Меню

Германиевые транзисторы малой мощности



Усилитель на германиевом транзисторе — высокая точность звука

Усилитель на германиевом транзисторе-1

Усилитель на германиевом транзисторе, который по качеству звучания напоминает ламповый звук. Несколько лет назад мне удалось достать несколько фирменных германиевых транзисторов AD161-AD162. Поэтому, исходя из того, что если эти редкие в России компоненты у меня уже имеются, я решил для эксперимента построить на них усилитель мощности.

Высококлассный усилитель на германиевом транзисторе

Забегая вперед, скажу, что этим экспериментальным усилителем на паре германиевых транзисторах я до сего времени пользуюсь и слушаю его практически каждый день, а времени прошло с момента его изготовления немного-немало, примерно где-то лет пятнадцать. Возвращаясь к тому времени, теперь почти былинному, когда я начал собирать этот усилок, то честно скажу, сначала звук мне не понравился.

Схема усилителя

Усилитель на германиевом транзисторе-2 Усилитель на германиевом транзисторе-3

Усилитель на германиевом транзисторе-4

То-есть звучание было не совсем такое как я ожидал. Но это было и не удивительно, ведь я на тот момент был ограничен в возможности подбора пар выходных германиевых транзисторов ввиду их малого количества. А подбирать их попарно по коэффициенту усиления нужно обязательно. Кроме этого, усилитель на германиевом транзисторе требует, чтобы в звуковом тракте были установлены аудиофильские конденсаторы, а я в тот момент устанавливал то, что было под рукой.

Усилитель на германиевом транзисторе-5

Во-первых, указанный в схеме с сопротивлением обратной связи cizirdayip конденсатор 6,8 нФ не работал просто остановился. Когда ставил что-то улучшенное или даже совсем отмененное, я пошел вместо 470пФ. AC153 мы также попробовали оба с BC327 вместо BD140.

Затем я нарисовал принципиальную схему усилителя на германиевом транзисторе, показанная ниже, с таким расчетом, чтобы можно было по бокам печатной платы разместить два радиатора охлаждения с эффективной площадью рассеивания тепла. Кроме этого, в процессе тестирования, выяснилось, что не все так гладко, пришлось внести несколько изменений в схему. Дело в том, что цепочка обратной связи, состоящей из резистора 1кОм и шунтирующего конденсатора 6,8nF, просто не работала.

Процесс сборки

Поэтому я вместо конденсатора 6,8nF поставил 470pF. В качестве предвыходного транзистора, указанного на схеме как AC153 (аналог российского транзистора ГТ402И), был установлен BC327 вместо BD140. Здесь транзистор становится немного горячим, поэтому его нужно установить куда-нибудь, где охлаждение будет более эффективнее. Двухканальная схема сконфигурирована как полностью независимая друг от друга на одной плате, каждый канал питается от отдельного источника питания.

Печатная плата была изготовлена на фольгированном текстолите методом трафаретной печати. Из-за нехватки места на лицевой стороне платы, пришлось подпаивать некоторые элементы со стороны пайки — прямо на дорожки. Для усиления токопроводящих дорожек, я дополнительно облудил их припоем.

Один из самых важных аспектов при установке выходных транзисторов на радиатор, это обязательное изолирование транзистора от теплоотвода, так как это комплементарная пара, поэтому каждый транзистор в паре имеет разную проводимость.

Усилитель на германиевом транзисторе-6 Усилитель на германиевом транзисторе-7

В качестве изоляционного материала выбираем вот например из этого: теплопроводные керамические прокладки, на сегодняшний день они являются самыми эффективными, но если нет в наличии таковых, то можно использовать прокладки из многослойной слюды. Также следует обратить внимание во время установки германиевого транзистора на теплоотвод, крепящий винт, тоже должен быть изолирован от транзистора. Самый легкий способ это сделать, это одеть на него небольшой отрезок термоусадочной трубки.

Источник

Германиевые транзисторы малой мощности

Сорим германиевыми транзисторами (УМЗЧ)

Автор: Серый_
Опубликовано 08.08.2020
Создано при помощи КотоРед.

Исторически, серия германиевых транзисторов «МП» применялась до начала 1980-х годов, в таких промышленных аппаратах как усилитель «Одиссей-001», проигрывателях винила «Вега-101», «Аккорд-201», «Россия-321» и других. Далее эти транзисторы считались устаревшими и с появлением в литературе схем С. Филина, была открыта традиция «посорить» такими транзисторами с пользой. Как оказалось — катит оно и в 2020-м. Куда более дефицитны германиевые транзисторы средней и большой мощности (ГТ402, П217), поэтому схема выбрана по принципу: «маломощные транзисторы раскачивают что-либо способное раскачаться и не перегрузить их». Соответственно схема:

Т1, Т2 – первый каскад усиления он же дифференциал для стабильного удержания «середины питания» на выходе. Т3, Т4 – питание дифференциала стабильным током (R6+R20). T5 – второй каскад усиления. Т6 – термостабилизатор. Т7, Т8 – предоконечный каскад. Т9, Т10 – выходной каскад на современных полевиках. По цене они уже примерно как и обычные биполярники. Нужно отметить, что «кремниевая версия» в виде схемы Microcap, с транзисторами IRF530, IRF630 давала несколько худший результат по параметрам. И несколько лучший результат с транзисторами IRL540, IRL2203. Хотя на столь простой схеме, «воздух вокруг сцены» мы конечно же не ловим. Далее схема уже на макетке подгонялась под германий. Резисторы R18, R19 – проволочные, остальные на 0.25W, подойдут и советские на 0.125W. C3 – антивозбудный на ВЧ, тест на невозбуд схема прошла. На завал низких частот влияет C5, на завал верхних – C3, и в теории спад начинается после 180кГц. R20, C6 – фильтр помех по питанию для чувствительных каскадов. Транзисторы МП40а можно заменить на МП21, МП25, МП26 с любой буквой. Заменять их на любой другой из серии МП39…42 нельзя, т. к. все они низковольтные на 15V. МП37б – на МП37а, П307, П308, П309 с любой буквой. Монтаж:

Читайте также:  Мощность удара брюс ли

Монтаж выполнен на одной печатной плате, с радиатором из куска алюминия 142х60х6 мм. В теории до средних мощностей такого должно хватить. Все 6 транзисторов закреплены через изолирующие прокладки. После сборки платы, потенциометры R1 установить в среднее положение, а R10 против часовой стрелки (в нижнее по схеме положение).
Приблизительные тех. параметры:
Мощность … 24W
Нагрузка … 4R
Размах сигнала на выходе … 17V
КНИ … 0.1%
Полоса частот … 70Hz -20kHz

Источник

Германиевые транзисторы

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.

Читайте также:  Снегоход ямаха его мощность

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.

Остальные рекомендации были даны в предыдущих номерах «Практики».

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.

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.

Читайте также:  Почему пропала мощность двигателя

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 [1]. 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 КСО, СГМ, подбирается при настройке
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

Литература:

[1]. Г.Левинзон, А.Логинов, «Высококачественный усилитель низкой частоты». М., «Энергия», 1977.

Источник