Транзистор германиевый – Схемы усилителей мощности на германиевых транзисторах. Секреты звучания забытых германиевых УНЧ.

Содержание

обзор, характеристики, отзывы. Самые музыкальные транзисторы

Германиевые транзисторы переживали период своего расцвета в течение первого десятилетия полупроводниковой электроники, прежде чем их широко заменили кремниевые устройства сверхвысокой частоты. В данной статье обсудим, почему первый тип транзисторов до сих пор в музыкальной отрасли считается важным элементом и обладает высокой значимостью для ценителей хорошего звука.

Зарождение элемента

Германий был обнаружен Клеменсом и Винклером в немецком городе Фрайберг в 1886 году. Существование этого элемента предсказывал Менделеев, установив заранее его атомный вес, равный 71, и плотность 5,5 г/см3.

В начале осени 1885 года шахтер, работавший на серебряном руднике Химмельсфюрст близ Фрайберга, наткнулся на необычную руду. Она была передана Альбину Вейсбаху из близлежащей Горной академии, который подтвердил, что это новый минерал. Он в свою очередь попросил своего коллегу Винклера проанализировать добычу. Винклер обнаружил, что в составе найденного химического элемента находится 75 % серебра, 18 % серы, состав остального 7 %-ного объема находки ученый определить не смог.

К февралю 1886 года он понял, что это новый металлоподобный элемент. Когда были протестированы его свойства, стало ясно, что это недостающий элемент в таблице Менделеева, который располагается ниже кремния. Минерал, из которого он произошел, известен как аргиродит – Ag 8 GeS 6. Спустя несколько десятилетий этот элемент будет выступать основой германиевых транзисторов для звука.

Германий

Куча деталей

В конце XIX века германий был впервые выделен и идентифицирован немецким химиком Клеменсом Винклером. Этот материал, названный в честь родины Винклера, долгое время считался малопроводящим металлом. Это утверждение было пересмотрено в период Второй мировой войны, так как именно тогда были обнаружены полупроводниковые свойства германия. Приборы, состоящие из германия, широко распространились в послевоенные годы. В это время нужно было удовлетворить потребность в производстве германиевых транзисторов и подобных устройств. Так, производство германия в США выросло с нескольких сотен килограммов в 1946 году до 45 тонн к 1960 году.

Хроника

История создания транзисторов начинается в 1947 году с компании Bell Laboratories, располагающейся в Нью-Джерси. В процессе участвовали трое блестящих американских физиков: Джон Бардин (1908–1991), Уолтер Браттэйн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США, но то, что они на самом деле изобрели, оказалось гораздо интереснее.

Бардин и Браттэйн соорудили первый транзистор во вторник 16 декабря 1947 года. Он известен как транзистор с точечным контактом. Шокли много работал над проектом, поэтому неудивительно, что он был взволнован и рассержен тем, что его отклонили. В скором времени он в одиночку сформировал теорию переходного транзистора. Это устройство по многим параметрам превосходит транзистор с точечным контактом.

Зарождение нового мира

энергосберегающий транзистор

В то время как Бардин бросил Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил изучение германиевых транзисторов и сверхпроводников в Иллинойском университете), Браттэйн поработал еще некоторое время, а после ушел в педагогику. Шокли основал свою собственную компанию по производству транзисторов и создал уникальное место — Силиконовую долину. Это процветающий район в Калифорнии вокруг Пало-Альто, где находятся крупные корпорации электроники. Двое из его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, основали компанию Intel — крупнейшего в мире производителя микросхем.

Бардин, Браттэйн и Шокли ненадолго воссоединились в 1956 году: за свое открытие они получили высшую в мире научную награду — Нобелевскую премию по физике.

Патентное право

Оригинальный дизайн транзистора с точечным контактом изложен в патенте США Джона Бардина и Уолтера Браттэйна, зарегистрированном в июне 1948 года (примерно через шесть месяцев после первоначального открытия). Патент выдан 3 октября 1950 года. Простой PN-транзистор обладал тонким верхним слоем германия P-типа (желтый) и нижним слоем германия N-типа (оранжевый). Германиевые транзисторы имели три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый).

Простыми словами

Градация транзисторов

Принцип работы усилителя звука на транзисторах станет понятнее, если мы проведем аналогию с принципом работы водопроводного крана: излучатель — это трубопровод, а коллектор — кран. Данное сравнение помогает объяснить, как работает транзистор.

Представим, что транзистор – это водопроводный кран. Электрический ток действует, как вода. Транзистор имеет три контакта: основание, коллектор и эмиттер. Основание работает как ручка крана, коллектор — как вода, подающаяся в кран, а излучатель — как отверстие, из которого вода вытекает. Слегка поворачивая ручку крана, можно сдерживать мощный поток воды. Если слегка повернуть ручку крана, тогда скорость потока воды значительно увеличится. Если полностью закрыть ручку крана, то вода не будет течь. Если повернуть ручку полностью, то вода будет литься намного быстрее.

Принцип действия

Руководство выбора

Как говорилось ранее, германиевые транзисторы – схемы,у которых в основе три контакта: эмиттер (E), коллектор (C) и основание (B). База контролирует ток от коллектора к эмиттеру. Ток, который течет от коллектора к эмиттеру, пропорционален току базы. Ток эмиттера, или базовый ток равняется hFE. Данная установка использует резистор коллектора (RI). Если ток Ic протекает через RI, на этом резисторе будет сформировано напряжение, которое равно произведению Ic x RI. Это означает, что напряжение на транзисторе равно: E2 — (RI x Ic). Ic приблизительно равен Ie, поэтому, если IE = hFE x IB, то Ic также равен hFE x IB. Следовательно, после проведенной замены напряжение на транзисторах (E) составляет E2 (RI x le x hFE).

Функции

Усилитель звука на транзисторах построен на функциях усиления и коммутации. Если рассматривать в качестве примера радио, то сигналы, которые радио получает из атмосферы, чрезвычайно слабы. Радио усиливает эти сигналы через выход динамика. Это функция «усиления». Так, например, германиевый транзистор гт806 предназначен для использования в импульсных устройствах, преобразователях и стабилизаторах тока и напряжения.

Для аналогового радио простое усиление сигнала заставит динамики воспроизводить звук. Однако для цифровых устройств форму входного сигнала необходимо изменить. Для цифрового устройства, такого как компьютер или MP3-плеер, транзистор должен переключать состояние сигнала в 0 или 1. Это «функция переключения»

Можно найти более сложные компоненты, называющиеся транзисторами. Речь об интегральных микросхемах, изготовленных из жидкостной кремниевой инфильтрации.

Советская «силиконовая долина»

Внутреннее строение

В советское время, в начале 60-х годов, город Зеленоград стал плацдармом для организации в нем Центра микроэлектроники. Советский инженер Щиголь Ф. А. разрабатывает транзистор 2Т312 и его аналог 2Т319, который в последующем стал главным компонентом гибридных цепей. Именно этот человек заложил основу для выпуска в СССР германиевых транзисторов.

В 1964 году завод «Ангстрем» на базе Научно-исследовательского института точных технологий создал первую интегральную микросхему IC-Path с 20 элементами на кристалле, выполняющую задачу совокупности транзисторов с резистивными соединениями. В это же время появилась другая технология: были запущены первые плоские транзисторы «Плоскость».

В 1966 году в Пульсарском научно-исследовательском институте начала действовать первая экспериментальная станция по производству плоских интегральных микросхем. В NIIME группа доктора Валиева начала производство линейных резисторов с логическими интегральными схемами.

В 1968 году Исследовательский институт Пульсар произвел первую часть тонкопленочных гибридных ИС с плоскими транзисторами с открытой рамой типов KD910, KD911, KT318, которые предназначены для связи, телевидения, радиовещания.

Линейные транзисторы с цифровыми ИС массового использования (типа 155) были разработаны в Научно-исследовательском институте МЭ. В 1969 году советский физик Алферов Ж. И. открыл миру теорию по управлению электронными и световыми потоками в гетероструктурах на базе арсенид-галлиевой системы.

Прошлое против будущего

В основе первых серийных транзисторов находился германий. P-тип и N-тип германия были соединены вместе, образуя переходный транзистор.

Американская компания Fairchild Semiconductor в 1960-х годах изобрела планарный процесс. Здесь для производства транзисторов с улучшенными воспроизводимыми характеристиками в промышленном масштабе использовался кремний и фотолитография. Это привело к идее интегральных схем.

Существенные различия между германиевыми и кремниевыми транзисторами заключаются в следующем:

  • кремниевые транзисторы намного дешевле;
  • кремниевый транзистор имеет пороговое напряжение 0,7 В, в то время как германий – 0,3 В;
  • кремний выдерживает температуры около 200 ° C, германий – 85 ° C;
  • ток утечки кремния измеряется в нА, для германия – в мА;
  • PIV Si больше по сравнению с Ge;
  • Ge может обнаружить небольшие изменения в сигналах, следовательно, они являются самыми «музыкальными» транзисторами из-за высокой чувствительности.

Аудио

Музыкальный транзистор

Для получения качественного звука на аналоговом аудиооборудовании нужно определиться. Что выбрать: современные интегральные схемы (ИС) или УНЧ на германиевых транзисторах?

В первые дни появления транзисторов ученые и инженеры спорили относительно материала, который будет лежать в основе работы устройств. Среди элементов периодической таблицы одни являются проводниками, другие – изоляторами. Но у некоторых элементов есть интересное свойство, позволяющее им называться полупроводниками. Кремний является полупроводником и используется почти во всех транзисторах и интегральных схемах, изготовленных сегодня.

Но до того, как кремний стал использоваться в качестве подходящего материала для изготовления транзистора, его заменял германий. Преимущество кремния по сравнению с германием объяснялось в основном более высоким коэффициентом усиления, который мог быть достигнут.

Хотя германиевые транзисторы разных производителей часто обладают отличными друг от друга характеристиками, считается, что некоторые типы дают теплый, насыщенный и динамичный звук. Звуки могут варьироваться от хрустящих и неровных до приглушенных и ровных с промежуточными между ними. Несомненно, подобный транзистор заслуживает дальнейшего изучения как усилительного устройства.

Советы к действию

Элемент педалей

Скупка радиодеталей – процесс, при котором можно найти все необходимое для своих работ. Что же говорят специалисты?

По мнению многих радиолюбителей и ценителей качественного звука, самыми музыкальными транзисторами признаны серии П605, КТ602, КТ908.

Для стабилизаторов лучше использовать серии AD148, AD162 марок Siemens, Philips, Telefunken.

Судя по отзывам наиболее мощный из германиевых транзисторов – ГТ806, он выигрывает по сравнению с серией П605, однако по частоте тембра предпочтение лучше отдать последним. Стоит обратить внимание на тип КТ851 и КТ850, а также полевой транзистор КП904.

Не советуют использовать типы П210 и ASY21, так как на деле они обладают плохими звуковыми характеристиками.

Гитары

Элемент педалей

Хотя германиевые транзисторы разных марок отличаются характеристиками все они могут быть использованы для создания динамичного, более насыщенного и приятного звука. Они могут помочь изменить звучание гитары в широком диапазоне тонов, включая интенсивные, приглушенные, резкие, более ровные или их комбинацию. В некоторых устройствах они широко используются для придания гитарной музыке великолепного игрового, чрезвычайно ощутимого и мягкого звучания.

Какой существенный недостаток есть у германиевых транзисторов? Конечно же, их непредсказуемое поведение. По словам экспертов, нужно будет провести грандиозную скупку радиодеталей, то есть приобрести сотни транзисторов, чтобы после многократного тестирования найти подходящую для себя. Этот недостаток был выявлен инженером студии и музыкантом Закари Вексом во время поисков старинных блоков для звуковых эффектов.

Векс начал создавать блоки эффектов для гитар Fuzz, чтобы сделать звук гитарной музыки чистым, соединив в определенном соотношении оригинальные блоки Fuzz. Он использовал эти транзисторы, не проверяя их потенциала, чтобы получить лучшую комбинацию, опираясь исключительно на удачу. В итоге он был вынужден отказаться от некоторых транзисторов из-за их неподходящего звучания и стал производить хорошие блоки Fuzz с германиевыми транзисторами на своем заводе.

Усилитель на германиевых транзисторах

Усилитель на германиевых транзисторах
Как известно, первые транзисторы, которые пришли на смену радиолампам, были именно германиевыми. Их изобретение сыграло большую роль в развитии электроники, позволив сделать электронные устройства более функциональными, экономичными и малогабаритными. Однако эпоха германиевых транзисторов длилась недолго – в скором времени их заменили более совершенные кремниевые. Несмотря на это, германиевых транзисторов было выпущено огромное количество, и даже сейчас, спустя пол века, они не являются большой редкостью.
Существует мнение, что звучание усилителя, построенного целиком на германиевых транзисторах обладает особым окрасом, близким к «тёплому ламповому» звуку. Именно это делает германиевые транзисторы такими популярными в среде радиолюбителей в последнее время. Послушать собственными ушами звук подобного усилителя можно, если собрать весьма несложную схему, приведённую ниже.

Схема усилителя


Усилитель на германиевых транзисторах
Схема состоит из 5-ти германиевых транзисторов и небольшой горстки остальных деталей. Ниже приведены несколько вариантов транзисторов для данной схемы.
  • Т1 – МП39, МП14, МП41, МП42 (PNP)
  • Т2, Т4 – П217, П213, П210, П605, ГТ403 (PNP)
  • Т3 – МП38, МП35, МП36 (NPN)
  • Т4 – МП39, МП14, МП41, МП42 (PNP)

Подойдут также любые другие аналогичные транзисторы, наиболее предпочтительными будут малошумящие. Следует обратить внимание, что в выходном каскаде (Т2 и Т4) должны стоять одинаковые транзисторы, желательно подобрать их в пару по наиболее близкому коэффициенту усиления. Диод D1 – германиевый, например, Д9, Д18, Д311, от него зависит ток покоя усилителя. Все конденсаторы электролитические, на напряжение минимум 16 вольт. Напряжение питания схемы 9-12 вольт.
Печатная плата:

Усилитель на германиевых транзисторах

Сборка усилителя


Схема собирается на плате размером 40х50 мм, которую можно выполнить методом ЛУТ. Ниже представлены фотографии готовой залуженной платы.
Усилитель на германиевых транзисторах
Усилитель на германиевых транзисторах
Теперь можно приступать к установке деталей. В первую очередь на плату встают резисторы, после них более крупные конденсаторы и транзисторы. Следует учитывать, что германиевые транзисторы, в отличие от кремниевых, гораздо более чувствительны к перегреву.
Усилитель на германиевых транзисторах
Мощные выходные транзисторы нагреваются в процессе работы на большой громкости, поэтому их желательно установить на радиатор (если корпус транзистора предусматривает такую возможность) и вывести на плату проводами.
Усилитель на германиевых транзисторах
После установки на плату всех деталей остаётся припаять провода питания, источника сигнала и выхода на динамик. Завершающий этап сборки – смыть остатки флюса с платы, проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание.
Усилитель на германиевых транзисторах

Первое включение и настройка


Германиевый усилитель требует настройки тока покоя, которая задаётся диодом D1. Первым делом нужно подать на схему напряжение, включив в разрыв питающего провода амперметр. При отсутствии на входе сигнала схема должна потреблять примерно 20-50 мА. Чем больше ток покоя, тем больше нагрев выходных транзисторов, однако это положительно сказывается на качестве звучания. Если ток покоя слишком мал, звук становится неразборчивым, появляется скрежет и хрипота. Ток можно увеличить, добавив ещё один или несколько диодов последовательно с D1. В моём случае для получения приемлемого качества звучания пришлось добавить два дополнительных диода.
Подобные схемы усилителей на германиевых транзисторах широко использовались в старинных проигрывателях, магнитофонах, радиоприёмниках, поэтому она обязательно придётся по душе всем любителям старины. Выходная мощность составляет примерно 5-10 ватт при наличии радиатора, поэтому усилителя с головой хватит для озвучивания целой комнаты. Удачной сборки!

Смотрите видео


Самые музыкальные транзисторы п605 усилителя на германиевых транзисторах германий

Самые музыкальные транзисторы

 

Аббас = Для себя отобрал:

 

  • П605, КТ602 и КТ908 по совету Сергея Рубцова.
  • Экспериментирую с ГТ402-402 по совету Георгия62.
  • В стабилизаторах активно применяю AD148, AD162 siemens, philips, telefunken.
  • Лежат без дела ASY21.
  • П210 забраковал давно и навсегда.
  • Очень хорошо по памяти играли КТ850 и КТ851, даже собираюсь их применить.
  • Германиевый мощный ГТ806 сравнивал с П605, в динамике выигрывают ГТ806, а в красоте тембров П605.
  • Из полевых транзисторов однозначно хорошо играли КП904 (Андронников их использует в каком-то усилителе).

 

Есть еще много хороших транзисторов, которые мне советовали, но до которых не дошли руки.

 

Хочу услышать мнения насчет перспектив транзисторов

 

George62 = Мой список германиевых транзисторов: П605, ГТ402-403-404. Есть ГТ905/906, ГТ806 и 1Т813. Последние четыре толком не пробовал. Сейчас делаю апгрейд выхода топового ЦАП -а. Выбор пал, несмотря на неудобство монтажа (пришлось делать на заказ радиатор) на П605. Есть буржуазный германий, пока не пробовал. Полевые: BSP129, КПС104, КП901, КП902, КП904. Кремний: тут у меня однозначности нет. По поводу КТ602, я пробовал его в нескольких местах. Нигде он мне не понравился, резковатый такой звук, может чем надо было уравновешивать и разбавлять, но замена оказалась предпочтительней.

 

Аббас = Я недавно слушал германиевый транзистор МП10а и кремниевый П101 в преобразователе ток напряжение. П101а завода «Светлана», 1960 года выпуска со звездой на макушке — звучит приятно, музыкально, но глуховато, края диапазона провалены. Возраст не победил плохую технологию, говорят в те годы выпуск годных транзисторов составлял 20%. Германиевый МП10а гораздо лучше – играет мягко, деликатно и достаточно ясно. С КТ602 звук Хай-Энднее, в скрипке больше металла и блеска, в голосе давления, пространство глубже, резче очерчены границы. Но, в принципе, оба варианта можно привести к нужному результату, использовав сильные стороны транзисторов. У МП10 есть некоторая «зашумленность» звучания, особенно заметная на оцифровках шеллака. На очереди еще несколько десятков кандидатов.

 

RSD = кт602 даёт ясность, которая может быть вредна для конкретного изделия по ряду причин. Если она лишняя вдруг, то замутить и закрасить можно всегда, а если нет ясности в отдельной радиодетали, то её уж неоткуда будет взять. Германиевые П605-609 тоже достаточно ясные. Все они при ясности не отдают искусственностью и синтетикой, в этом их главный плюс. А вот всякие там мп10 не уверен, технологии раньше были не очень, поэтому вряд ли. Если уж западные германиевые транзисторы из тех, что мне попадался, сплошь — мутное дерьмо. Но тут остаётся одно — рыть и надеяться на чудо. ГТ308 — подобные ещё вот может… (сам не слушал).

George62 = Мне вот, в первую очередь последнее импонирует, насчет искусственности, и особенно синтетики. Желательности их полного отсутствия. С германиевым транзистором П605 — полностью согласен, П609 только хочу попробовать, хотя уже и заявляют, что это не то. С транзистором КТ602 — не спорю, что и ясность, но есть у него и резковатость. Все же замена его на германий оказалась, для меня благоприятней. Германиевый транзистор МП10 именно с буквой А, я применил в одном из ранних изделий. Оно до сих пор трудится у клиента, и все попытки заменить его на что-то другое, закончились провалом. Да, он слышит, что новые изделия в чем-то превосходят его, но я его понимаю, свое очарование в том ДАК -е есть. Слушает он, в основном оперу. Кстати, и другие германиевые транзисторы серии МП, как бы и не были незатейливы с виду, имеют свои интересные моменты.

 

Аббас = Отслушал кремниевые П701 и МП111 в преобразователе ток напряжение. Первый дает «кашу» во всем диапазоне. Второй транзистор порадовал, играет на удивление хорошо, только чуть взрывной динамики и объема не хватает. А так все есть — и ясность, и ровность, и красочные тембры. Как вариант для недорогих ДАК -ов, очень даже ничего, ибо чую, скоро все кт602 на золото сдадут и все равно придется искать замену.

 

YaKoFF = Я предпочитаю Hitachi самые музыкальные, и в питании, и усилителе. Первые особенно:

 

  • 2SC2855 -2sa1190
  • 2sc1775 -2SA872
  • 2sd756 -2sb716
  • 2SB646 -2sd666
  • 2SB647 -2sd667
  • 2SB648 -2sd668
  • 2SB649 -2SD669

 

Винтажные аппараты на германии

 

Леонид = По сложностям со спиной от габаритных изделий, все чаще встречаю 2х-3х корпусные изделия где 30-45 кг общего веса легко дробятся по 10-15 кг на корпус и плевать на лишние 2-3 пары проводов в системе, зато потом в стойке удобнее жить с такими компонентами. Кроме того, я лично с нетерпением жду когда кто-то первый откроет серию гибридных или полностью германиевых изделий (имею в виду предусилитель или фоно-корректор). Если с усилителями мощности на германии есть определенные проблемы (перегрев и 5-6 Вт мощности там быстро теряют контроль над басовыми динамиками без серьезных вложений в питание с большим запасом), то компактные и музыкальные предварительные усилители или корректоры вроде Uher CV 140… просто с первых аккордов подкупают густым телесным звучанием. На что способны будут такие «коробочки» с навесным монтажом и подбором деталей музыкальных, даже представить не могу.

До сих пор храню остатки коллекции германиевых усилителей / ресиверов, потому что уже когда-то слышал, как вкусно их начинка начинает петь если купировать все лишнее (оставляли буквально по 2-3 транзистора на канал в предусилителе и по паре выходных на радиаторе вешали) приладить блок питания с запасом по мощности хотя бы в 5-10 раз… Особенно Tfk и B&O выделялись неповторимым характером / подачей. А самая динамичная и драйвовая версия усилителя мощности на германии у меня была на основе пожилого Fergusson (этот мог резануть ухо не комфортной нотой или нарастанием звука в Форте).

С нетерпением буду ждать премьеры идеи готовых SE на 45-ках, еще бы добавить в линейку варианты по мощнее на F2a или те же 5 Вт на германии… И конец на пару лет рынку HI-END монстров.

Пока из того что удалось послушать готового на германиевых транзисторах, самыми музыкальными были именно небольшой мощности компоненты (около 5-6 Вт). По наблюдениям, варианты на комплементарных парах в выходе — звучали немного живее / разнообразнее. Возможно, как раз — нужные мне 2-3 Вт мощности были самой серединой запаса тех усилителей, комфортного как крейсерская скорость автомобиля. Фергюссон имел уже 8-10 Вт мощности и с ним сложнее было поймать оптимальную громкость между комфортным полноценным звуком и криком (играть тихо он умел плохо). Был опыт прослушивания и более мощных усилителей по 12- 15 — 20 Вт от Грюндик или других производителей на огромных с медный пятак, металлических транзисторах «моторолла «, «альтек» и т. д. К сожалению шарм и обаяние германия в самых мощных изделиях почти не прослушивался — это были всего лишь относительно маломощные усилители — в них сплошные минусы ограничений, связанных с германием.

По-моему, у меня на полках еще остались (как раз на комплементарных парах) компактные ресиверы Beomaster 900 от B&O и совсем не раскрученный «Нордменде» с транзисторами под лого «Telefunken».

 

(… Аббас, если вам интересно будет их препарировать / изучить и возможно собрать на этой основе что-то особенное, я готов доверить их судьбу мастеру (без привязки к срокам и вообще, каких либо, обязательств на случай неудачи)! Вам нужно будет только объяснить мне как оптимально их переслать — если мое предложение покажется интересным…)

 

Из обрывков информации по германиевым усилителям / ресиверам я понял, что изделия на комплементарных парах считались классом выше — они гораздо реже встречаются (видимо при производстве с ними больше было вложений и возни) ну и в случае необходимости ремонта на выход там уже не воткнешь что попало.

Любопытно, что — имея одновременно более десятка разных усилителей на германиевых транзисторах, я внятно слышал очень большую разницу в их звучании и характере. Если мощные транзисторные усилители звучать по-разному в нюансах и деталях, ты вслушиваешься в их подачу и замечаешь различия. Германиевые же, даже серийные изделия разительно отличались между собой — вернее сказать лучшие из них, выделяются очень эмоциональной подачей. Они буквально берут за горло и как благовония или какие-нибудь ароматические палочки, и тут же погружают тебя в другое по энергетике пространство (особенно на интересных по исполнению записях это слышно и на любой музыке из другой эпохи — полное погружение). Как знать, возможно в сочетании с хорошим предварительным усилителем на лампах — такой симбиоз даст результат не хуже, а в чем-то и лучше даже по сравнению с дорогими и легендарными лампами.

В свое время мне именно на германиевом усилителе было удобнее всего отслушивать сочетания проводников для разных кабелей — возможно это не случайность. Так же я заметил, что кроме повышенной чувствительности к свойствам проводки, эти изделия чрезвычайно зависимы от качества всего блока питания. Например, в B&O самых ранних версий (у меня такой) использовали в питании большой селеновый мост от Siemens. Я дважды в жизни натыкался на «улучшателей технарей», которые начинали бездумно менять конденсаторы в схеме и звучание становилось только — хуже. Когда меняли это диодный мост на «качественный современный «, звук деградировал еще сильнее. У меня один такой запасной где-то был припасен для проекта усилителя на когда-нибудь.

 

(… В общем, думаю вы Аббас, как никто другой осилите эту тему и сможете раскрыть немалый потенциал этих вымирающих усилителей (прекрасных как драконы или единороги). Что-то мне подсказывает что не случайно в начале 60-х именно германий по сути вытеснил лампу из массовых изделий и убедительно показал, что в транзисторе тоже есть звук. Тот период в 5-7 лет пока производители выпускали усилители на германиевых транзисторах, стал переходным периодом или «сладкой оболочкой » горькой внутри пилюли. Горькую пилюлю предстояло распробовать в следующие десятилетия с началом безумной гонки за количество транзисторов в изделии под гордой вывеской «Solid State». Заразительная погоня за мощностью в связке с все более тупыми по чувствительности и материалам динамиками, превратила попытку создать систему с характером дикого мустанга — в тупиковый » тяни-толкай»…)

 

Александр Михайлов = В наших ЦАП -ах с успехом в стабилизаторах цифровой части трудятся кт603, кт608, где не большой ток потребления, а также кт972, кт973 (комплементарная пара). В преобразователе I/U хорошо показали себя кт604. Они похожи на кт602, но при этом ещё имеют полностью позолоченное основание и позолоченные выводы.

 

Аббас = Я пробовал ГТ402 и ГТ404 на звук, мне больше понравились их аналоги от Siemens в корпусах «кубиках» АС174. В этих транзисторах, и даже в Siemens, есть какая-то специфическая «рыхлость», как будто звук обложили ватой. Пока не знаю, как ее преодолеть, в общем отложил в сторону. Может режимы были неудачные, но в преобразователе ток напряжение пока лучше кремний играет, хорошо показали себя МП111. За КТ608 и КТ604 спасибо, поищу попробую. Усилитель Жана я видел, но межкаскадный трансформатор, по-моему, все таки лучше на лампу ставить.

 

Las-piter = Мне очень понравилось звучание усилителя на германиевых ГТ402, Гт404. Из них можно выжать 3 — 4 Вт, установив на радиатор. Сначала я сделал усилитель на 4-х транзисторах (2 предварительных каскада и комплементарный выходной) с небольшой обратной связью. Но потом выкинул первый каскад, убрал обратную связь и усилитель запел очень прилично. Особенно, когда я все резисторы сделал графитовыми на деревянных болванках, а с электролитов снял удушающую звук внешнюю полиэтиленовую пленку и поставил германиевый однополупериодный выпрямитель в минус питания. Трансформатор с картонной катушкой, пропитанной прополисом конечно, тоже желателен для улучшения свободы звучания. ГТ-806, ГТ-703, ГТ-704 на мой взгляд играют относительно грубо. Я уже не говорю об ужасных П201 — П216 и П4. П605 — П608 заметно музыкальней, но гт402 — 404, на мой взгляд, лучшие отечественные германиевые транзисторы для звука. Хотя мощности чуть-чуть не хватает. Из зарубежных пробовал несколько старых германиевых транзисторов фирмы Sanyo, но ни один из них не обыграл гт402 — 404.

 

Ссылки по теме:

 

Германий может заменить кремний в транзисторах и вывести их на новый уровень / Habr


В качестве демонстрации работоспособности концепции автор с командой создали подложки из германия на изоляторе, для создания инвертеров, содержащих сначала планарные транзисторы, а затем и FinFET-транзисторы

Почти 70 лет назад два физика из Телефонной лаборатории Белла – Джон Бардин и Уолтер Брэттейн [John Bardeen and Walter Brattain] – впрессовали два тонких золотых контакта в пластину из германия, и сделали третий контакт снизу пластины. Ток, проходивший через эту конструкцию, можно было использовать для превращения слабого сигнала в сильный. В результате появился первый транзистор – усилитель и переключатель, который, возможно, стал величайшим изобретением 20-го века. Благодаря закону Мура, транзистор развил компьютеры далеко за пределы того, что казалось возможным в 1950-е.

Несмотря на звёздную роль германия в ранней истории транзисторов, его вскоре заменили кремнием. Но сейчас, что удивительно, этот материал готов вернуться. Лидеры в производстве чипов раздумывают над заменой компонентов в самом сердце транзистора – токопроводящем канале. Идея в том, чтобы заменить кремний материалом, способным лучше проводить ток. Создание транзисторов с такими каналами может помочь инженерам продолжать улучшать показатели контуров по скорости и энергоэффективности, что будет означать появление улучшенных компьютеров, смартфонов, и множества других гаджетов в последующие годы.

Долгое время интерес к альтернативным каналам вращался вокруг соединений AIIIBV, таких, как арсенид галлия, состоящих из атомов, находящихся слева и справа от кремния в таблице Менделеева. И я участвовал в том исследовании. Восемь лет назад я написал статью для этого журнала, обозначив прогресс, сделанный в построении транзисторов на таких соединениях.


Два транзистора в инвертере на основе FinFET содержат плавниковые каналы, выделяющиеся из плоскости подложки (вверху – розовые каналы, внизу – скошенный вид на ещё один набор). Расстояния между «плавниками» вверху – десятки нанометров.

Но в результате мы обнаружили, что у подхода с AIIIBV существуют фундаментальные физические ограничения. А также он, скорее всего, был бы слишком дорогим и сложным для интеграции с существующей кремниевой технологией. Так что несколько лет назад моя команда в Университете Пердью начала эксперименты с другим устройством: с транзистором, канал которого выполнен из германия. С тех пор мы продемонстрировали первые контуры КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) [CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor]. Примерно та же логика, что находится внутри современных компьютеров, только изготовленная из германия, выращенного на обычных кремниевых подложках. Мы также создали ряд различных транзисторных архитектур из этого материала. В них входят устройства из нанопроволоки, которые могут стать следующим шагом производства, когда сегодняшние лучшие транзисторы, FinFET, уже нельзя будет дальше уменьшать.

И что ещё интереснее, оказывается, что возвращать германий в работу не так сложно, как это кажется. Транзисторы, использующие комбинацию кремния и германия в канале, уже можно найти в новых чипах, и они впервые появились в 2015 году, в демонстрации будущих технологий изготовления чипов от IBM. Эти разработки могут стать первым шагом индустрии, стремящейся внедрять всё большие доли германия в каналы. Через несколько лет мы можем столкнуться с тем, что материал, подаривший нам транзисторы, помог перенести их в следующую эпоху выдающегося быстродействия.

Германий впервые изолировал и открыл немецкий химик Клеменс Уинклер в конце XIX века. Материал был назван в честь родины учёного, и всегда считался плохо проводящим ток. Это изменилось во время Второй Мировой войны, когда были открыты полупроводниковые свойства германия – то есть, возможность переключения между проведением и блокированием тока. В послевоенные годы быстро развивались полупроводниковые устройства на германии. В США производство, отвечая на запросы рынка, возросло от нескольких сотен фунтов в 1946 до 45 тонн к 1960-му году. Но кремний выиграл; он стал популярным материалом для микросхем логики и памяти.

И для доминирования кремния есть веские причины. Во-первых, его больше, и он дешевле. У кремния более широкая запрещённая зона, энергетический барьер, который нужно преодолеть для создания проводимости. Чем больше эта зона, тем сложнее току просочиться через устройство в ненужный момент и зря потратить энергию. В качестве бонуса у кремния и теплопроводность была лучше, что позволяло легче отводить тепло, чтобы контуры не перегревались.

Учитывая все преимущества, естественно заинтересоваться – зачем бы нам вообще раздумывать над возвращением германия в канал. Ответ – мобильность. Электроны в германии при комнатной температуре двигаются почти в три раза охотнее, чем в кремнии. А дырки – отсутствие электрона в материале, рассматриваемое, как положительный заряд – двигаются почти в четыре раза охотнее.


Девятиступенчатый кольцевой КМОП-осциллятор, представленный в 2015 году

То, что в германии электроны и дырки такие мобильные, делает его удобным кандидатом для КМОП-контуров. КМОП сочетает два разных типа транзисторов: p-канальные FET (pFET), канал которых содержит избыток свободных дырок, и n-канальные FET (nFET), у которых есть избыток электронов. Чем быстрее они двигаются, тем быстрее работают контуры. А уменьшение напряжения, требуемого для их передвижения, означает и уменьшение энергопотребления.

Конечно, германий – не единственный материал с такой мобильностью частиц. Упомянутые ранее составы AIIIBV, материалы, такие, как арсенид индия и арсенид галлия, также могут похвастаться высокой подвижностью электронов. Электроны в арсениде индия почти в 30 раз подвижнее, чем в кремнии. Но проблема в том, что это свойство не распространяется на дырки – они не сильно подвижнее тех, что есть в кремнии. И это ограничение приводит к невозможности создания высокоскоростных pFET, а отсутствие скоростных pFET сводит на нет получение быстрых КМОП-контуров, поскольку они не могут работать с очень большой разницей в скоростях работы nFETs и pFETs.

Один из вариантов решения – взять от каждого материала лучшее. Исследователи во многих лабораториях, например, Европейской организации по исследованию полупроводников Imec и Цюрихской лаборатории IBM, показали способы создания контуров, у которых каналы nFET сделаны из составов AIIIBV, а pFET – из германия. И хотя эта технология может позволить создавать очень быстрые контуры, она сильно усложняет производство.

Поэтому нам больше нравится простой подход с германием. Германиевые каналы должны увеличить быстродействие, а проблемы производства будут не такими серьёзными.

Как дела у германия


Свойство Кремний (Si) Германий (Ge) Арсенид галлия (GaAs) Арсенид индия (InAs) Единицы
Запрещённая зона 1.12 0.66 1.42 0.35 eV
Подвижность электронов при 300 К 1,350 3,900 8,500 40,000 cm2/(V·s)
Подвижность дырок при 300 K 450 1,900 400 500 cm2/(V·s)
Максимальная возможная скорость электронов 1 0.6 2 3.5 x107 cm/s
Критическое электрическое поле 0.25 0.1 0.004 0.002 x106 V/cm
Теплопроводность 1.5 0.58 0.5 0.27 W/(cm·K)

Чтобы германий – или любой альтернативный материал – попал в производство, необходимо найти способ добавления его на кремниевые подложки, используемые в настоящее время для изготовления чипов. К счастью, существует множество способов нанести на кремниевую подложку германиевый слой, из которого потом можно сделать каналы. Использование тонкого слоя устраняет две ключевые проблемы германия – высокая по сравнению с кремнием стоимость, и относительно плохая теплопроводность.

Но чтобы заменить кремний в транзисторе, недостаточно просто впихнуть тонкий и высококачественный слой из германия. Канал должен безупречно работать с другими компонентами транзистора.

В вездесущих современных КМОП-чипах используются транзисторы на основе МОП (металл-оксид-полупроводник – МОП-транзистор; metal-oxide-semiconductor field effect transistor — MOSFET). У него есть четыре базовых части. Исток и сток – исходная и конечная точка перемещения тока; канал, соединяющий их; затвор, служащий клапаном, контролирующим наличие тока в канале.

В реальности в качественном транзисторе присутствуют и другие ингредиенты. Один из самых важных – изолятор затвора, предотвращающий короткое замыкание затвора и канала. Атомы в полупроводниках, таких, как кремний, германий и составы AIIIBV, расположены в трёх измерениях. Идеально плоскую поверхность изготовить нельзя, поэтому у атомов, находящихся вверху канала, будет несколько выпирающих связей. Вам необходимо изолятор, связывающий как можно больше этих связей, и этот процесс называется пассивацией, или поверхностной протравкой. В случае некачественного изготовления можно получить канал с «электрическими выбоинами», полный таких мест, где переносчики заряда могут временно задерживаться, что понижает их подвижность и, в результате, скорость работы устройства.


Слева: nFET из составов AIIIBV, и pFET из германия, кусочки обеих материалов выращены на кремниевой подложке с изоляцией.
Справа: оба транзистора выполнены из германия, связанного с подложкой.

К счастью, природа снабдила кремний естественным изолятором, хорошо совпадающим с его кристаллической структурой: диоксидом кремния (SiO2). И хотя в современных транзисторах встречаются более экзотические изоляторы, в них всё равно есть тонкий слой этого оксида, служащий для пассивации кремниевого канала. Поскольку кремний и SiO2 близки по структуре, хорошо изготовленный слой SiO2 связывает 99 999 из 100 000 свободных связей – а на квадратном сантиметре кремния их содержится примерно столько.

Арсенид галлия и другие составы AIIIBV не обладают естественным оксидами, а у германия он есть – поэтому, в теории, у него должен быть идеальный материал для пассивации канала. Проблема в том, что диоксид германия (GeO2) слабее, чем SiO2, и может поглощаться и растворяться водой, используемой для очистки подложек во время изготовления чипов. Что ещё хуже, процесс роста GeO2 сложно контролировать. Для идеального устройства требуется слой GeO2 в 1-2 нм толщиной, но в реальности сложнее сделать слой тоньше 20 нм.

Исследователи изучали разные альтернативы. Профессор из Стэнфорда, Кришна Сарасват [Krishna Saraswat], и его коллеги, подстегнувшие интерес к использованию германия в качестве альтернативного материала ещё в 2000-х, сначала изучали диоксид циркония, материал с высокой диэлектрической проницаемостью того типа, что используется сегодня в высокоскоростных транзисторах. На основе их работы группа из Imec в Бельгии изучили, что можно сделать со сверхтонким слоем кремния для улучшения интерфейса между германием и подобными материалами.

Но пассивация германия была серьёзно усовершенствована в 2011 году, когда команда профессора Шиничи Такаги [Shinichi Takagi] из Токийского университета продемонстрировала способ контроля роста германиевого изолятора. Сначала исследователи вырастили нанометровый слой ещё одного изолятора, оксида алюминия, на германиевом канале. После этого их разместили в кислородной камере. Часть кислорода прошла через слой оксида алюминия к находящемуся внизу германию, и смешалась с ним, сформировав тонкий слой оксида (соединение германия с кислородом, но технически не GeO2). Оксид алюминия не только помогает контролировать рост, но и служит защитным покрытием для менее стабильного слоя.


Нанопроводные каналы

Несколько лет назад, вдохновившись этим открытием и учитывая сложности создания pFET с каналами из AIIIBV, моя группа в Пердью начала исследовать способы создания транзисторов на германиевых каналах. Мы начали с использования подложек с германием на изоляторе, разработанных французским производителем Soitec. Это стандартные кремниевые подложки с изолирующим слоем, находящимся под 100 нм слоем германия.

С этими подложками можно создавать транзисторы, у которых все стандартные части – исток, канал и сток – сделаны из германия. Производителю транзисторов не обязательно следовать такой конструкции, но нам так было проще изучать основные свойства германиевых устройств.

Одним из первых препятствий стала борьба с сопротивлением между истоком и стоком транзистора и металлическими электродами, соединяющими их с внешним миром. Сопротивление возникает из-за естественного электронного барьера Шоттки, появляющегося в месте контакта металла и полупроводника. Кремниевые транзисторы без устали оптимизировали для минимизации этого барьера, так, чтобы переносчикам заряда было легко его преодолевать. Но в германиевом устройстве требуются хитрые инженерные решения. Благодаря нюансам электронной структуры дырки легко перемещаются из металла в германий, а вот электроны – не очень. Это значит, что у nFET, полагающихся на передвижения электронов, будет очень большое сопротивление, потери тепла и тока.

Стандартный способ сделать барьер тоньше – добавить больше легирующей примеси к истоку и стоку. Физика процесса сложна, но представить её можно так: больше атомов примеси привносят больше свободных зарядов. При изобилии свободных переносчиков заряда электрическое взаимодействие между металлическими электродами и полупроводниковыми истоком и стоком усиливается. Это и помогает усиливать туннельный эффект.

К сожалению, с германием такая технология работает хуже, чем с кремнием. Материал не выдерживает больших концентраций легирующих примесей. Но мы можем использовать те места, где плотность примесей максимальна.

Для этого воспользуемся тем, что в современные полупроводники примеси добавляются сверхвысокими электрическими полями, заталкивающими ионы в материал. Некоторые из этих атомов сразу останавливаются, иные же проникают глубже. В результате вы получите нормальное распределение: концентрация атомов примесей на некоторой глубине будет максимальной, а затем при перемещении вглубь или в обратном направлении будет уменьшаться. Если мы заглубим электроды истока и стока в полупроводник, мы можем поместить их в места наивысшей концентрации атомов примеси. Это кардинально уменьшает проблему сопротивления контактов.


Контакты погружаются на глубину максимальной концентрации атомов примесей

Вне зависимости от того, будут ли производители чипов использовать такой подход для уменьшения барьера Шоттки в германии, это полезная демонстрация его возможностей. В начале нашего исследования лучшее, что показывали германиевые nFET, это токи в 100 мкА на каждый мкм ширины. В 2014 году на симпозиуме VLSI Technology and Circuits на Гавайях мы сообщили о германиевых nFET, способных пропускать уже в 10 раз больше тока, что примерно сравнимо с кремнием. Через шесть месяцев мы продемонстрировали первые контуры, содержащие германиевые nFET и pFET, необходимое предварительное условие для изготовления современных логических микросхем.

С тех пор мы использовали германий для постройки более продвинутых транзисторов, таких, как FinFET – современный уровень техники. Мы даже делали нанопроводные транзисторы на германии, которые в ближайшие годы могут заменить FinFET.

Эти разработки потребуются для того, чтобы германий стали использовать в массовом производстве, поскольку с их помощью можно лучше контролировать канал транзистора. Благодаря небольшой запрещённой зоне германия, такой транзистор требует всего четверти энергии, необходимой для переключения в проводящее состояние кремниевого транзистора. Это открывает возможности для низкоэнергетической работы, но это же делает более вероятной и утечку тока в то время, когда он этого делать не должен. Устройство с лучшим контролем над каналом позволит изготовителям использовать малую запрещённую зону без компромиссов с быстродействием.

Мы взяли хороший старт, но у нас ещё есть работа. Например, необходимы дополнительные эксперименты с подложками, которые должны показать транзисторы с высококачественными германиевыми каналами. Также необходимо внести улучшения в дизайн для ускорения.

Конечно, германий – не единственный вариант для транзисторов будущего. Исследователи продолжают изучать составы AIIIBV, которые можно использовать как вместе с германием, так и обособленно. Количество возможных улучшений транзисторов огромно. В этот список входят транзисторы на углеродных нанотрубках, вертикально ориентированные переключатели, трёхмерные контуры, каналы из смеси германия и олова, транзисторы, основанные на принципе квантового туннелирования.

В ближайшие годы, возможно, мы адаптируем какие-то из перечисленных технологий. Но добавление германия – даже в смеси с кремнием – это решение, которое позволит производителям продолжать улучшение транзисторов уже в ближайшем будущем. Германий, изначальный материал эры полупроводников, может стать панацеей её следующего десятилетия.

Германиевый усилитель мощности — чистый ламповый звук высокого качества


Германиевый усилитель мощности-2Германиевый усилитель мощности-2

Германиевый усилитель мощности

Германиевый усилитель мощности — 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

Германиевый усилитель мощности-3Германиевый усилитель мощности-3
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

Германиевый усилитель мощности-4Германиевый усилитель мощности-4
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.

Схемы усилителей мощности на германиевых транзисторах. Секреты звучания забытых германиевых УНЧ.

Эх, жалко пацанов — королевство маловато, разгуляться негде!
Ни ламповых тебе однотактников, ни гераниевых раритетов… Что ещё остаётся пытливому уму неоперившегося меломана?
Разве что брейкануть под японское хокку, да кайфануть для большего эффекта под уханье бумбокса.

«Кремний — всему голова» — крикнут яростные члены на форумных дебатах.
«Не надо впаривать нам этот шняга-силикатный экстракт» — вторят им другие, «для начала послушайте своими руками, а потом делайте свои тупоголовые выводы».

На самом деле, слушать надо!
Перелопатить определённое количество разномастной усилительной аппаратуры — тоже надо.
Не обязательно быть музыкантом со стажем, но таить в себе зачатки какого-никакого слуха — опять же, надо.
И тогда любой пацак, владелец старого пепелаца, сможет авторитетно заявить: «Однако разница в звуке есть, и она весьма существенна!»

На этой странице поговорим об УНЧ на германиевых транзисторах.

Своеобразие германиевого звучания, как правило, сводится к двум устойчивым постулатам:
1. Усилители на германиевых транзисторах отличаются музыкальностью,
2. Звук похож на звук ламповика.
И если первый пункт у меня возражений не вызывает, то со вторым мнением коллег позволю вежливо не согласиться — не похож, абсолютно разное звучание.

Электрофон сетевой транзисторный «Вега-101-стерео» с усилителем на германиевых транзисторах, выпускаемый Бердским радиозаводов с начала 1972 по 1982 год, заложил в головы современников основы понимания того, каким должен быть высококачественный стереофонический звук.
Время шло, появлялись на свет и более продвинутые вертушки с магнитными звукоснимателями, и значительно более мощные УНЧ на кремниевых транзисторах с незаурядными характеристиками.
Однако душещипательные воспоминания о том, как звучали в конце 70-ых простенькие Веги с их примитивной схемотехникой открыли историю ожесточённой борьбы человечества с феноменом транзисторного звучания.

Ну да и ладно, пора переходить на новый уровень — нарисовать пару-тройку принципиальных схем усилителей низкой частоты на германиевых транзисторах, но для начала озадачусь вопросом: Что любит и что не любит германий?
1. Германий любит простоту и не приемлет наворотов. Дифференциальный каскад с источником тока в цепи эмиттера — уже является буржуазным излишеством.
2. Германий не любит перегрева, легко может напустить дыма и отправиться к праотцам электроники Амперу и Ому в ответ на потерю бдительности в процессе настройки схемы.

А теперь обещанные схемы.


Рис.1

Номинальная мощность усилителя при коэффициенте гармоник на частоте 1000Гц менее 0,1% — 1 Вт, максимальная — 1,5Вт, чувствительность по входу — 0,2 В.
Усилитель сохраняет работоспособность при понижении напряжения питания до 9В.
Подбором номинала резистора R8 устанавливается значение напряжения на эмиттерах выходных транзисторов, равное половине напряжения питания.
Подбором номинала резистора R2 устанавливается значение напряжения на коллекторе транзистора V1, равное половине напряжения питания.


Рис.2

Схема, приведённая на Рис.2 — для эстетов, желающих порадовать свой слуховой аппарат ни с чем не сравнимым звуком однотактного усилителя, работающего в чистом режиме А.
Для настройки усилителя следует подбором номинала резистора R9 установить ток покоя выходного транзистора — 150мА.


Рис.3

На рис.3 показана принципиальная схема универсального усилителя НЧ, собранного на девяти транзисторах и развивающего выходную мощность до 10 Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и входном напряжении около 10 мВ.
При налаживании устройства подстроечным резистором R2 устанавливают выходное напряжение в точке соединения транзисторов VT8 и VT9 равным половине напряжения питания.

Рис.4

Схема более мощного усилителя приведена на Рис.4. Усилитель рассчитан на подключение электрогитары и микрофона, но может быть использован также совместно с проигрывателем, магнитофоном или радиоприёмником.
Основные технические данные, приведённые автором:
Номинальная выходная мощность — 30 Вт.
Максимальная выходная мощность — 40 Вт.
Сопротивление нагрузки 3,5-5 Ом.
Полоса рабочих частот 30-16000 Гц.
Коэффициент нелинейных искажений — не более 1,5%.
Чувствительность с выхода микрофона — 10 мВ.
Чувствительность с выхода электрогитары — 0,1 В.
Напряжение 15 В на коллекторе транзистора Т10 устанавливают резистором R19.
Ток покоя всего усилителя не должен превышать 170 мА.


Рис.5

На Рис.5 приведена схема простого и мощного усилителя на германиевых транзисторах DTG110B. При подключении к его входу любого УНЧ мощностью 1,5-2 Вт устройство выдаёт на 8-ми омную нагрузку около 50 Вт чистого германиевого звука.
Согласующий трансформатор Т1 выполнен на железе Ш24 (толщина пакета 20-25мм) и содержит 3 одинаковые обмотки по 120 витков, намотанных на картонном каркасе проводом ПЭВ-1 или ПЭВ-2 диаметром 0,5-0,7мм.
Налаживание устройства заключается в подборе значений резисторов R2 R4 для достижения на выходе схемы нулевого потенциала и тока покоя транзисторов — 120-150 мА.
При снижении напряжения питания на каждом плече до 30В транзисторы DTG110B без каких-либо колебаний могут быть заменены на отечественные П210А.


Рис.6

Схема, представленная на Рис.6, является переработанным под «германий» вариантом усилителя НЧ из статьи Николая Трошина журнале Радио №8 за 1989г (стр. 51-55). Творцом переработки является сам автор статьи. Вот что он пишет на страннице сайта http://vprl.ru:

«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;
Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:

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.

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».

 

Простой германиевый усилитель мощности — Усилители на транзисторах — Звуковоспроизведение

Николай Трошин

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;
Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:

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!

 

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о