» » » Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

 
 
 

Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Разместил MVV 10 февраля 2016. Просмотров: 14946

27
Германий превыше всего?
Да здравствует эксперимент!

Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Предлагаемый стереофонический усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) выполнен по схемотехнике более чем полувековой давности с одним каскадом усиления напряжения. Его отличительной чертой является применение «звуковых» кремниевых транзисторов.

Среди любителей высококачественного звуковоспроизведения до сих пор популярна подобная структура на германиевых транзисторах [1-4]. А высокое качество звуковоспроизведения этих усилителей объясняют «чудесными свойствами» германия.
Сравнив две конструкции с близкой принципиальной схемой, выполненные на разной элементной базе, можно на практике убедиться, так ли это.

Забегая вперёд, скажу, что в итоге получилось три достойных усилителя.
И кремний и германий хороши при верной схемотехнике. Приятного творчества!

Оглавление:
Часть 1. Играет германий
+ Пути улучшения известной схемы
+ Принципиальная схема доработанного УМЗЧ на германиевых транзисторах
+ Рекомендуемый БП
Часть 2. Поёт кремний
+ Использованные детали
+ Налаживание усилителя
+ Итоги
+ Развитие схемы
Анонс. Германиевый кит Datagor Project 008 «GeAmp1970»
Список использованных источников

Играет германий!

В настоящее время германиевые транзисторы практически полностью вытеснены кремниевыми, имеющими лучшие параметры и самое главное, лучшую температурную стабильность. Решающей причиной смены германиевых транзисторов кремниевыми стала бОльшая стоимость и дефицит сырья.

Тем не менее, в арсеналах радиолюбителей осталось много германиевых транзисторов, поэтому не мешает еще раз оценить аудиосвойства германия с современных позиций.

Рассмотрим усилитель на германиевых транзисторах, построенный по схеме, изображенной на рис. 1. Усилитель реализован в «железе» Ж. Цихисели, опубликован в журнале AudioVideo [3]. Специалисты редакции дали высокую оценку звучанию усилителя.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Рис. 1. Популярная схема УМЗЧ на германиевых транзисторах


Предложенная схема представляет собой усилитель постоянного тока с непосредственной связью. Предварительный каскад на транзисторе VT1 усиливает сигнал по напряжению и работает в классе А. Выходной каскад является усилителем мощности, работающим в классе АВ с небольшим током покоя. Он выполнен на мощных транзисторах VT4, VT5 одного типа проводимости. Каскад на комплементарных транзисторах VT2, VT3 играет роль фазоинвертора.
Выходной каскад с фазоинвертором можно представить как квазикомплементарную структуру.
Верхнее плечо (транзисторы VT2, VT4) представляют собой составной эмиттерный повторитель – схему Дарлингтона, а нижнее (транзисторы VT3, VT5) – усилитель со следящей обратной связью, называемый по – другому схемой Шиклаи.

Транзисторы VT2, VT4 усиливают отрицательную полуволну напряжения сигнала, а VT3, VT5 – положительную.

Недостатком квазикомплементарной структуры выходного каскада является отличие коэффициентов передачи для верхнего и нижнего плеч. Коэффициент передачи нижнего плеча чуть выше, чем верхнего, хотя их значения очень близки к единице.

Отличаются также и входные сопротивления плеч, примерно на 4 – 8%; у верхнего плеча входное сопротивление выше, чем у нижнего (см. табл. 1).
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Отмеченные факторы, естественно определяют начальный уровень искажений усилителя, до охвата отрицательной обратной связью.

Чтобы получить максимально возможный размах выходного сигнала, применена положительная обратная связь (ПОС), вводимая конденсатором С2 с выхода усилителя в точку соединения нагрузочных резисторов R4 и R5, увеличивающая эквивалентное сопротивление нагрузки для переменной составляющей.

Коэффициент усиления по напряжению каскада на транзисторе VT1 определяет усиление УМЗЧ без обратной связи:

Ku=h21э (Rн~||Rвх)/rбэ1=820 (58 дБ),

где h21э – коэффициент передачи тока базы транзистора VT1,
rбэ1 – сопротивление перехода база-эмиттер транзистора VT1,
Rн~–сопротивление нагрузки VT1 с учетом действия ПОС,
Rвх – входное сопротивление оконечного каскада.

Свой вклад в начальный уровень искажений усилителя вносит также нелинейный характер сопротивления база-эмиттер транзистора VT1. Его значимость может быть уменьшена использованием предварительного усилителя с высоким выходным сопротивлением или включением последовательно с конденсатором С1 резистора для стабилизации входного сопротивления каскада на транзисторе VT1.

Расчеты показывают, что с учетом вышеописанных факторов коэффициент гармоник усилителя будет находиться на уровне 0,1…0,2%.

Дополнительная температурная стабилизация рабочей точки транзистора VT1 достигается введением местной отрицательной обратной связи по постоянному току за счет включения резистора R6 в цепь эмиттера VT1. По переменному току ООС убирается шунтированием указанного резистора конденсатором С4.

Кроме того, повышение температурной стабильности достигается применением сопротивления R3 в цепи базы VT1, а также за счет резисторов R8 и R9 в цепях эмиттеров VT2, VT3, предназначенных для ограничения обратного неуправляемого тока их коллекторов. Общая параллельная ООС по постоянному току и регулировка потенциала средней точки обеспечивается подстроечным резистором R2.

Дополнительная параллельная ООС обеспечивается цепочкой R12, C5 вынесенной за переходной конденсатор С7, благодаря чему обеспечивается широкая полоса частот, малое выходное сопротивление и низкие искажения выходного сигнала.

Особо следует упомянуть о конденсаторе С5, предотвращающем возможную неустойчивую работу усилителя. Дело в том, что при выбранном способе регулировки уровня сигнала на входе УМЗЧ в зависимости от положения движка переменного резистора R1 изменяется глубина ООС и соответственно, коэффициент передачи c обратной связью:

Kuос=–(R2||R12)/R1,

где R1 – сопротивление между движком переменного резистора и входом УМЗЧ.

Здесь не учитывается емкостное сопротивление корректирующего конденсатора С5.

В результате мы можем столкнуться с неустойчивой работой (генерацией) усилителя при увеличении глубины обратной связи, т.е. уменьшении усиления с помощью переменного резистора R1. Вероятность возбуждения повышается при отключении нагрузки (акустической системы).


Для пояснения сказанного рассмотрим эквивалентную схему усилителя (рис. 2).
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Рис. 2. Эквивалентная схема усилителя с параллельной обратной связью по напряжению


Если Ku велико, каскад является преобразователем тока в напряжение: Uвых=–iвхRос.

Для управления схемой от источника напряжения Uвх на рис. 2 показаны разделительный конденсатор Свх и резистор Ri, определяющий входное сопротивление усилителя.

За счет наличия трудно учитываемой входной паразитной емкости Сп, на высоких частотах схема является звеном второго порядка с декрементом затухания, зависящим от Сп и других факторов.

Результирующая амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) имеет подъем на частоте 1/(2ΠTo) (рис. 3).
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Рис. 3. Возможная логарифмическая АЧХ схемы


В результате схема легко теряет устойчивость и переходит в состояние автоколебаний, причем не постоянных, а непредсказуемых, зависящих от многих факторов. Незначительные быстрые воздействия, например помехи в цепях питания, скачкообразные изменения амплитуды на определенной частоте, вызывают длительные, медленно затухающие колебания на частоте 1/(2ΠTo).

Для получения ровной АЧХ в полосе пропускания достаточно обеспечить взаимный наклон частотной характеристики усилителя с обратной связью и частотной характеристики разомкнутого усилителя не превышающий 20 дБ на декаду.

Получить ровную АЧХ можно включением конденсатора Сос, его емкость выбираем из отношения
СосRос=RiCп,
при этом коэффициент передачи с обратной связью становится частотно-независимым и равным Ri/(Rос+Ri), а полоса пропускания на верхних частотах определяется указанными выше постоянными времени Tп= СосRос=RiCп.

Одним из удобных и наглядных способов контроля АЧХ усилителей является проверка с помощью прямоугольных импульсов, рис. 4. Можно сразу увидеть наличие резонансных частот и оценить полосу пропускания усилителя.
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Рис. 4. Контроль усилителя с помощью прямоугольных импульсов


Длительность фронта τ ф по уровню 0,9 характеризует верхнюю частоту:

fв=2,3/2πτ ф=0,366/τ ф,
а спад вершины импульса ∆ Uсп – нижнюю частоту:

fн=ln (Uвых/(Uвых-∆ Uсп))/2π tи=∆ Uсп/2π tи Uвых,

где tи – длительность импульса, Uвых – амплитуда импульса.

Кривая 1 на рис 4 показывает переходной процесс, вызванный неустойчивостью усилителя.

Наблюдая реакцию усилителя на осциллографе, постепенно увеличиваем Сос до тех пор, пока колебания не исчезнут, а переходной процесс не будет иметь вид кривой 2.

Обращу внимание, что время установления импульса устойчивой схемы оказывается во много раз меньше переходного процесса кривой 1.

Итак, конденсатор Сос (С5 в схеме рис. 1) служит для обеспечения «гладкости» переходных процессов и устойчивости схемы.

Чтобы гарантированно сформировать частотную характеристику каскадов, охваченных отрицательной обратной связью как характеристику апериодического (инерционного) звена первого порядка, в схему введен еще один конденсатор – С3.

Его задача получить такую характеристику петлевого усиления, чтобы она имела апериодический характер.

Теперь при скачкообразных изменениях входного напряжения с любой частотой напряжение на выходе плавно меняется по экспоненциальному закону, без выбросов и колебаний.

Полоса пропускания с обратной связью примерно равна

fос=(Ku/Kuос)/(2π Rvt1эффС3),

где Rvt1эфф – эффективная нагрузка в цепи коллектора транзистора VT1, с учетом действия ПОС.

При этом полюсы транзисторов VT2-VT5 усилителя должны лежать ниже линии Kuос. Учитывая, что fгроэ примененных транзисторов VT2, VT3 составляет всего 1 МГц, а транзисторов VT4, VT5 выходного каскада еще меньше – 0,2 МГц, в схеме с трудом удается получить fос порядка 70…100 кГц.

Чтобы обеспечить устойчивую работу усилителя на любую нагрузку, в том числе и без нее, можно рекомендовать включить на выходе цепь Зобеля, подгружающую схему в широком диапазоне частот. Представляется, ее отсутствие является следствием незнания этого схемотехнического приема на момент разработки схемы.

Для исключения искажений типа «ступенька» на базы транзисторов выходного каскада VT2, VT4 и VT3, VT5 подается небольшое смещение, создаваемое за счет протекания коллекторного тока VT1 через германиевые диоды VD1, VD2.

Требуемый ток выходного каскада (40 – 50 мА) устанавливается подбором величины резистора R13, шунтирующего диод VD2.

Для надежной работы усилителя в диапазоне температур 0…+50°С диоды VD1, VD2 должны иметь тепловой контакт с радиатором одного из выходных транзисторов VT4, VT5. Площадь охлаждения теплоотводов не менее 200 кв. см.

Цепь R7, C6 представляет собой фильтр по питанию каскада усиления напряжения.

Учитывая вышесказанное, обращу внимание на три момента, которые позволяют улучшить качество звучания, надежность и повторяемость схемы, показанной на рис. 1:

1. Выбрать постоянный коэффициент усиления УМЗЧ по напряжению, включив последовательно с конденсатором С1 резистор, а сам усилитель подключить к низкоомному источнику сигнала. Для чувствительности УМЗЧ с входа Uвх=0,775 В следует взять резистор сопротивлением 620 Ом.

2. Обеспечить гарантированную устойчивость усилителя включением параллельно выходу стабилизирующей последовательной RC – цепочки: резистора 20 Ом и пленочного полипропиленового, полистирольного или полиэтилентерефталатного конденсатора 0,047 мкФ (цепь Зобеля).

3. Снизить напряжение питания до 30 В и менее, поскольку выбранная элементная база не обеспечивает надежную работу усилителя при напряжении питания Uп=40 В.


Принципиальная схема УМЗЧ на германиевых транзисторах, которую я повторил, показана на рис. 5.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Рис. 5. Схема УМЗЧ на германиевых транзисторах с реализованными доработками


Для устранения радиочастотных наводок на входе установлена индуктивность L1 в виде ферритовой бусинки с пропущенным через нее проводником.

Цепи параллельной отрицательной обратной связи по постоянному и переменному токам (R2, R3) и по переменному току (R14, C6), разнесены. Тем самым устранено влияние подключения нагрузки (акустической системы) на режим работы УМЗЧ по постоянному току.

Подстроечным резистором R2 «Баланс» устанавливается половина напряжения источника питания в точке симметрии, а подстроечным резистором R9 «Ток покоя» — начальный ток транзисторов выходного каскада VT4, VT5. Контроль величины тока удобно осуществить по падению напряжения на одном из резисторов R12 или R13 в цепи эмиттеров транзисторов VT4, VT5.

Оксидные конденсаторы на выходе усилителя С7 и по цепи питания С10 зашунтированы пленочными С8 и С11 соответственно.

На выходе УМЗЧ включена цепь Зобеля C9, R15.

Транзисторы для усилителя отбираются попарно не только для верхнего и нижнего плеч выходного каскада, но и для обоих каналов. Весьма желателен коэффициент передачи h21э транзисторов не менее 100. Транзисторы с самым высоким h21э ставятся на место VT1.

Характеристики УМЗЧ на германиевых транзисторах с выполненными доработками:

Напряжение питания: 30 В;
Максимальная мощность при сопротивлении нагрузки 4 Ом: 20 Вт;
Ток потребления при максимальной мощности, не более: 1,0 А;
Частотный диапазон: 20 Гц…20 кГц (–1,5 дБ);
Коэффициент гармоник при выходной мощности 18 Вт: 0,12%;
Коэффициент усиления по напряжению: 12,4 (21,8 дБ);
Чувствительность: 775 мВ;
Выходное сопротивление, не более: 0,5 Ом.


На рис. 6 показан вариант блока питания для усилителя. Применен силовой трансформатор с напряжением на вторичной обмотке ~22,5 В и током 2,2 А.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Рис. 6. Рекомендуемая схема блока питания


Диодный мост KBPC1001 (100V/10A) может быть заменен на BR1001. Конденсаторы С1…С4 типа К73-17 на рабочее напряжение 630 В, С5 – импортный на напряжение 50 В и более. Конденсатор С6 пленочный К73-17 на напряжение 63 В. Резистор R1 любого типа мощностью 0,5 Вт. Светодиод HL1 – любой зеленого цвета свечения, например, АЛ307ВМ, АЛ307ГМ.

Блок питания, разработанный для усилителя, изображенного на рис. 1, отличается элементной базой. Вместо диодного моста VD1 установлены четыре германиевых диода Д305; вместо пленочных конденсаторов (С1 – С4, С6) – слюдяные КСО, а оксидный С5 состоит из восьми включенных параллельно конденсаторов типа К50-29 или Philips емкостью 1000 мкФ на рабочее напряжение 63 В.
Наверх

Поет кремний!

Теперь проанализируем схему (рис. 7), состоящую из усилителя напряжения по схеме с общим эмиттером на транзисторе VT1 и усилителя тока на комплементарных составных эмиттерных повторителях VT2, VT3.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Рис. 7. Принципиальная схема простого УМЗЧ на кремниевых транзисторах


Входной сигнал поступает на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор C1, ферритовую бусинку L1 и резистор R1.

Коэффициент передачи усилителя, охваченного отрицательной обратной связью (ООС), определяется делителем R1, R7, R9, R10:

Ku= – [(R7+R10)||R9]/R1=– 11,5 (21,2 дБ).

Постоянный резистор R7 и подстроечный R10 определяют режим работы схемы по постоянному току (напряжение в средней точке), а резистор R9 вынесен за переходной конденсатор С5, что линеаризует его характеристику. В результате правый (по принципиальной схеме рис. 7) вывод резистора R9 подключен непосредственно к акустической системе.

Чтобы при отсоединении громкоговорителя режим работы схемы по постоянному току не изменяется, введен резистор R13. Он выполняет еще одну функцию в схеме – предотвращает щелчки при подключении акустической системы.
Разделительный конденсатор на выходе дает снижение выходной мощности на низких частотах, а также ухудшение фактора демпфирования.

При емкости разделительного конденсатора С6=4700 мкФ, сопротивлении нагрузки Rн=4 (8) Ом и нижней частоте fн=20 Гц выходная мощность уменьшится в {Rн/SQRT[(Rн^2+(Ѕπ fнС5)^2]}^2 раз.
На частоте 20 Гц при Rн=4 Ом выходная мощность снизится на 15%, а при Rн=8 Ом – на 4%.

Повышение фактора демпфирования и выходной мощности на низких частотах достигается с помощью дополнительной цепи обратной связи через резистор R9.

Выбор достаточно низкоомных значений сопротивлений резисторов способствует стабильности цепи ООС во всем звуковом диапазоне.

Резисторы R6, R8 в цепях баз Дарлингтонов VT2, VT3 служат для предотвращения самовозбуждения эмиттерных повторителей на высоких частотах.

Элементы R3, R4 и C4 образуют схему «вольтодобавки», цепь ПОС для обеспечения требуемого тока базы VT2 и VT3 на пиках сигнала и улучшения качества отрицательной полуволны выходного напряжения.

Глубина ПОС через конденсатор С4 определяется отношением R4 к R3, а также величиной сопротивления резисторов R11, R12 в цепях эмиттеров транзисторов VT2, VT3.

Элементы R2, VD1 – VD3 служат для обеспечения начального смещения в цепях баз повторителей VT2, VT3. Для обеспечения температурной устойчивости усилителя необходим хороший тепловой контакт диодов VD1 – VD3 с радиаторами выходных транзисторов VT2, VT3.

Подстроечным резистором R2 устанавливают ток покоя выходного каскада в диапазоне 40 – 70 мА, рекомендуемое значение 60 мА. Его выставляют по падению напряжения на резисторах R11, R12 (12 мВ).

Детали усилителя

Транзистор VT1 типа 2N5551 может быть заменен на MPSA42, MPSA43. Желательно отобрать транзисторы с коэффициентом передачи h21э=150…250.

Комплементарные транзисторы 2SD2390/2SB1560 (Uкэ=150 В, Рк=100 Вт, Iк=10 А, fT=55 МГц, h21э=5000) в корпусе ТО-3Р, могут быть сменены на 2SD2438/2SB1587, 2SD2439/2SB1588 в таком же корпусе, а также на 2SD2589/2SB1659 в корпусе МТ-200.

Мощные транзисторы VT2, VT3 устанавливаются через теплопроводные подложки на общем радиаторе с площадью охлаждающей поверхности не менее 300 кв. см.

Конденсатор С3 — керамический на рабочее напряжение не ниже 50 В; допустима высоковольтная керамика. Индуктивность L1 в виде ферритовой бусинки выпаяна из неисправных компьютерных звуковых плат.

Многие детали для этой конструкции можно заказать в датагорском интернет–магазине «Радиодетали — почтой!».

Детали усилителя на два канала:


VT1 – Транзистор 2N5551 – 2 шт.,
VT2 – Транзистор 2SD2390 – 2 шт.,
VT3 – Транзистор 2SB1560 – 2 шт.,
VD1…VD3 – Диод 1N4148 – 6 шт.,
R1 – Рез.0,25 -510 Ом (голубой, красный, коричневый, золотистый) – 2 шт.,
R2 – Рез.подстр. 300 Ом Trim 3296W-1-301 – 2 шт.,
R3 – Рез.-0,25-200 Ом (красный, черный, коричневый, золотистый) – 2 шт.,
R4 – Рез.-0,25-1,8 кОм (коричневый, серый, красный, золотистый) – 2 шт.,
R5 – Рез.-0,25-150 Ом (коричневый, зеленый, коричневый, золотистый) – 2 шт.,
R6, R8 — Рез.-0,25-68 Ом (голубой, серый, черный, золотистый) – 4 шт.,
R7 – Рез.-0,25-33 кОм (оранжевый, оранжевый, оранжевый, золотистый) – 2 шт.,
R9 – Рез.-0,25-9,1 кОм (белый, коричневый, красный, золотистый) – 2 шт.,
R10 – Рез.подстр. 33 кОм Trim 3296W-1-333 – 2 шт.,
R11, R12 — Рез.-5-0,1 Ом SQP – 4 шт.,
R13 – Рез.-1-470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый, золотистый) – 2 шт.,
R14 – Рез.-0,5-20 Ом (красный, черный, черный, золотистый) – 2 шт.,
C1 – Конд. 220/25V 0812 +105°C– 2 шт.,
C2 – Конд. 470/16V 1013 +105°С – 2 шт.,
C3 – Конд. NPO 33 пФ 5% керам. имп. – 2 шт.,
С4 – Конд. 100/63V 1013 +105°C – 2 шт.,
C5 – Конд. 4700/50V 2235+105°С – 2 шт.,
C6 – Конд. 1/63V К73-17 – 2 шт.,
C7 – Конд. 470/63V 1321 105°C – 2 шт.,
C8 – Конд. 0,047/630V К73-17 – 2 шт.,
C9 – Конд. 0,68/63V К73-17 – 2 шт.,
L1 – Индуктивность Ferrite beads – 2 шт.,
X1, X2 – Клеммник 2К шаг 5 мм на плату ТВ-01А – 2 шт.,
X3…X6 – Клемма ножевая на плату TA-M/DJ610-6.3 – 8 шт.,
2A2318 – Подложка теплопроводная для ТО-218, ТО-247, с отв. – 4 шт.,
Печатная плата 70х85 мм – 2 шт.


Детали каждого канала УМЗЧ размещены на отдельной печатной плате, рис. 8.
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Рис. 8. Размещение деталей одного канала УМЗЧ

Внешний вид собранной печатной платы одного канала УМЗЧ показан в аннотации статьи.

Налаживание усилителя

начинают после тщательной проверки правильности монтажа. Особое внимание уделяют правильности установки транзисторов, оксидных конденсаторов и диодов, а также качеству пайки. Для упрощения налаживания движок подстроечного резистора R2 выставляют в положение минимального сопротивления, а движок резистора R11 – равного половине номинала.

При первом включении входные гнезда X1, X2 надо закоротить, к выходу подключить эквивалент нагрузки. Режимы работы не должны отличаться от указанных на принципиальной схеме более чем на 10%.

После двадцатиминутного прогрева резистором R10 выставляют напряжение в точке симметрии равным половине напряжения питания, а резистором R2 устанавливают ток выходного каскада 60 мА, по падению напряжения на резисторах R11, R12, равному 12 мВ.

При наличии контрольно-измерительных приборов снимают характеристики УМЗЧ.

Характеристики простого УМЗЧ:
Напряжение питания: 30 В;
Максимальная мощность при сопротивлении нагрузки 4 Ом: 20 Вт;
Ток потребления при максимальной мощности, не более: 1,0 А;
Частотный диапазон: 20 Гц…20 кГц (–0,5 дБ);
Коэффициент гармоник при выходной мощности 18 Вт: 0,03%;
Коэффициент усиления по напряжению: 11,5 (21,2 дБ);
Чувствительность: 775 мВ;
Выходное сопротивление, не более: 0,025 Ом.


Соединение УМЗЧ в устройстве выполняют проводом сечением 0,75 – 1 кв. мм. Ответной частью на провода служат ножевые клеммы 6,3 мм (лучше изолированные), рассчитанные на указанное сечение провода. Обжим ножевых клемм выполняется специальным инструментом (рис. 9). Пассатижи, молоток или пайка не дадут качества соединения, достигаемого с помощью инструмента.
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Рис. 9. Клещи для обжима клемм и контактов на провод


При включении усилителя в звуковоспроизводящий тракт следует учесть, что он инвертирующий. Необходимо принять меры, чтобы тракт в целом сохранял фазу сигнала, т.е. был неинвертирующим. Например, учесть данный факт сменой полярности подключения проводов акустической системы.
Впрочем, ЦАПы некоторых проигрывателей (например, Pioneer BDP-170) инвертируют фазу входного сигнала, что, однако, никак не отражено в руководстве пользователя.

Итоги

С точки зрения требований к аудиоусилителю мы имеем дело с идеальной структурой. Всего один каскад усиления напряжения и усилитель мощности на комплементарных эмиттерных повторителях обладают однополюсной АЧХ с минимальным затягиванием переходного процесса.

Достоинства усилителя (один каскад усиления напряжения) являются и его недостатками. Чтобы получить малые нелинейные искажения нужно большое усиление в петле отрицательной обратной связи, которое затруднительно получить на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Отвечая на вопрос, заданный на форуме [4], скажу, что УМЗЧ на основе однокаскадной структуры приближены к ламповому звуку в том плане, что что как и ламповый усилитель без отрицательной обратной связи в классе А, субъективно звучат громче, чем «навороченные» транзисторные усилители. Объяснить этот факт не могу ничем, кроме лучшей переходной характеристикой рассматриваемых усилителей.

Независимо от примененной элементной базы (кремний или германий) схема достойна повторения, поскольку однокаскадная структура дает фору массе схем, представляющих из себя операционный усилитель (дифференциальный каскад, усилитель напряжения, усилитель мощности).

Классическая структура и в прошествии полувека способна радовать любителей чистым, прозрачным звучанием при неплохих технических характеристиках и предельной простоте схемы.


Известным недостатком схемы является низкое входное сопротивление, что нужно учесть при подключении источников сигнала, чтобы не допустить перегрузки.

Развитие

Можно ли улучшить характеристики усилителя? Можно, если увеличить коэффициент усиления без обратной связи.
Я выполнил в системе моделирования следующие усовершенствования усилителя (рис. 7):
 — поставил тройку выходных транзисторов вместо используемой двойки;
 — заменил резистор R4 источником тока;
 — установил дополнительный эмиттерный повторитель между усилителем напряжения и выходным каскадом.

Результаты весьма обнадеживают, позволяют проверить в работе несколько схем, но это будут совсем другие усилители.
Наверх

Хорошая новость - кит Datagor Project 008 «GeAmp1970»

Мы рады сообщить вам о появлении нового кита Datagor Project 008 «GeAmp1970». Усилитель на германиевых транзисторах. Набор для сборки на основе замечательной схемы по мотивам усилителя из 1970 года [1]. Кит явился результатом наших с Игорем длительных проб и обсуждений.
Ретро–конструкция обладает неутомительным и прозрачным звучанием и позволит не утратить связь времен.
Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце

Проект лёгок в сборке и налаживании, позволяет экспериментировать, использует простой однополярный источник питания и отлично подходит для начинающих.
Конструктивно детали усилителя располагаются на двух печатных платах.


Мы с другом Владимиром впервые собрали подобный усилитель в восьмом классе средней школы. Он замечательно отыграл на одной из вечеринок, которая до сих пор помнится.
В дальнейшем довольно часто эта конструкция служила «разрушителем легенд» высокого качества звучания многих схем УМЗЧ, опубликованных в радиолюбительской литературе. Собираешь сложный усилитель с прекрасными характеристиками, слушаешь, а спустя некоторое время под руку попадается эта схема на пяти транзисторах, начинаются сомнения, приводящие к дальнейшему поиску…
Наверх

Файлы

Принципиальная схема и чертеж печатной платы:
Файловый сервис доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.


Список использованных источников

1. Иванов В. Бестрансформаторный УНЧ // Радио, 1970, №2, с. 29, 30, 3-я страница обложки.
2. Левинзон Г.Л., Логинов А.В. Высококачественный усилитель низкой частоты. – М.: Энергия, 1977. – 120 с. 
3. Цихисели Ж. Германий превыше всего (Практика AV) // AudioVideo, 2003, №6 (//www.salonav.com/Praktika/6.2003/HTM/tranz.htm).
4. Классическая схема усилителя на Ge германиевых транзисторах - Форум на Датагоре.
5. Пугачев И. Украдет ли усилитель «виртуальную глубину»? // Радиолюбитель, 2000, №9, с. 3, 4.
6. Пугачев И.С. 50 лет в строю УМЗЧ // Радиомир, 2004, №8, с. 9 – 11.
7. Пугачев И. УМЗЧ с «виртуальной глубиной» на трех транзисторах // Радиомир, 2008, №10, с. 3 – 5.

Об авторе

Владимир Мосягин (MVV)
Россия, Великий Новгород
Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому радиоинженер. К.т.н.

Автор книг "Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником", "Секреты радиолюбительского мастерства", соавтор серии книг "Для прочтения с паяльником" в издательстве "СОЛОН-Пресс", имею публикации в журналах "Радио", "Приборы и техника эксперимента" и др.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 141

Поделись с друзьями!


Связанные материалы:


Усилитель для наушников "Green JLH". Класс А на трёх транзисторах

Доброго воскресного утра, датагорцы! Предлагаю полезную конструкцию выходного дня: сделаем простой...

«Негитарный» усилитель на германиевых транзисторах или злоключения древней платы

Вместо эпиграфа:  — И кто-ж такую фигню нагородил? Руки б этому изобретателю...

Радионяня (бэби-монитор) FM 90МГц на трёх транзисторах

Это устройство будет полезно тем радиолюбителям, у которых есть маленькие дети. Когда дети...

Схемка в блокнот. Низковольтный стабилизатор напряжения (от 0,7V; пригоден для

При изготовлении разного рода устройств с использованием мобильного телефона (МТ), например GSM...

ВЧ детектор

Данный ВЧ детектор был изготовлен практически из подручных деталей с целью определения...

Анонс: доступен новый кит Project-6 "Power Filter"

С 25-08-2012 доступен датагорский кит на базе рассмотренного в статье прототипа! Забирайте на нашей...

Простой пробник-измеритель полевых JFET транзисторов

Вот уж не думал, что придется развлекаться с полевыми транзисторами. Когда транзисторы попали...

Реинкарнация компьютерных БП. Часть 2

Если уж брать от убитого компьютерного БП, то - по максимуму. А это значит, что кроме перечисленных...

УНЧ из доступных деталей

Хочу предложить начинающим любителям качественного звуковоспроизведения одну из разработанных и...

Усилитель "The Naked Amp" на 3-х транзисторах.

Этот усилитель я собрал 4 месяца назад на работе из того, что было под рукой. Название усилителя...

Радиолюбительский High-End. 40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет.

Радиолюбительский High-End. 40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет. Малая энциклопедия...

Полупроводники. Часть первая: Электрические свойства полупроводников.

Эта статья в основном предназначена для тех, кто только-только начал первые шаги в области...
<
  • Гражданин
10 февраля 2016 16:14

Сергей / химик

  • Регистрация: 11.08.2009
  • Публикаций: 4
  • Комментариев: 31
 
  • 0
Отличная статья! Беру на заметку hi

<
  • Гражданин
10 февраля 2016 17:37

Николай / spb-nik

  • Регистрация: 14.01.2012
  • Публикаций: 6
  • Комментариев: 26
 
  • 0
Статья заслуживает внимания, только вот эта строчка под первой схемой сразу бросается в глаза.
Предложенная схема представляет собой усилитель постоянного тока, в котором усиление по напряжению осуществляется каскадом на транзисторе VT1

<
  • Подписчик
10 февраля 2016 18:48

Александр / Allroy

  • Регистрация: 30.04.2014
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 27
 
  • 0
Как всегда на ОТЛИЧНО! Все ваши конструкции представленные на сайте собирал, и этот усилитель не пройдет мимо меня!

<
  • Автор
10 февраля 2016 18:49

Владимир Мосягин / MVV

  • Регистрация: 22.09.2011
  • Публикаций: 36
  • Комментариев: 143
 
  • +3
Николай, если режет глаз, можно по-другому:
Предложенная схема представляет собой усилитель постоянного тока с непосредственной связью. Предварительный каскад на транзисторе VT1 усиливает сигнал по напряжению и работает в классе А. Выходной каскад является усилителем мощности, работающим в классе АВ с небольшим током покоя. Он выполнен на мощных транзисторах VT4, VT5 одного типа проводимости. Каскад на комплементарных транзисторах VT2, VT3 играет роль фазоинвертора.
Выходной каскад с фазоинвертором можно представить как квазикомплементарную структуру. Верхнее плечо (транзисторы VT2, VT4) представляют собой составной эмиттерный повторитель – схему Дарлингтона, а нижнее (транзисторы VT3, VT5) – усилитель со следящей обратной связью, называемый по – другому схемой Шиклаи.

<
  • Кандидат
10 февраля 2016 18:58

Сергей / lafferenz

  • Регистрация: 22.11.2008
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 4
 
  • 0
Кит именно по этой статье?
Если так, то можно ли отдельно печатную плату, т.к. ВСЕ детали уже есть в наличии.

<
  • Автор
10 февраля 2016 19:14

Владимир Мосягин / MVV

  • Регистрация: 22.09.2011
  • Публикаций: 36
  • Комментариев: 143
 
  • 0
Сергей, Александр, спасибо. Испытайте усилитель, не пожалеете!


<
  • Подписчик
10 февраля 2016 19:27

Александр / Allroy

  • Регистрация: 30.04.2014
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 27
 
  • +1
На рис.5 по схеме у конденсатора С1 полярность перепутана.

<
  • Главный редактор
10 февраля 2016 20:17

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • Регистрация: 25.02.2011
  • Публикаций: 262
  • Комментариев: 1607
 
  • 0
Ребяты, всем спасибо, сейчас всё исправим и почистим!

Цитата: lafferenz
Кит именно по этой статье?
Если так, то можно ли отдельно печатную плату, т.к. ВСЕ детали уже есть в наличии.

Дружище, если вам лень пройти по ссылке, то вам не нужен кит.

<
  • Главный редактор
10 февраля 2016 20:36

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • Регистрация: 25.02.2011
  • Публикаций: 262
  • Комментариев: 1607
 
  • 0
Добавлено пояснение, чтоб "не резало глаз" smile
Загружена исправленая схема.

<
  • Гражданин
11 февраля 2016 02:34

Сергей / химик

  • Регистрация: 11.08.2009
  • Публикаций: 4
  • Комментариев: 31
 
  • 0
Владимир, а транзисторы 2sd с бешеным h21э можно заменить на кт825 или сборку 819 + 3102 или схема расчитана только на транзисторы с усилением около 5000?

<
  • Главный редактор
11 февраля 2016 12:05

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • Регистрация: 25.02.2011
  • Публикаций: 262
  • Комментариев: 1607
 
  • +1
Сергей, изюм схемы в том числе и в этих аудио-дарлингтонах.
Чтобы получить заявленные параметры и ожидаемое звучание, желательно применить указанные транзисторы или описанные в статье аналоги.

Конечно, ни что не мешает вам попробовать эксСССР транзисторы и рассказать нам, что получилось.

Передаю слово Владимиру. drinks

<
  • Автор
11 февраля 2016 12:32

Владимир Мосягин / MVV

  • Регистрация: 22.09.2011
  • Публикаций: 36
  • Комментариев: 143
 
  • +1
Спасибо, Игорь!
Замену на КТ825 не рекомендую. Выходные эмиттерные повторители могут быть выполнены на указанных Сергеем не дарлингтоновких транзисторах, нелинейные искажения усилителя возрастут.

<
  • Гражданин
11 февраля 2016 21:47

Сергей / химик

  • Регистрация: 11.08.2009
  • Публикаций: 4
  • Комментариев: 31
 
  • 0
Цитата: Datagor
Конечно, ни что не мешает вам попробовать эксСССР транзисторы и рассказать нам, что получилось.
Завтра постараюсь доделать саб и начну пробовать wink

Еще вопрос.
При снижении питания в какую сторону изменяться нелинейные искажения?
Мне нужно получить 2 усилителя по 8 - 10W и 2 по 2W.

<
  • Кандидат
12 февраля 2016 00:27

Cергей / ETLIK

  • Регистрация: 14.03.2010
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 2
 
  • 0
Владимир, точки квазинулевого потенциала цепи параллельной отрицательной обратной связи (ООС) в схемах, показанных на рис. 1, 7 и рис. 5, различаются. В чем особенность применения указанных схемотехнических приемов?

<
  • Автор
12 февраля 2016 01:45

Владимир Мосягин / MVV

  • Регистрация: 22.09.2011
  • Публикаций: 36
  • Комментариев: 143
 
  • +1
Сергей (химик), при понижении напряжения питания усилителя нелинейные искажения немного растут. Нужно принять во внимание, что питание усилителя по хорошему надо бы стабилизировать, чтобы не изменялся ток усилителя напряжения на VT1.

Сергей (ETLIK), переформулировал вопрос в вашем посте.

В схемах, изображенных на рис. 1 и рис. 7 немного меняются режимы работы усилителя по постоянному току при подключенной и отключенной нагрузке (акустической системе – АС).

Поскольку настройка режимов по постоянному току (резистором R2 в схеме рис. 1 и резистором R10 в схеме рис. 7 соответственно) производится при подключенной АС, на этот факт можно не обращать внимания.

В схеме, изображенной на рис. 5 я показал, как избежать этого, хотя и незначительного, недостатка.

Здесь точка квазинулевого потенциала образована соединением элементов R1, R14, C3 и C6. Входной разделительный конденсатор С3 находится в петле ООС, при этом обеспечена низкая частота среза фильтра высоких частот (C3, Rвх), в районе единиц герц, практически не влияющая на результирующую амплитудно-частотную характеристику.

<
  • Гражданин
12 февраля 2016 21:32

Михаил Сапожников / mikesp

  • Регистрация: 19.03.2010
  • Публикаций: 8
  • Комментариев: 132
 
  • +2
Респект автору.
Многие родившиеся в 60-е проходили германиевую схему на 5-ти транзисторах. Впоследствии или "клевали" на брэнды, такие как схемы уважаемого Шушурина и др., или возвращались к лампам, хотя кто-то осознавал, что лучшее - враг хорошего.

Мой первый усь был ламповым, сначала моно на одной 6Ф3П, затем превратившийся в стерео на двух таких лампах.
Следующий был из "Юного Техника" по описанной выше схеме. Ламповый радовал в общем-то больше.

Хотя спустя годы я еще раз сделал такой же, как и у автора на "германии". Честно говоря звучал мягко, даже где-то по-ламповому. Наверное, из-за более плавной характеристике, чем у кремния "ступенька" была глаже, чем у кремния, и легче отслеживалась ООС.

Недостаток усиления однокаскадного уся напряжения вносит гармоники низкого порядка, что не так портит звук, как жесткая ступенька, больше присущая кремниевому "выходу", вносящая гармоники порядка 30-х или даже 40-х.

Именно даже очень малые гармоники высокого порядка "прячут" заметное отличие на слух скрипки Гварнери от Страдивари (грубый пример). Так что не зря так любим "германий".

Однако если суметь удалить "ступеньку" в кремнии вообще, то кремний тоже порадует слух. В журнале "Радио" есть несколько моих публикаций именно о решениях, решающих эту проблему в продолжении идей уважаемого покойного Ивана Тимофеевича Акулиничева.

У кого есть возможность не проигнорировать "германий", сотворите и послушайте.
Он порадует ваш слух.

<
  • Гражданин
13 февраля 2016 02:48

Михаил Сапожников / mikesp

  • Регистрация: 19.03.2010
  • Публикаций: 8
  • Комментариев: 132
 
  • +1
В свое время я экспериментировал с хорошо известной схемой Джона Л. Худа в классе А, в кот. сократил каскад усиления напряжения на один каскад (правда, сделав его на составном транзисторе). Он конечно стал требовать бОльший уровень входного сигнала, но звучание стало еще лучше - кристальнее. По подобной схеме когда-то я опубликовал в Датагоре усь для наушников. Так что я продолжаю быть за "короткие" усилители. Надо полагать, чем меньше каскадов охватывает ООС, тем меньше искажений, вызванных, пусть и незначительной, фазовой задержкой.

И еще я против Дарлигтонов. Сопротивления, шунтирующие базо-эмиттерные переходы вторых в них транзисторов, слишком высоки порядка десятка кОм и не справляются с разрядкой паразитной емкости переходов база - эмиттер, что не лучшим образом сказывается на искажениях, и снижает устойчивость к самовозбуждению.

<
  • Кандидат
13 февраля 2016 12:55

Валерий / Wal

  • Регистрация: 10.11.2009
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 13
 
  • +1
Статья называется "Кремний против германия..." Я один не понял кто из них победил? По характеристикам понятно что кремний. Не факт что по звуку тоже.
А можно выложить схемку с доработками: с источником тока и эмиттерным повторителем? Которую симулировали. Просто для ознакомления, очень интересно.
Для германиевой версии можно предложить ещё один путь улучшения: раз уж выходной каскад собран по схеме Шиклаи, почему бы не добавить "диод Баксандала" (на транзисторе), который снижает искажения выходного каскада чуть ли не на порядок? Скорее всего на момент разработки исходной схемы о нём просто не знали, как и про цепь Цобеля.

<
  • Автор
13 февраля 2016 13:54

Владимир Мосягин / MVV

  • Регистрация: 22.09.2011
  • Публикаций: 36
  • Комментариев: 143
 
  • +1
Михаил, спасибо за ценные размышления. Магия простых усилителей заслуженно продолжает привлекать любителей.

Опасения по поводу Дарлингтонов были и у меня. Транзисторы 2SD2390/2SB1560 предназначены для аудиоусилителей, в них резисторы, шунтирующие базо - эмиттерные переходы мощного транзистора имеют невысокое сопротивление, 70 Ом.

Валерий, вы почти ответили на вопрос. Я хочу, чтобы любители испытали и сравнили усилители на германии и кремнии вживую, не опираясь на чьи-то выводы.

По схемам с доработками пишите в личку.

<
  • Кандидат
13 февраля 2016 18:23

Валерий / Wal

  • Регистрация: 10.11.2009
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 13
 
  • 0
На рисунке 5 диоды в цепи смещения нарисованы неверной полярности. Их перевернуть надо!

<
  • Главный редактор
13 февраля 2016 22:16

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • Регистрация: 25.02.2011
  • Публикаций: 262
  • Комментариев: 1607
 
  • 0
Валера, спасибо, перевернули! Отвыкли мы рисовать схемы с общим плюсом handshake

<
  • Гражданин
14 февраля 2016 04:46

Олег Гурин / guron

  • Регистрация: 7.09.2009
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 4
 
  • +1
Автор, как всегда, молодец! Усилитель №1 - стандартный, широко тиражируемый в СССР, вспомним ВЕГА 101, Аккорд 201 и Аккорд 001. Недавно восстанавливал другу Аккорд 001 - заново прослушал на нем свою фонотеку. Звук у германия мягкий, ненавязчивый. Сложно только найти комплементарные пары с одинаковым коэфициентом усиления.

<
  • Гражданин
24 февраля 2016 01:12

Игорь / AudioKiller

  • Регистрация: 10.01.2012
  • Публикаций: 3
  • Комментариев: 293
 
  • 0
За подробную и значительную работу ставлю десять плюсов.

<
  • Главный редактор
25 февраля 2016 16:11

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • Регистрация: 25.02.2011
  • Публикаций: 262
  • Комментариев: 1607
 
  • 0
Тёзка, я тут удалил всё лишнее.
Вы не пишите комментариев на НЕпрочитанные статьи, да ещё и на ночь глядя.
handshake

<
  • Гражданин
17 марта 2016 13:03

Михаил / mikar

  • Регистрация: 2.02.2013
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 3
 
  • 0
Можно ли в "кремниевом" усилителе вместо пары оригинальных 2SD2390/2SB1560 использовать их "китайские клоны" D2390/B1560 ?

<
  • Главный редактор
17 марта 2016 20:19

Игорь Петрович Котов / Datagor

  • Регистрация: 25.02.2011
  • Публикаций: 262
  • Комментариев: 1607
 
  • 0
Михаил / mikar,
если китайские клоны обеспечивают штатные параметры, то почему нет?
Но ведь кроме китайцев и, после опытов, вас - об этом никто не знает.
smile

<
  • Гражданин
22 апреля 2016 17:23

Аурел / AKM

  • Регистрация: 15.08.2009
  • Публикаций: 3
  • Комментариев: 13
 
  • 0
Схему №1 приходилось мучить. О диапазоне в 20кГц - затрудняюсь. Небыло тогда у меня таких источников сигнала. Но несколько раз менял германиевый n-p-n на кремниевый (с сохранением величины тока покоя) и казалось, что с высокими становилось лучше. И наоборот если в подобной схеме на кремниевых транзисторах, p-n-p заменить на германий - звук становился мягче, привычнее что-ли. Также нравился звук когда только фазоинвертный каскад был германиевым (VT2,VT3).

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.