Усилитель нч на германиевых транзисторах. Усилитель на транзисторах: виды, схемы, простые и сложные. Работа в промежуточных классах

Пресытившись конструкциями на лампах и современных компонентах в последнее время в ностальгическом порыве маюсь конструкциями на германиевых транзисторах.

Начитавшись на форумах, что, дескать, из-за несовершенства технологии производства их параметры со временем сильно деградируют, для проверки своих запасов даже приобрёл промышленный измеритель параметров транзисторов и маломощных диодов Л2-54.

Протестировал более сотни разных экземпляров транзисторов и могу с удовлетворением отметить, что ни один не забраковал – все как минимум с полуторакратным (а чаще всего с 2-3 кратным) запасом соответствуют справочным данным. Так что совсем не грех их трудоустроить, тем паче, что в мою юность многие из них были столь же желанны, как и недоступны.

И начинаем традиционно – с постройки УНЧ .

Целый ряд популярных и по сей день радиолюбительских приемников, например , выполнены на германиевых транзисторах и рассчитаны на работу на дефицитные ныне высокоомные наушники. Рекомендуемые там же для повышения выходной мощности простые эмиттерные повторители способны обеспечить более-менее пристойное звучание лишь на связные низкоомные наушники (100- 600 Ом) или низкоомную нагрузку (4-16 Ом современные наушники или динамик), подключаемую через трансформатор с Ктр не менее 1/5 (1/25 по сопротивлению) и всё равно при малых уровнях сильно сказывается искажения типа ступенька. Можно, конечно, попробовать притулить туда современные УНЧ на ИМС, но они требуют плюсовое питание. Можно пойти еще дальше и перевести конструкции на современные транзисторы, но… теряется «изюминка», вкус времени — «ностальжи», так что это не наш путь.

Существенно улучшить качество звучания на низкоомную нагрузку и обеспечить громкоговорящий прием поможет усилитель мощности с глубокой ООС (рис.1 обведён синей рамкой), подключаемый вместо высокоомных наушников.

Как видим, его схема почти классика 60-70гг. Отличительной чертой является глубокая (более 32 дБ) ООС по постоянному и переменному току (через резистор R7), что и обеспечивает высокую линейность усиления (при средних уровнях Кг менее 0,5%, при малой (менее 5 мВт) и максимальной мощности (0,5 Вт) Кг достигает 2%). Несколько непривычное включение регулятора громкости обеспечивает повышение глубины ООС при уменьшении громкости, благодаря этому оказалось возможным сделать УНЧ более экономичным (ток покоя всего УНЧ ППП не более 7 мА) практически при полном отсутствии искажений типа «ступенька». Конденсатор С6 ограничивает полосу пропускания на уровне примерно 3,5 кГц (без него она превышает 40 кГц!), что также снижает уровень собственных шумов – УНЧ очень тихий. Уровень собственных шумов на выходе примерно 1,2 мВ! (при заземлённом левом выводе С1). Общий Кус со входа (с левого вывода С1) примерно 8 тыс. Т.о. уровень собственных шумов приведенных ко входу — примерно 0,15 мкВ. При подключении к реальному источнику сигнала (ФНЧ) за счет токовой составляющей уровень собственных шумов, приведенных ко входу, возрастает до 0,3-0,4 мкВ.

В выходном каскаде применены недорогие и надежные ГТ403. УНЧ способен выдать «на гора» и большую мощность (до 2,5 Вт на нагрузке 4 Ома), но тогда потребуется установить транзисторы на радиаторы и/или применить более мощный (П213, П214 и т.п.), но, на мой взгляд, 0,5 Вт и современном чувствительном динамике «за глаза» хватает даже при прослушивании музыки. Для усилителя НЧ пригодны практически любые германиевые низкочастотные транзисторы соответствующей структуры и Н21э транзисторов не менее 40 (Т2, T3, Т4 –МП13-16, МП39-42, а Т5- МП9-11, МП35-38). Если планируется применение этого УНЧ в ППП, то нужно, чтобы Т1 был малошумящим (П27А, П28, МП39Б). Для выходного каскада пары Т4,Т5 и Т6,Т7 желательно подобрать с близкими (не хуже +-10%) значениями Н21е.

За счет глубокой ООС по постоянному току режимы УНЧ устанавливаются автоматически. При первом включении проверяют ток покоя (5-7 мА) и при необходимости добиваются требуемого подбором более удачного экземпляра диода. Упростить эту процедуру можно, если воспользоваться китайским мультиметром. Он в режиме прозвонки диодов пропускает через диод ток примерно 1 мА. Нам нужен экземпляр с падением напряжения порядка 310-320 мВ.

Для испытаний мощного УНЧ была выбрана схема простого двухдиапазонного ППП RA3AAE. Давно хотел её попробовать, да всё как-то руки не доходили, а тут такая оказия (hi!).

Сразу сделал небольшие корректировки схемы (см. рис.3), которые здесь и опишу. Всё остальное, в т.ч. и процесс настройки смотрите в книжке .

В качестве двухзвенного ФНЧ уже традиционно применил магнитофонную универсальную головку, что обеспечило повышенную селективность по соседнему каналу. Катушка ФНЧ имеет довольно большую собственную емкость, поэтому она существенно нагружает ГПД, особенно если намотана не ПЭЛШО, а простым проводом типа ПЭВ, ПЭЛ (в т.ч. и магнитофонные ГУ). В этом случае собственная емкость катушки настолько велика, что весьма проблематично запустить ГПД с нормальной амплитудой на диодах — с этим сталкивались многие коллеги. Вот поэтому сигнал ГПД лучше снимать не с отвода катушки, а катушки связи, что исключает все эти проблемы и заодно полностью исключает попадание напряжение ГПД на вход УНЧ. Дабы не заморачиваться намоткой нашел подходящие готовые катушки и вперёд, к испытаниям ППП и неожиданно натолкнулся на серьезные «грабли» — при переключении на 40м диапазон амплитуда сигнала ГПД на катушке связи уменьшается в 2 раза! Ладно, подумал я, может у меня гранаты, то бишь катушки, не той системы (hi!). Нашел каркасы и перемотал строго по автору (см. фото)

и здесь надо отдать должное Владимиру Тимофеевичу — без дополнительных телодвижений сразу попал в указанные частотные диапазоны — как входных контуров, так и ГПД.

Но… проблема осталась, а это значит, что нельзя оптимально настроить смеситель на обоих диапазонах – если выставить оптимальную амплитуду на одном, то на другом диоды будут или закрыты или практически постоянно открыты. Возможен только некий средний, компромиссный, вариант установки амплитуды ГПД, когда смеситель будет более-менее работать на обоих диапазонах, но с повышенными потерями (до 6-10 дБ). Решение проблемы оказалось поверхности – использовать свободную группу переключения в тумблере для коммутации эмиттерного резистора, которым и будем устанавливать оптимальную амплитуду ГПД на каждом диапазоне. Для контроля и регулировки оптимальной амплитуды ГПД применим такую же методу, как в .

Для этого левый (см. рис.3) вывод диода D1 переключаем на вспомогательный конденсатор 0С1. В результате получается классический выпрямитель напряжения ГПД с удвоением. Этот своеобразный «встроенный ВЧ вольтметр» и дает нам возможность провести фактически прямое измерение режимов работы конкретных диодов от конкретного ГПД непосредственно в работающей схеме. Подключив для контроля к 0С1 мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения, подбором эмиттерных резисторов (с начала R3 на 40м диапазоне, затем R5 на 80м) добиваемся напряжения +0,8…+1 В – это и будет оптимальное напряжения для диодов 1N4148, КД522,521 и т.п. Вот вся настройка. Подпаиваем вывод диода обратно на место, а вспомогательную цепочку убираем. Теперь при оптимальном работающем смесителе можно оптимизировать (увеличить) его подключение к входному контуру (отвод делается не от 5 , а от 10 витка L2), тем самым повысить чутьё на 6-10дБ на обоих диапазонах.

По цепи питания мощного двухтактного УНЧ возможны большие пульсации напряжения, особенно при питания от батарей. Поэтому для питания ГПД применен экономичный параметрический стабилизатор напряжения на Т4, где в качестве стабилитрона использован обратносмещённый эмиттерный переход КТ315 (что было под рукой). Выходное напряжение стабилизатора выбрано порядка -6..-6,5в, что обеспечивает стабильную частоту настройки при разряде батареи вплоть до 7в. Из-за пониженного напряжения питания ГПД число витков катушки связи L3 увеличено до 8 витков. Но у КТ315 разброс по напряжению пробоя эмиттерного перехода довольно большой – первый попавшийся дал 7,5в – многовато, второй дал 7в (см. графики из )

– уже хорошо, применив в качестве Т4 кремниевый КТ209в получил требуемые -6,3в. Если не хочется заморачиваться с подбором, можно в качестве Т5 поставить КТ316, тогда Т4 должен быть германиевым (МП39-42). Тогда имеет смысл для унификации и в ГПД поставить КТ316 (см. рис.4), что положительно скажется на стабильности частоты ГПД. Именно такой вариант у меня сейчас работает.

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

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

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

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

Германиевый усилитель мощности — схема №1

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

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

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

Схема модернизированная

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

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

Немного о блоке питания

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

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

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах - музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин - практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

1. Класс «А» - ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно - чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД - свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД - менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток - полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений - не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше - до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется - характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, - обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление - несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков - 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток - существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная - в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий - порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности - они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная - с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм - наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h21 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 - 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h21 - 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения - это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле - сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 - 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h21. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое - обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, - с общим эмиттером. Одна особенность - необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.

Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина - повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог - например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток - 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора - он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку - наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем - должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука - выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.

Просматривая публикации в интернете, а также видеоролики на ресурсе YouTube, можно отметить устойчивый интерес к сборке относительно несложных конструкций радиоприемников различных типов (прямого преобразования, регенеративных и других) и усилителей звуковой частоты на транзисторах, в том числе и на германиевых.

Сборка конструкций на германиевых транзисторах является своего рода ностальгией, потому что эра германиевых транзисторов закончилась лет 30 тому назад, собственно, как и их производство. Хотя аудиофилы по прежнему спорят до хрипоты, что же лучше для высокой верности воспроизведения звука-германий или кремний?

Оставим высокие материи и перейдем к практике…

Есть планы повторить пару конструкций несложных радиоприемников (прямого преобразования и регенеративных) для приема в диапазоне коротких волн. Как известно, усилитель ЗЧ является обязательной составной частью любого радиоприемника. Поэтому было принято решение изготовить УЗЧ в первую очередь.

Усилитель низкой (или звуковой, кому как удобно) частоты будет изготовлен отдельным узлом, так сказать, на все случаи жизни…

УЗЧ будем собирать на германиевых транзисторах производства СССР, благо у меня их лежит разных типов наверное до сотни. Видимо настало время дать им вторую жизнь.

Для радиоприемника большая выходная мощность УНЧ не нужна, достаточно до нескольких сотен милливатт.Поиск подходящей схемы привел вот к этой конструкции.

Данная схема подходит как нельзя кстати. Выходная мощность -0,5 Вт, все транзисторы германиевые, к тому же имеются в наличии, частотная характеристика оптимизирована для радиоприемников (ограничена сверху частотой 3,5 кГц), достаточно большое усиление.

Принципиальная схема усилителя.

Все необходимые для сборки усилителя детали недефицитные. Транзисторы МП37, МП39, МП41 взял первые попавшиеся под руку. Выходные транзисторы ГТ403 рекомендуется подобрать по коэффициенту усиления, но я этого не делал-у меня было пару штук новых из одной партии, их я и взял. Входной МП28 оказался в единственном экземпляре, но исправный.

Все транзисторы были проверены омметром на исправность. Как оказалось, это не гарантия от неисправностей, но об этом ниже…Электролитические конденсаторы взял импортные, С1-пленочный, С5-керамический.

В программе SprintLayout создаем разводку печатной платы. Вид со стороны печатных проводников.

Собственно, печатную плату, изготавливаем при помощи ЛУТ, травим в хлорном железе.

Запаиваем все необходимые детали. Плата собранного усилителя выглядит так.

Поскольку выходная мощность усилителя невелика-радиаторы для выходных транзисторов не нужны. При работе они еле теплые.

Настройка усилителя.

Собранный усилитель нуждается в некоторой настройке.

После подачи питания 9В замеряем напряжения в контрольных точках, которые указаны на схеме, приведенной выше. На коллекторе транзистора VТ2 напряжение было минус 2,5 В при необходимых -3…4 В.

Подбором резистора R2 устанавливаем необходимое напряжение.

С каскадом предварительного усиления на транзисторах VТ1 и VТ2 никаких проблем в настройке не возникло. Иная ситуация сложилась с выходным каскадом. Замер напряжения на средней точке (точка соединения эмиттер VT6 и коллектор VT7) показал величину минус 6 В. Попытка изменить напряжения путем подбора резисторов R7 или R8 не привела к желаемым результатам.

Кроме того, был занижен общий ток покоя усилителя- 4 мА вместо 5…7 мА. Виновником неисправности оказался транзистор VT3. Он хоть и прозванивался омметром как исправный, но в схеме работать отказался. После его замены все режимы транзисторов усилителя установились автоматически согласно указанным на схеме. Напряжения на электродах транзисторов в моем экземпляре усилителя при напряжении питания 9В указаны в таблице.Напряжения измерены тестером DT830B относительно общего провода.

Ток покоя усилителя устанавливается подбором диода D2 типа Д9. С первым попавшимся диодом у меня получился ток покоя 5,2 мА, т.е. то, что нужно.

Для проверки работоспособности подаем от генератора звуковых частот Г3-106 синусоидальное напряжение уровнем 0,3 мВ частотой 1000 Гц.
На фото- уровень выходного напряжения примерно 0,3В по стрелочному прибору. Сигнал дополнительно ослаблен на 60 дБ (в 1000 раз) делителем на выходе генератора.

К выходу усилителя подключаем нагрузку –резистор МОН-2 сопротивлением 5,6 Ом. Параллельно нагрузочному резистору подключаем щупы осциллографа. Наблюдаем чистую, без искажений синусоиду.

На экране осциллографа цена деления по вертикали -1В/дел. Следовательно размах напряжения составляет 5В. Эффективное напряжение составляет 1,77В. Имея эти цифры можем вычислить коэффициент усиления по напряжению:Выходная мощность на частоте 1 кГц составила:

Видим, что параметры усилителя соответствую заявленным.

Понятно, что данные замеры не совсем точны, потому как осциллограф не позволяет замерять напряжение с высокой точностью (это не его задачи), но для радиолюбительских целей это не столь принципиально.

Усилитель имеет высокую чувствительность, поэтому при неподключенном никуда входе в динамике негромко прослушиваются шумы и фон переменного напряжения.

При закороченном входе все посторонние шумы исчезают.

Осциллограмма напряжения шумов на выходе усилителя при закороченном входе:

Цена деления по вертикали -20мВ/дел. Размах напряжения шумов и фона около 30мВ. Эффективное напряжение шумов-10мВ.

Другими словами-усилитель достаточно тихий. Хотя в авторской статье указывается уровень шумов -1,2мВ. Возможно, в моем случае сыграла свою роль не совсем удачная разводка печатной платы.

Подавая на вход усилителя переменное напряжения различных частот при неизменном уровне и контролируя выходное напряжение на нагрузке осциллографом можем снять график амплитудно-частотной характеристики данного УНЧ.

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

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

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

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

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