Усилитель на германиевых транзисторах своими руками. Германиевые транзисторы в аудиотехнике: особенности применения и звучания

Стоит ли использовать германиевые транзисторы в современных аудиосхемах. Какие преимущества и недостатки они имеют по сравнению с кремниевыми. Как их правильно применять для получения качественного звука. Можно ли добиться с ними «теплого лампового» звучания.

Основные преимущества германиевых транзисторов в аудиотехнике

Несмотря на то, что германиевые транзисторы считаются устаревшими, они по-прежнему находят применение в некоторых аудиосхемах благодаря ряду преимуществ:

  • Низкое напряжение открытия p-n перехода (около 0,2 В против 0,6-0,7 В у кремниевых), что позволяет работать при низких напряжениях питания
  • Более мягкая характеристика насыщения, что может давать более приятное звучание
  • Возможность получить «теплый ламповый» тембр звучания в некоторых схемах
  • Хорошо подходят для гитарных предусилителей и педалей эффектов
  • Низкий уровень шумов при правильном применении

Недостатки германиевых транзисторов

При этом германиевые транзисторы имеют и существенные недостатки:


  • Более высокие токи утечки
  • Меньшая температурная стабильность
  • Ограниченный выбор современных типов
  • Сложность подбора комплементарных пар
  • Ухудшение параметров со временем из-за деградации германия

Особенности применения в аудиосхемах

Чтобы раскрыть потенциал германиевых транзисторов в аудиотехнике, необходимо учитывать некоторые особенности их применения:

  1. Тщательный подбор транзисторов по параметрам и парный подбор для выходных каскадов
  2. Использование современных пассивных компонентов высокого качества
  3. Применение температурной компенсации и стабилизации режима
  4. Оптимизация схемы для работы при низких напряжениях питания
  5. Использование малошумящих типов транзисторов во входных каскадах

В каких устройствах оправдано применение германиевых транзисторов?

Наиболее оправдано применение германиевых транзисторов в следующих аудиоустройствах:

  • Гитарные предусилители и педали эффектов
  • Ламповые усилители в гибридных схемах
  • Малошумящие предусилители для головных телефонов
  • Усилители для электретных микрофонов
  • Фонокорректоры для проигрывателей виниловых пластинок

Можно ли получить «ламповый» звук на германиевых транзисторах?

Вопрос о возможности получения «лампового» звучания на германиевых транзисторах весьма спорный. С одной стороны, более мягкая характеристика насыщения германиевых транзисторов действительно может давать более «теплое» звучание по сравнению с кремниевыми. Однако полностью имитировать работу ламп транзисторы не могут в силу принципиальных различий в физике работы.


Тем не менее, при правильном схемотехническом решении на германиевых транзисторах можно получить очень приятное и музыкальное звучание, которое некоторые аудиофилы характеризуют как близкое к ламповому. Во многом это зависит от конкретной схемы, качества компонентов и мастерства разработчика.

Сравнение германиевых и кремниевых транзисторов в аудиотехнике

Основные различия между германиевыми и кремниевыми транзисторами, важные для аудиоприменений:

ПараметрГерманиевыеКремниевые
Напряжение открытия p-n перехода0,2-0,3 В0,6-0,7 В
Обратный ток коллектораВысокийНизкий
Температурная стабильностьНизкаяВысокая
Максимальная рабочая температура70-85°C150-200°C
Характер насыщенияБолее мягкийБолее резкий

Рекомендации по выбору германиевых транзисторов

При выборе германиевых транзисторов для аудиосхем стоит обратить внимание на следующие моменты:

  • Отдавать предпочтение малошумящим типам (МП39, МП41, П416 и т.п.)
  • Выбирать транзисторы с низким обратным током коллектора
  • Для выходных каскадов подбирать комплементарные пары (например, П213/П214)
  • Обращать внимание на сохранность и условия хранения транзисторов
  • По возможности проводить входной контроль и отбор по параметрам

Заключение: стоит ли применять германиевые транзисторы?

Применение германиевых транзисторов в современной аудиотехнике — скорее дань ретро-стилю и эксперимент, чем реальная необходимость. В большинстве случаев современные кремниевые транзисторы и операционные усилители позволяют добиться лучших параметров. Однако в отдельных нишевых применениях, таких как гитарные эффекты или малошумящие предусилители, германиевые транзисторы все еще могут быть оправданы.


Главное при работе с германиевыми транзисторами — понимать их особенности и ограничения, тщательно подбирать компоненты и оптимизировать схемы с учетом их свойств. При правильном подходе на германиевых транзисторах можно создать интересно звучащие аудиоустройства, имеющие свой особый шарм.


Простой усилитель НЧ на ГТ703Б.

Этот простой усилитель НЧ на германиевых мощных транзисторах типа ГТ703Б получился, что называется, из отбросов. Попалась на глаза раскуроченная плата от кассетного магнитофона Весна-202. Ничего интересного там не было, за исключением мощных выходных транзисторов ГТ703Б.

Уже делал усилители НЧ на древних германиевых транзисторах ГТ403 и П214.

Решил собрать простой усилитель НЧ теперь уже на германиевых транзисторах ГТ703Б. Схему для повторения взял из описания этого же магнитофона. Усилитель имеет максимальную выходную мощность 2 Вт  при питании от 9 вольт.

Схема-прототип представлена ниже:

Чувствительность этого усилителя  с базы транзистора V27 (см. схему выше) составляет 0,12 В.

Такой чувствительности хватит в большинстве случаев. Но, если захочется применить такой усилитель, скажем, в самодельном приемнике, то нужен будет еще один каскад усиления.

Учитывая все вышеизложенное, получилась вот такая финальная схема усилителя на ГТ703Б:

Усилитель получился гибридный- кремниево-германиевый. Все  транзисторы добыл с той же платы магнитофона Весна-202.

Кстати, если кто ищет древние германиевые диоды, то на основной  плате этого магнитофона и плате управления двигателем, есть аж около двух десятков диодов Д9, причем с разными буквами.

Но вернемся к схеме усилителя…Добавлен еще один каскад усиления по входу на транзисторе VT1  типа КТ315Б.  С ним чувствительность усилителя составила около 20 мВ. В остальном схема практически соответствует заводской. Разумеется, выходной трансформатор за ненадобностью удален. Также увеличено напряжение питания до 12 В.

В усилителе нет никаких регуляторов тембра. Громкость регулируется  переменным резистором R6. Резистор R11 служит для установки напряжения средней точки равном половине напряжения питания. Начальный ток покоя выходных транзисторов VT6VT7 задается цепочкой D1R16.

В исходной схеме для этой цели использовались два последовательно соединенных диода Д9Б. Но у меня  почему-то не получилось выставить приемлемый ток покоя-с одним диодом он был слишком мал, с двумя слишком велик. Пришлось вместо одного из диодов установить резистор сопротивлением 100 Ом. С его помощью выставил ток покоя около 15 мА.

Усилитель собран на небольшой печатной плате. Выходные транзисторы ГТ703Б установлены на небольшие штатные радиаторы и крепятся к плате обычными фланцами:

ерморезистор R14 смонтирован так, чтобы он своим корпусом плотно прилегал к радиатору транзистора VT7.

Расположение основных элементов:

А это общий вид собранного усилителя на ГТ703Б:

При налаживании резистором R11 выставляем в точке соединения коллектора транзистора VT6 и эмиттера транзистора  VT7 напряжение, равное 6 В.  Далее, отсоединив эмиттер транзистора VT6 от  источника питания, включаем между эмиттером транзистора VT6 и плюсом питания  тестер в режиме измерения постоянного тока  и  проверяем ток покоя выходных транзисторов. При необходимости корректируем ток покоя резистором R16.

Затем проверяем режимы работы транзисторов предварительных каскадов усиления. Фактические режимы, которые получились у меня, указаны на схеме.

Коэффициент усиления каскада на транзисторе VT1 можно изменить в некоторых пределах резистором R4. У меня там установлен резистор на 470 Ом.  Если нужно уменьшить усиление, и тем самым уменьшить чувствительность усилителя, резистор R4 можно увеличить вплоть до 910 Ом.

Хочу особо отметить, что собранный мною экземпляр усилителя имеет  очень низкий уровень собственных шумов. На максимальной громкости нужно прикладывать ухо к акустической системе, чтобы услышать легкий шумок.

При испытании на вход усилителя подавался синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц и напряжением 20 мВэфф. На выходе по осциллографу наблюдался сигнал уровнем около 3 Вэфф на нагрузке  5,1 Ом. При дальнейшем повышении уровня входного сигнала сигнал на выходе усилителя начинал симметрично ограничиваться.

Таким образом, можно считать, что выходная мощность на нагрузке 5,1 Ом была равна около 1,8 Вт.

На этот усилитель у меня следующие планы- собираюсь его пристроить в радиовещательном приемнике в ретро стиле.

Добавив к этому простому усилителю блок питания,  и поместив его в корпус, получаем небольшую активную акустическую систему, которую можно использовать вместе с планшетом или чем-либо подобным.

Понятно, что на микросхемах  такой усилитель НЧ это получается компактнее, проще, удобнее и так далее. Но, все равно, было интересно вдохнуть жизнь в старые детали.

Усилитель для головных телефонов на германиевых транзисторах

У радиолюбителей со стажем хранится некоторое количество исправных, но морально устаревших радиодеталей, к которым относятся германиевые транзисторы. В современных радиолюбительских конструкциях они не используются, но учитывая возникший в последнее десятилетие интерес к «тёплому германиевому звуку», я собрал усилитель из далёких 70-х годов.

«Бестрансформаторный УНЧ» разработан радиолюбителем Б.Ивановым, схема и описание усилителя опубликованы в журнале «Радио» №2 за 1970 год. В статье отмечается, что усилитель прост конструктивно, легко налаживается и стабильно работает, доступен для повторения даже малоопытным радиолюбителям.

Эти определения на 100% подтвердились в далёком 1976 году, когда будучи пятнадцатилетним школьником, я изготовил данную конструкцию. Работал усилитель на самодельную колонку с динамиком 4ГД28, источником сигнала служил катушечный магнитофон, который использовался как предусилитель для самодельной электрогитары, которую подключал к микрофонному входу, и для воспроизведения магнитных записей. Спустя сорок лет я повторил эту схему, применив как усилитель для головных телефонов. 

Рисунок 1 — Оригинальная схема усилителя 

В оригинальную схему «Бестрансформаторного УНЧ» я внёс следующие изменения. Электролитические конденсаторы, за исключением C3(C2), зашунтированы плёночными. Ёмкость конденсатора C6(C4) увеличена до 1000 мкф.  Добавлен конденсатор С8 (слюдяной КСО) в цепь отрицательной обратной связи. Резистор R6 (120 Ом) исключён, анод диода VD1(Д1) соединён непосредственно с коллектором транзистора VT1(Т1). Вместо подборочного резистора R2 установлен многооборотный подстроечный резистор типа СП5-3 сопротивлением 47 кОм. Транзисторы П213Б заменены на близкие по параметрам и имеющиеся у меня транзисторы П215.

Рисунок 2 — Изменённая схема усилителя

 

Источник питания усилителя изготовлен по трансформаторной схеме. В первоначальном варианте источника питания выходное напряжение стабилизировалось на уровне -12,6В. интегральными микросхемами LM337 (раздельно для каждого канала), но учитывая небольшой потребляемый ток усилителя при работе на головные телефоны, стабилизаторы стали ненужными, что упростило устройство. При этом отмотал часть витков вторичной обмотки трансформатора, для получения выходного напряжения -12,6В. Из других особенностей источника питания – применение для включения слаботочного тумблера типа П1Т4-2(SA1), что потребовало использования реле K1. Тумблер П1Т4-2 применил из эстетических соображений, для красоты. 

Рисунок 3 – Схема источника питания усилителя

 

Приобретённые по акции на Алиэкспресс пару лет назад стрелочные индикаторы использовал для  изготовления некоторого подобия VU-метра. Встроенную подсветку индикаторов (лампы накаливания) я соединил последовательно и подключил к источнику питания усилителя. Лампы светятся в полнакала, навевая на размышления о «тёплом ламповом звуке». Схема управления стрелочными индикаторами без особенностей и найдена на просторах сети Интернет. Найденный вариант содержал один каскад усиления и предназначался для усилителей с положительным источником питания. Для работы с отрицательным источником питания транзисторы n-p-n проводимости типа КТ315 я заменил на транзисторы p-n-p проводимости типа КТ361 и изменил полярность включения диодов и электролитических конденсаторов. Добавил дополнительный каскад усиления на транзисторе VT1. Резистором R5 устанавливается желаемый размах отклонения стрелки индикатора.

Рисунок 4 – Схема VU – метра усилителя

 

Усилитель и VU-метр собраны на макетных платах, приобретённых на Алиэкспресс.

Рисунок 5 – Усилитель на макетной плате

Рисунок 6 — VU-метр на макетной плате

Для источника питания разработана печатная плата, но поскольку в процессе конструирования необходимость в применении интегральных стабилизаторов отпала, габариты печатной платы могут быть уменьшены. 

Рисунок 7 – Источник питания на печатной плате

Там же расположен сетевой фильтр с предохранителем

Рисунок 8 – Сетевой фильтр

и схема управления реле включения усилителя. 

 Рисунок 9 — схема управления реле включения усилителя

Печатную плату усилителя не разрабатывал, а приведённая в журнале «Радио» нуждается в корректировке из-за применения современных деталей и изменений, указанных выше. В первоначальном варианте задумывалось просто послушать усилитель, но звучание понравилось, поэтому оформил усилитель, как законченную конструкцию.

Платы усилителя при помощи стоек установлены на пластиковой пластине толщиной 4 мм. Выходные транзисторы П215 крепятся на дюралюминиевые уголки через слюдяные прокладки с помощью винтов с изолирующими шайбами. Транзисторы при нормальной работе усилителя не нагреваются, поэтому возможен вариант установки транзисторов непосредственно в печатную плату без применения радиаторов. Термостабилизирующий диод VD1 закреплён в непосредственной близости от выходных транзисторов. Транзисторы, применённые в усилителе, по коэффициенту усиления не подбирал, проверил только их исправность. Регулятор громкости типа СП3-30Г сопротивлением 10 кОм, восстановленный по методике, включен по стандартной схеме без тонкомпенсации.

Передняя панель изготовлена из оргстекла толщиной 4 мм и покрашена краской из баллончика. Кожух устройства согнут из обрезка сайдинга, который за «копейки» приобрёл на строительном рынке. Внешний вид законченной конструкции представлен на рисунках 10 – 16.

Рисунок 10 – Усилитель в сборе

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15

Рисунок 16

При настройке и проверке усилителя использовался генератор Г3-102, осциллограф С1-68, цифровой мультиметр. Резистором R2 выставил величину напряжения на «минусе» конденсатора C6 равную половине напряжения источника питания, после чего проверил осциллографом С1-68 искажения типа «ступенька» на выходе усилителя при подаче входного сигнала величиной 15-20 мВ от генератора Г3-102. Искажения отсутствовали. Частотная характеристика усилителя соответствует рисунку 3 статьи журнала «Радио». В области низших звуковых частот завал частотной характеристики меньше, благодаря увеличенной ёмкости конденсатора C6.

Субъективно, звучание усилителя понравилось, присутствует прозрачность, звук свободно «льется, а не просачивается». В рамках эксперимента по увеличению полосы пропускания в области высших звуковых частот германиевые транзисторы типа П215 заменил на высокочастотные германиевые транзисторы типа П605 и ГТ906А. Появились искажения типа «ступенька», устранить которые удалось включением последовательно с диодом VD1 резистора сопротивлением 100 Ом. Звук не понравился, стал непрозрачным, с трудом «просачивающимся», хотя полоса пропускания в области высших звуковых частот увеличилась до 100 кГц. В результате вернулся к транзисторам П215.

Источником сигнала усилителя служит простенький ЦАП на микросхеме PCM2705, а нагрузкой – головные стереотелефоны AUDIO-TECHNICA ATH-T400 импедансом 50 Ом.

 

Германиевый транзисторный усилитель

Как известно, первыми транзисторами, пришедшими на смену радиолампам, были именно германиевые. Их изобретение сыграло большую роль в развитии электроники, сделав электронные устройства более функциональными, экономичными и малогабаритными. Однако эра германиевых транзисторов длилась недолго — вскоре их сменили более совершенные кремниевые. Несмотря на это, было выпущено огромное количество германиевых транзисторов, и даже сейчас, спустя полвека, они не являются большой редкостью.
Есть мнение, что звук усилителя, полностью построенного на германиевых транзисторах, имеет особую окраску, близкую к «теплому ламповому» звучанию. Именно это делает германиевые транзисторы столь популярными в радиолюбительской среде в последнее время. Звук такого усилителя можно прослушать своими ушами, если собрать очень простую схему, показанную ниже.

Схема усилителя


Схема состоит из 5 германиевых транзисторов и небольшого количества других деталей. Ниже приведены несколько вариантов транзисторов для этой схемы.

  • T1 — MP39, MP14, MP41, MP42 (PNP)
  • T2, T4 — P217, P213, P210, P605, GT403 (PNP)
  • T3 — MP38, MP35 1003 903 (0NPN3) Т4 — МП39, МП14, МП41, МП42 (ПНП) ​​

Подходят и любые другие аналогичные транзисторы, наиболее предпочтительны малошумящие. Следует учесть, что в выходном каскаде (Т2 и Т4) должны быть одинаковые транзисторы, желательно подобрать их парой по максимально близкому коэффициенту усиления. Диод Д1 германиевый, например Д9, Д18, Д311, от него зависит ток покоя усилителя. Все конденсаторы электролитические, на напряжение не ниже 16 вольт. Напряжение питания схемы 9-12 вольт.

Печатная плата:

[12.92 Кб] (cкачиваний: 504)



Усилитель в сборе

Схема собрана на плате 40х50 мм, которую можно выполнить методом ЛУТ. Ниже представлены фотографии готовой луженой доски.


Теперь все готово для установки деталей. В первую очередь на плату попадают резисторы, после них более крупные конденсаторы и транзисторы. Следует иметь в виду, что германиевые транзисторы, в отличие от кремниевых, гораздо более чувствительны к перегреву.

Мощные выходные транзисторы нагреваются при работе на большой громкости, поэтому их целесообразно устанавливать на радиатор (если корпус транзистора предоставляет такую ​​возможность) и выводить на плату проводами.

После установки всех деталей на плату осталось припаять провода питания, источника сигнала и выхода динамика. Завершающий этап сборки — смыть остатки флюса с платы, проверить монтаж, прозвонить соседние дорожки на предмет короткого замыкания.


Первое включение и настройка

Германиевый усилитель требует установки тока покоя, который задается диодом D1. В первую очередь нужно подать напряжение на цепь, включив амперметр в разрыв питающего провода. При отсутствии сигнала на входе схема должна потреблять около 20-50 мА. Чем больше ток покоя, тем сильнее нагрев выходных транзисторов, однако это положительно сказывается на качестве звука. Если ток покоя слишком мал, звук становится неразборчивым, появляется хрип и осиплость. Ток можно увеличить, добавив один или несколько диодов последовательно с D1. В моем случае для получения приемлемого качества звука пришлось добавить два дополнительных диода.
Подобные схемы усилителей на германиевых транзисторах широко применялись в старых проигрывателях, магнитофонах, радиоприемниках, поэтому наверняка придутся по вкусу всем любителям старины. Выходная мощность около 5-10 Вт с радиатором, поэтому усилитель с головы достаточно, чтобы озвучить всю комнату. Удачной сборки!

Смотреть видео


Германиевые транзисторы, все реклама или оно того стоит?

#3