— многие радиолюбители, которые в силу своего возраста не застали эпоху «германиевого звука» и часто спрашивают: «Что такого особенного есть в усилителях мощности собранных на германиевых транзисторах?». Если не особенно вдаваться в подробности, то можно ответить так: У таких аппаратов необычный звук, очень похожий на ламповый, большой динамический диапазон и та самая скорость нарастания. Впрочем, это на любителя, есть такие кто например ненавидит лампы. Но качественные усилители выполненные на кремневых транзисторах обладают всеми этими характеристиками в том же объеме. Так же германиевые полупроводники имеют несколько больший акустический КПД, то есть звучание у них громче, чем у кремневых на выходе и для высоко комфортного прослушивания вполне хватит небольшой выходной мощности.

Первыми транзисторами в радиотехнике, после электровакуумных ламп были германиевыми, которые произвели настоящий фурор в радиоэлектронной сфере. Конечно нет смысла спорить, что приобрели почитатели музыки отказавшись от лампового варианта в пользу германиевых приборов. По этому поводу до сих пор существует много разных мнений. В настоящее время германиевые транзисторы не производит ни одна страна и упоминание о них встречаются довольно редко. И напрасно. Германиевый усилитель мощности и если взять для примера кремниевый транзистор, какой он бы не был, биполярный, полевой или предназначенный для работы на высоких и низких частотах и так далее. Так вот он в отличии от германиевого полупроводника менее подходящий для воспроизведения звука высокого качества. p>

В общем, чтобы сейчас не углубляться в рассмотрение физических свойств германиевых транзисторов, при необходимости вы можете эти данные легко найти в интернете. Поэтому перейдем непосредственно к изучению принципиальных схем построенных на транзисторах с германиевым кристаллом. Сразу хотелось бы отметить несколько важных правил без соблюдения которых, очень сложно получить высококачественное звучание. p>

• Во первых в используемой схеме устройства, принципиально нужно отказаться от применения кремниевых полупроводников.
• Компоновку и последующую сборку выполнять только навесным монтажом, при этом как можно больше использовать сами выводы электронных компонентов. В случае применения печатных плат для монтажа, то вы должны знать, что в таком случае качество звучания будет существенно хуже.
• При конструировании усилителя старайтесь рассчитать схему так, чтобы количество транзисторов в устройстве должно быть как можно меньшим.
• Прежде чем производить монтаж, необходимо провести подбор комплементарных пар транзисторов не только для каждого плеча выходного тракта структуры PNP и NPN, но и обязательно для обоих каналов. Особое внимание при подборе электронных элементов стоит обратить на параметры статического коэффициента передачи тока, которое должно быть более 100 и как можно меньшим обратным током коллектора.
• Силовой трансформатор должен быть собран на магнитопроводе из Ш-образных пластин с площадью сечения более 15см². Также нужно при изготовлении трансформатора не забыть сделать один ряд экранирующей обмотки с последующим ее заземлением.

Германиевый усилитель мощности — схема №1

Показанный здесь германиевый усилитель мощности и его схемотехника можно сказать легендарная и в свои лучшие годы была очень популярна. Такая топология схемы усилителя одна из немногих конфигураций, которая соответствует аудиофильским нормам. Хотя эта схема и очень простая, но тем не менее способна воспроизводить высококачественное звучание при этом затраты на комплектующие совсем небольшие и под силу любому радиолюбителю. Автор этой конструкции усилителя в этом случае всего лишь приспособил ее к современным запросам High End Audio.

Настраивать германиевый усилитель несложно. Вначале нужно переменным резистором R2 установить ровно половину питания на отрицательном отводе электролитического конденсатора С7. Далее необходимо подобрать постоянный резистор R13 таким образом, чтобы мультиметр, подключенный в цепь коллектора транзисторов оконечного каскада, показывал ток покоя в пределах 42 - 52 мА, но не больше. Когда начнете подавать сигнал на вход усилителя, то обязательно нужно проверить наличие либо отсутствие самовозбуждения, хотя возникновение такого процесса бывает исключительно редко.

Но все таки если на осциллографе появились высокочастотные искажения, то в этом случае нужно будет заменить конденсатор С5 на емкость с большим номиналом. Для того, чтобы усилитель работал в стабильном и устойчивом режиме при повышении температуры на основание пары диодов D311 должна быть нанесена тепло-проводная паста и плотно закреплены на транзисторе выходного каскада. В свою очередь выходные транзисторы устанавливаются на радиаторах охлаждения с площадью рассеивания более 220см².

Схема модернизированная

В предыдущей штатной схеме выходной каскад был построен на транзисторах одной проводимости, так как в те далекие времена советская электронная промышленность не производила мощных комплементарных германиевых транзисторов. Когда много позднее появились германиевые транзисторы структуры PNP и NPN, то это дало возможность модернизировать схему оконечного каскада как показано на второй схеме. Но оказывается не все так просто как хотелось бы. Дело в том, что у названных выше полупроводников предельный коллекторный ток составляет всего около 3,4 А.

Например у П217В максимальный ток коллектора равен 7,5 A. В связи с этим использование их в схеме возможно только с условием параллельного включения по два в плечо. Вот такой вариант практически этим и имеет отличие от первой схемы. Ну и конечно у источника питания полярность противоположная. И транзистор для усиления напряжения ГТ 404Г, установлен n-p-n проводимости. Настройка модернизированной схемы идентична предыдущей. Ток покоя оконечного каскада имеет точно такие же значения.

Немного о блоке питания

Чтобы получить качественное звучание, желательно раздобыть где то две пары германиевых сплавных диода Д305. Устанавливать другие настоятельно не советую. Соединяются они по мостовой схеме, и ставятся шунты в виде слюдяных конденсаторов типа КСО, емкостью по 0,01µF, далее устанавливаем восемь емкостей по 1000µF с рабочим напряжением 63v, желательно фирменные, которые также шунтируются слюдяными конденсаторами. Увеличивать общую емкость не следует, так как сбалансированность низких, средних, и высоких частот снижается, теряется воздух.

Параметрические значения двух приведенных схем практически одинаковы: мощность на выходе составляет 20 Вт при работе на нагрузку 4 Ом. Безусловно, данные цифры почти ничего не скажут о звучании усилителя. Но об одном можно говорить с уверенностью — однажды прослушав правильно собранный усилитель по схемам приведенным выше, вы уже не так уверенно будете смотреть в сторону аппаратов собранных на кремниевых транзисторах.

Схема усилителя проста, деталюшек минимум, пригодится для повторения новичками, ниже текст так же для них. Усилительные элементы схемы – германиевые транзисторы - активно применялись еще тридцать лет назад. Схемотехника напоминает многие распространенные схемы тех лет, например усилитель Электрон 20. Некоторые различия есть, в основном технологического характера.
Источник питания однополюсный, нестабилизированный, несколько необычно там смотрится дроссель. Выходной каскад работает в режиме класса АВ.

Выходная мощность 10Вт, общий КНИ до 3%, нагрузка - 8ми Омные громкоговорители.

Работа усилителя на примере одного канала:
Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1, сюда же приходит постоянное напряжение с делителя R5,R9 – это задает потенциал смещения транзистора и одновременно напряжение симметрии выхода. Усиленный VT1 сигнал, подается на базу VT3 и далее на выходной каскад VT5,VT6,VT9,VT10. В эмиттер VT1 приходит напряжение с выхода усилителя (точка + С9) – образуя цепь Общей Отрицательной Обратной Связи, причем по постоянному и переменному току одновременно. Если допустим напряжение на эмиттере VT1, пришедшее с выхода, больше чем на его базе – тогда запирается VT1, VT3, VT6, VT9, потенциал выхода уменьшается за счет одновременно открывшихся VT5, VT10. Аналогично происходит, если на эмиттер VT1 приходит напряжение с выхода, меньшее чем на его базе (только отпирание/запирание транзисторов происходит с точность до наоборот). Т.е. усилитель автоматически поддерживает напряжение на выходе заданное делителем R5,R9 в базе VT1. Аналогично действует схема, усиливая полезный сигнал переменного тока. Только теперь схема отрабатывает звуковой сигнал поступающий в базу VT1 через С2. Глубина действия ОООС, неодинакова для постоянного и переменного тока, из-за наличия конденсатора С4. По переменному току с помощью делителя R11 R12 задается Ку всего усилителя, по постоянному току действует 100% ОООС (через R11 в эмиттер VT1) что хорошо поддерживает симметрию выхода по постоянному току. Основным усилителем напряжения по амплитуде, необходимой для «раскачки» выходного каскада, является транзистор VT3. Для улучшения свойств этого каскада, нагрузкой его является цепь Положительной Обратной Связи, которая берется через R23 с выхода усилителя и образует т.н. «динамическую нагрузку». Действие этой цепи приводит к почти неизменному току через VT3, при любой амплитуде сигнала – транзистор работает в более линейном режиме и развивает максимальный Ку, что важно и с точки зрения уменьшения общего КНИ усилителя и максимальной амплитуде сигнала на выходе. Конечно, цепь ПОС, не совсем совершенна в качестве «динамической нагрузки», применена в общем, для упрощения схемы. Выходной каскад вполне обычный, его задача значительно усилить по току напряжение, поступающее с каскада на VT3 и подача в нагрузку. Составной транзистор VT6,VT9 отпирается при положительном потенциале, каскад VT5,VT10 - при отрицательном, таким образом, происходит усиление сигнала переменного тока в точке симметрии +С9. В нагрузку звуковой сигнал поступает через конденсатор С9, который не пропускает постоянное напряжение с точки симметрии усилителя. Для минимизации искажений, выходные транзисторы приоткрыты некоторым начальным током (ток покоя).
Этот ток задается падением напряжения от протекающего коллекторного тока VT3 на резисторах R17,R18, и приложен между базами предвыходных транзисторов. Цепочка R19,С6 устраняет самовозбуждение усилителя, которое может возникнуть на частотах более 50кГц. При монтаже усилителя следует обратить внимание на подключение проводов GND, сечение проводов соединения выходных транзисторов следует взять 0.75-1мм2, (кроме провода базы).
Настройка и первое включение усилителя:
Настройку следует производить, включив вместо предохранителя мощный резистор сопротивлением 15-20Ом, а вместо акустики мощные резисторы 8-15Ом. Если все транзисторы исправны и в схеме нет ошибок, в точках симметрии (+С9, +С10) должно сразу установится напряжение равное половине питания - это следует проверить первым делом. Дополнительно его корректируют подстроечником R4. Разбаланс симметрии в пределах +/-2 вольта вполне допустим. Затем контролируют начальный ток выходных транзисторов (ток покоя) измеряя его по падению напряжения на резисторах R32 и R34, оно должно быть в пределах 40-70мВ. Если в схеме есть ошибки, или неисправные элементы, тогда возможно сильно нагреется резистор, включенный вместо предохранителя, одновременно спасая транзисторы схемы (выходные и предвыходные) от пробоя – следует внимательно проверить схему и устранить ошибку или неисправный элемент. Следующий этап проверки – на отсутствие ВЧ самовозбуждения – нужно подключить на выход осциллограф. Наличие самовозбуждения устраняют корректировкой цепи R19,С6. Если все нормально, устанавливаем предохранитель на место, подключаем на вход генератор ЗЧ и проверяем усилитель испытательными сигналами. Прежде всего, нужно проверить симметрию ограничения максимальной амплитуды сигнала – ограничение должно наступать примерно при амплитуде 10В частота 1000Гц., если это не так, нужно подобрать сопротивление R23 или заменить VT3. Усилитель можно исследовать сигналами разных частот и амплитуд, форм. Подробную методику пока не будем приводить – усилитель ведь для начинающего. На частотах более 10кГц нежелательно подавать номинальный сигнал на вход – выходные транзисторы могут перегреться, на музыкальном сигнале этого не происходит по причине малой амплитуды этих сигналов. Следует так же еще раз проконтролировать ток покоя выходных транзисторов, должен быть в пределах 50-70мА, корректируется подбором сопротивления R17. Если ток больше – сопротивление уменьшить, и наоборот. Контроль тока нужно произвести еще примерно через час работы усилителя – он не должен увеличиваться.
Теперь можно подключить АС и источник сигнала – усилитель готов для эксплуатации.
В качестве источника, например, выход CD плеера, с уровнем 0.775-1В.

На фото, собранный на макете усилитель для отслушивания, в корпус я его так и не оформил (это было в 2005году).

Звучание вполне ничего, но тренированное ухо отмечает некоторую зализанность самых верхних верхов, слегка рыхловатый низ, а вот голосовой диапазон или около того, звучит довольно приятно, тепло. Во время отслушки, использовалась АС ОЯ 160 литров, с парой динамиков 4А28 и 6ГД2 в каждой. Довольно, неплохо усилитель работает и на 10МАС1М, первых выпусков, с еще «недубевшей» резиной НЧ динамиков.
В усилитель, его базовую схему, можно внести некоторые изменения, которые позволят улучшить его ТТХ, одновременно желательно произвести отбор транзисторов. Работоспособность усилителя сохраняется до снижения напряжения питания 12-15В, можно ниже, но следует произвести подстройку симметрии и тока покоя. ТТХ усилителя при снижении питания будут, конечно же, хуже, упадет и выходная мощность. Транзисторы можно заменить на подобные серии МП, ГТ404В ,Г, 402Ж,И. П214 лучше всего с буквой А, но можно и другие, возможно так же применение и П215 ,16,17, но звучание будет несколько хуже, особенно на ВЧ. Можно применить и транзисторы серий П213, и даже П201, 202, тогда напряжение питания следует снизить до 27-30В. Примененный транзистор МП37Б работает на пределе по Uк-э макс, но отказов или пробоя у меня не было.

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.

От некоторых своих знакомых я слышал неплохие отзывы о звучании УНЧ на германиевых транзисторах. И решил собрать обычную классическую схему на комплементарных германиевых транзисторах ГТ703/705. На раскачку – каскад СРПП на 6Н30П для получения возможно более низкого выходного сопротивления.

Схема следуюшая:

Резистором VR2 устанавливается ноль на выходе, резистором VR1 – ток покоя выходных транзисторов. Стабилитроны нужны для предотвращения появления опасного для транзисторов напряжения между этажами СРПП в случае выхода из строя одной из половинок ламп. Предварительное прослушивание макета показало очень неплохое звучание, максимальная синусоидальная мощность – 8 Ватт, полоса на уровне минус 1 дБ от 20 Гц до 80 кГц. Чувствительность – 0,6 вольта. Макет играл минут 10 на максимальной громкости (сколько держали уши) и радиаторы выходных транзисторов даже не нагрелись до 50 градусов, увеличился только ток покоя от начальных 40 мА до 100. Блок питания:

Для дальнейших эксперимантов был собран макет в стерео варианте. Первые тесты были сделаны без сетвого фильтра. Добавление этого элемента вернуло ясность звучания, присущую ламповым усилителям. В общем, конечно, это не 2А3, но учитывая просто подкупающую простоту конструкции, звучание очень и очень достойное. По общему впечатлению – типично триодное, то есть чистое, детальное, точное, но поэтому и несколько малоэмоциональное и простоватое. Трудно сказать, является причиной этому ламповая или транзисторная часть схемы, или схема сама по себе – это покажут дальнейшие опыты – они безусловно будут продолжены.

И в заключение – пара картинок как это выглядит:

Дополнено 21 февраля 2013 года. Видимо, можно питание выходного каскада сделать на LM7812 и LM7912, установленных на радиатор.