтобы миллиамперметр, включенный в коллекторную цепь выходных транзисторов, показал ток покоя 40 - 50 мА, не больше. При подаче сигнала на вход следует убедиться в отсутствии самовозбуждения, хотя оно и маловероятно. Если все же на экране осциллографа заметны признаки ВЧ-генерации, попробуйте увеличить емкость конденсатора С5. Для устойчивой работы усилителя при изменении температуры диоды VD1, 2, должны быть смазаны теплопроводной пастой и прижаты к одному из выходных транзисторов. Последние устанавливаются на теплоотводах площадью не менее 200 см 2 .

Схема №2, усовершенствованная

В первой схеме был квазикомплементарный выходной каскад, поскольку промышленность 40 лет назад не выпускала мощных германиевых транзисторов со структурой n-p-n. Комплементарные пары ГТ703 (p-n-p) и ГТ705 (n-p-n) появились лишь в 70-х, что позволило усовершенствовать схему выходного каскада. Но мир далек от совершенства - у перечисленных выше типов максимальный ток коллектора всего 3,5 А (у П217В Iк max = 7,5 A). Поэтому применить их в схеме можно, лишь поставив по два в плечо. Этим, собственно, и отличается №2, разве что полярность блока питания противоположна. И усилитель напряжения (VT1), соответственно, реализован на транзисторе другой проводимости.

Настраивается схема точно так же, даже ток покоя выходного каскада такой же.

Коротко о блоке питания

Для получения высокого качества звучания придется поискать в закромах 4 германиевых диода Д305. Другие категорически не рекомендуются. Соединяем их мостом, шунтируем слюдой КСО по 0,01 мкФ, а затем ставим 8 конденсаторов 1000 мкФ X 63 В (те же К50-29 или Philips), которые тоже шунтируем слюдой. Наращивать емкость не надо - тональный баланс уходит вниз, теряется воздух.

Параметры обеих схем примерно одинаковы: выходная мощность 20 Вт на нагрузке 4 Ом при искажениях 0,1 - 0,2%. Разумеется, эти цифры мало что говорят о звучании. Уверен в одном - послушав грамотно сделанный по одной из этих схем усилитель, вы вряд ли вернетесь к кремниевым транзисторам.

Апрель 2003 г.

От редакции:

Мы послушали у Жана прототип первого варианта усилителя. Первое впечатление - необычно. Звучание отчасти транзисторное (хороший контроль нагрузки, четкий бас, убедительный драйв), отчасти ламповое (отсутствие жесткости, воздух, деликатность, если хотите). Усилитель заводит, но не раздражает назойливостью. Мощности хватает, чтобы без малейших признаков клиппинга раскачать до невыносимой громкости напольную акустику с чувствительностью 90 дБ. Что интересно - тональный баланс на разных уровнях почти не меняется.

Это результат продуманной конструкции и тщательно подобранных деталей. Учитывая, что комплект транзисторов обойдется рублей в пятьдесят (хотя, если не очень повезет, для подбора пар может потребоваться несколько десятков, смотря какая партия попадется), не экономьте на других элементах, особенно конденсаторах.

Буквально за пару часов на макетной плате был собран один канал усилителя для анализа схемы. На выходе устанавливались американские германиевые транзисторы Altec AU108 с граничной частотой 3 МГц. При этом полоса пропускания по уровню 0,5 дБ была 10 Гц - 27 кГц, искажения на мощности 15 Вт примерно 0,2%. Доминировала 3-я гармоника, но наблюдались выбросы и более высоких порядков, вплоть до 11-го. С транзисторами ГТ-705Д (Fгр. = 10 кГц) ситуация была несколько иной: полоса сузилась до 18 кГц, зато гармоник выше 5-й на экране анализатора вообще не было видно. Изменилось и звучание - оно как-то потеплело, смягчилось, но искрящееся прежде «серебро» поблекло. Так что первый вариант можно рекомендовать для акустики с «мягкими» пищалками, а второй - с титановыми или пьезоизлучателями. Характер искажений зависит от качества конденсаторов С7 и С6 на схемах 1 и 2 соответственно. А вот их шунтирование слюдой и пленкой не очень заметно на слух.

К недостаткам схемы следует отнести малое входное сопротивление (около 2 кОм в верхнем положении регулятора громкости), которое может перегрузить выходной буфер источника сигнала. Второй момент - уровень искажений сильно зависит от характеристик и режима первого транзистора. Чтобы повысить линейность входного каскада, имеет смысл ввести две вольт-добавки для питания коллекторной и эмиттерной цепи T1 . Для этого делаются два дополнительных независимых стабилизатора с выходным напряжением 3 В. «Плюс» одного соединяется с шиной питания - 40 В (все пояснения даются для схемы 1, для другой схемы полярность меняется на противоположную), а «минус» подается на верхний вывод R4. Резистор R7 и конденсатор C6 из схемы исключаются. Второй источник включается так: «минус» на землю, а «плюс» - на нижние выводы резисторов R3 и R6. Конденсатор C4 при этом остается между эмиттером и землей. Возможно, стоит поэкспериментировать со стабилизированным питанием. Любые изменения в питании и самой схеме усилителя радикально влияют на звук, что открывает широкие возможности для твикинга.

Таблица 1. Детали усилителя
Сопротивления
R1	10k	переменное, ALPS тип A
R2	68k	подстроечное CП4-1
R3	3k9	1/4 w	ВС, С1-4
R4	200	1/4 w	-//-
R5	2k	1/4 w	-//-
R6	100	1/4 w	-//-
R7	47	1 w	-//-
R8,R9	39	1 w	-//-
R10, R11	1	5 w	проволочные, С5 - 16МВ
R12	10k	1/4 w	ВС, С1-4
R13	20	1/4 w	-//- подбирается при настройке
Конденсаторы
С1		47 мкФ х 16 В	К50-29, Philips
С2		100 мкФ х 63 В	-//-
С3		1000 пФ	КСО, СГМ
С4		220 мкФ х 16 В	К50-29, Philips
С5		330 пФ
С6		1000 мкФ х 63 В	К50-29, Philips
С7		4 х 1000 мкФ х 63 В	-//-
Полупроводники
VD1, VD2		Д311
VT1, VT2		ГТ402Г
VT3		ГТ404Г
VT4, VT5		П214В

Таблица 2. Детали усилителя
Сопротивления
R1	10k	переменное, ALPS тип A
R2	68k	подстроечное, CП4-1
R3	3k9	1/4 w	ВС, С1-4
R4	200	1/4 w	-//-
R5	2k	1/4 w	-//-
R6	100	1/4 w	-//-
R7	47	1 w	-//-
R8	20	1/4 w	-//-, подбирается при настройке
R9	82	1 w	-//-
R10 - R13	2	5 w	проволочные, С5 - 16МВ
R14	10k	1/4 w	ВС, С1-4
Конденсаторы
С1		47 мкФ х 16 В	К50-29, Philips
С2		100 мкФ х 63 В	-//-
С3		1000 мкФ х 63 В	К50-29, Philips
С4		1000 пФ	КСО, СГМ
С5		220 мкФ х 16 В	К50-29, Philips
С6		4 х 1000 мкФ х 63 В	-//-
С7		330 пФ	КСО, СГМ, подбирается при настройке
Полупроводники
VD1, VD2		Д311
VT1, VT2		ГТ404Г
VT3		ГТ402Г
VT4, VT6		ГТ705Д
VT5, VT7		ГТ703Д

Делаем усилитель звуковой частоты на германиевых транзисторах своими руками.

Просматривая публикации в интернете, а также видеоролики на ресурсе YouTube, можно отметить устойчивый интерес к сборке относительно несложных конструкций радиоприемников различных типов (прямого преобразования, регенеративных и других) и усилителей звуковой частоты на транзисторах, в том числе и на германиевых.

Сборка конструкций на германиевых транзисторах является своего рода ностальгией, потому что эра германиевых транзисторов закончилась лет 30 тому назад, собственно, как и их производство. Хотя аудиофилы по прежнему спорят до хрипоты, что же лучше для высокой верности воспроизведения звука-германий или кремний?

Оставим высокие материи и перейдем к практике…

Есть планы повторить пару конструкций несложных радиоприемников (прямого преобразования и регенеративных) для приема в диапазоне коротких волн. Как известно, усилитель ЗЧ является обязательной составной частью любого радиоприемника. Поэтому было принято решение изготовить УЗЧ в первую очередь.

Усилитель низкой (или звуковой, кому как удобно) частоты будет изготовлен отдельным узлом, так сказать, на все случаи жизни…

УЗЧ будем собирать на германиевых транзисторах производства СССР, благо у меня их лежит разных типов наверное до сотни. Видимо настало время дать им вторую жизнь.

Для радиоприемника большая выходная мощность УНЧ не нужна, достаточно до нескольких сотен милливатт.Поиск подходящей схемы привел вот к этой конструкции.

Данная схема подходит как нельзя кстати. Выходная мощность -0,5 Вт, все транзисторы германиевые, к тому же имеются в наличии, частотная характеристика оптимизирована для радиоприемников (ограничена сверху частотой 3,5 кГц), достаточно большое усиление.

Принципиальная схема усилителя.

Все необходимые для сборки усилителя детали недефицитные. Транзисторы МП37, МП39, МП41 взял первые попавшиеся под руку. Выходные транзисторы ГТ403 рекомендуется подобрать по коэффициенту усиления, но я этого не делал-у меня было пару штук новых из одной партии, их я и взял. Входной МП28 оказался в единственном экземпляре, но исправный.

Все транзисторы были проверены омметром на исправность. Как оказалось, это не гарантия от неисправностей, но об этом ниже…Электролитические конденсаторы взял импортные, С1-пленочный, С5-керамический.

В программе SprintLayout создаем разводку печатной платы. Вид со стороны печатных проводников.

Собственно, печатную плату, изготавливаем при помощи ЛУТ, травим в хлорном железе.

Запаиваем все необходимые детали. Плата собранного усилителя выглядит так.

Поскольку выходная мощность усилителя невелика-радиаторы для выходных транзисторов не нужны. При работе они еле теплые.

Настройка усилителя.

Собранный усилитель нуждается в некоторой настройке.

После подачи питания 9В замеряем напряжения в контрольных точках, которые указаны на схеме, приведенной выше. На коллекторе транзистора VТ2 напряжение было минус 2,5 В при необходимых -3…4 В.

Подбором резистора R2 устанавливаем необходимое напряжение.

С каскадом предварительного усиления на транзисторах VТ1 и VТ2 никаких проблем в настройке не возникло. Иная ситуация сложилась с выходным каскадом. Замер напряжения на средней точке (точка соединения эмиттер VT6 и коллектор VT7) показал величину минус 6 В. Попытка изменить напряжения путем подбора резисторов R7 или R8 не привела к желаемым результатам.

Кроме того, был занижен общий ток покоя усилителя- 4 мА вместо 5…7 мА. Виновником неисправности оказался транзистор VT3. Он хоть и прозванивался омметром как исправный, но в схеме работать отказался. После его замены все режимы транзисторов усилителя установились автоматически согласно указанным на схеме. Напряжения на электродах транзисторов в моем экземпляре усилителя при напряжении питания 9В указаны в таблице.Напряжения измерены тестером DT830B относительно общего провода.

Ток покоя усилителя устанавливается подбором диода D2 типа Д9. С первым попавшимся диодом у меня получился ток покоя 5,2 мА, т.е. то, что нужно.

Для проверки работоспособности подаем от генератора звуковых частот Г3-106 синусоидальное напряжение уровнем 0,3 мВ частотой 1000 Гц.
На фото- уровень выходного напряжения примерно 0,3В по стрелочному прибору. Сигнал дополнительно ослаблен на 60 дБ (в 1000 раз) делителем на выходе генератора.

К выходу усилителя подключаем нагрузку –резистор МОН-2 сопротивлением 5,6 Ом. Параллельно нагрузочному резистору подключаем щупы осциллографа. Наблюдаем чистую, без искажений синусоиду.

На экране осциллографа цена деления по вертикали -1В/дел. Следовательно размах напряжения составляет 5В. Эффективное напряжение составляет 1,77В. Имея эти цифры можем вычислить коэффициент усиления по напряжению:Выходная мощность на частоте 1 кГц составила:

Видим, что параметры усилителя соответствую заявленным.

Понятно, что данные замеры не совсем точны, потому как осциллограф не позволяет замерять напряжение с высокой точностью (это не его задачи), но для радиолюбительских целей это не столь принципиально.

Усилитель имеет высокую чувствительность, поэтому при неподключенном никуда входе в динамике негромко прослушиваются шумы и фон переменного напряжения.

При закороченном входе все посторонние шумы исчезают.

Осциллограмма напряжения шумов на выходе усилителя при закороченном входе:

Цена деления по вертикали -20мВ/дел. Размах напряжения шумов и фона около 30мВ. Эффективное напряжение шумов-10мВ.

Другими словами-усилитель достаточно тихий. Хотя в авторской статье указывается уровень шумов -1,2мВ. Возможно, в моем случае сыграла свою роль не совсем удачная разводка печатной платы.

Подавая на вход усилителя переменное напряжения различных частот при неизменном уровне и контролируя выходное напряжение на нагрузке осциллографом можем снять график амплитудно-частотной характеристики данного УНЧ.