Взяться за улучшение схемы JLH на германии меня заставило мнение давнего приятеля по форуму и грамотнейшего радиоинженера о том, что схема эта не может стабильно работать в принципе, она сделана так, что ток покоя с нагревом транзисторов и ростом окружающей температуры ведет к лавинному росту тока с аварией в финале. И если кремниевые транзисторы вяло реагируют на сильный нагрев, то с германием все обстоит сложнее — предельная температура кристалла Ge всего 85º, явно меньше 150º у кремния.
БОРЬБА С ТЕМПЕРАТУРОЙ
Изрядно повозившись с макетом Худа на германии, выяснил, насколько меняется базовый потенциал транзисторов и куда лучше заводить термокомпенсирующую цепь для устойчивости схемы к нагреву. Были разные варианты, включающие два термозависимых источника смещения, один на радиаторе, второй на плате; опробован регулируемый терморегулятор на германиевом транзисторе. Все они давали некий условный результат, но с нагревом ток покоя увеличивался до неприличных значений. Да и сложность с установкой терморезистора ММТ-9 в виде шайбы без выводов не устраивала.
Схема
Решение сложилось невыносимо жарким июльским вечером, тут же было опробовано и дало уверенно хороший результат.
Идея такова. Базовое смещение драйверного транзистора П 605 (см. схему), задается коллекторным током входного транзистора ВС550. Но, в отличие от классической схемы JLH, базовый резистор у нас не простой, а терморезистор, ММТ-4, 2,2 кОм. Он реагирует на нагрев окружающего воздуха и нижнего по схеме транзистора ГТ806. И главная идея в том, что он закреплён не на радиаторе, а на одноваттном эмиттерном резисторе 1 Ом, по которому течёт ток покоя. Чем выше ток, тем сильнее нагревается ММТ-4. Оба резистора впаяны рядом и тесно прижаты, а для лучшей теплопередачи между ними слой вязкого силикона. Опыт показал, что такого конструктива вполне достаточно.
Схема уверенно заработала, даже в жару и на предельных режимах, с питанием до 30 В и током в 1 А, т.е. при 15 тепловых ваттах на транзисторе. Но для полной надежности схемы пришлось доработать и этот вариант.
Дополнительную стабильность тока покоя дало увеличение эмиттерного резистора нижнего этажа с одного Ома до трех. Потери полезной мощности, создаваемые резистором, устраняет шунтирующая резистор емкость, ее оптимальное значение от 3300 до 4700 мкф. Большая емкость не возбраняется. тем более. что небольшое напряжение на ней не требует рекордных габаритов. Резистор 3 Ома состоит из двух, 2 Ома 2 Вт — и прежнего, 1 Ом 1 Вт, контактирующего с терморезистором.
Дальнейшие измерения и наблюдения дали некоторые цифры, на которые можно опираться при выборе драйверного и выходных транзисторов.
С радиаторами на 500 кв. см схема стабильно работает без ухода в разогрев при тепловой мощности 10 — 12 Вт на одном выходном транзисторе. В переводе на цифры режима будет примерно так: 12 В/0,8 — 1,0 А, или 10 В/1 — 1,2 А, или 15 В/0,7 А. Зачем нам этот букет цифр, расскажу позже.
Питание, при котором проводились измерения и прослушивания, в основном 24 — 27 В. Оно стабилизированное, но позже собран обычный нестабилизированный источник на 27 В. При желании можно запитать все от импульсного ИП, желательно качественного, скажем, MeanWell.
Напряжение 30 В подавались кратковременно, чтобы измерить максимальную выходную мощность, которая на 8 Ом составила 8,5 Вт. Но даже снижение питания до 15 — 18 В на средней громкости к искажениям сигнала на слух не привело. Характер звучания в целом прежний, красивый, с глубоким рокочущим низом и ясной живой серединкой. Субъективно ближе к ламповому, но не ламповое, а свое и приятное.
Настройка, измерения и прослушивание
Особенность схемы в том, что на токостабилизирующих резисторах R10 — R11 ток покоя около 1 А создает падение 2,7 — 3,0 В. Остальное напряжение питания делится поровну между выходными транзисторами.
Наша задача при настройке установить на выходе напряжение, равное половине питания плюс эти 2,7 — 3 В. Скажем, для напряжения 24 В и тока 1 А устанавливаем подстроечником Р1 напряжение на коллекторе Т4 (24 — 3)/2 = 13,5 В.
Ещё лучше — с осциллографом по симметричному ограничению верхушек синусоиды.
Подобно схеме Джона Линсли Худа, данную схему желательно оптимизировать под конкретную нагрузку. Для работы на 10 — 12 Ом напряжение питания повышается, а ток покоя понижается. Для низкоомной акустики 4 — 6 Ом питание понижаем, ток увеличиваем.
Приведенная на схеме обвеска рассчитана на питающее напряжение 24 — 27 В и нагрузку 8 — 10 Ом. При этом ток покоя составит примерно 0,7- 0,8 А при 24 В и 0,9 — 0,94 А при 27 В.
Для перестройки схемы под низкоомную нагрузку мы уменьшаем не только питание, но и резистор R8 в коллекторе драйверного транзистора, П605, чтобы ток через него (и его коллекторную нагрузку) оставался примерно 28 мА. Полезно будет при настройке включить в минус питания амперметр на пару ампер.
Но все же нужно заметить, что схема не рассчитана на низкоомную акустику, усиление до введения ООС невелико. Зато на 10 — 8 Ом её поведение безупречно. Мощность на 8 Омах примерно 8 Вт, полоса полной мощности 10 Гц — 200 кГц, а на половинной — до 300 — 400 кГц.
Единственный корректирующий конденсатор С4 убирает крохотный пичок на переходной характеристике. Схема устойчива, меандр до 100 кГц симметричный, синусоида без видимых искажений. Чувствительность со входа примерно 0,7 В до начала ограничения.
Схема прослушана в моно варианте, с колонкой невысокой чувствительности на «Сканспике». Звуковой баланс ровный, с легким акцентом в средину, средина ясная, бас глубокий, наполненный. Звучание в целом неутомительное. Ток покоя установился на 0,94 А и держался все время без изменений. При включении никаких неприятных хлопков, щелчков или фона не было. В паузе тишина.
JLH на ГТ806, питание 27 В, нагрузка 10 Ом. На выходе 3 В
JLH на ГТ806, питание 27 В, нагрузка 10 Ом. На выходе 6 В
Питание
При макетировании и настройке применялся стабилизированный блок до 30 В с током 2,5 А. После настройки схема переведена на питание от нестабилизированного выпрямителя по схеме C-R-C. Подойдёт накальный трансформатор на четыре обмотки по 6, 3 В с током 5 А (на оба канала) либо одна вторичка на 24 В с таким же током. Мост — на диодах Д303 — 305, либо на кремниевых 2Д213, после него емкость 4700 мкФ х 50 В (10 000 мкФ для стерео варианте), от нее через резисторы на 1 Ом 1 Вт питание подается на емкость 33 000 мкФ х 50 В на каждый канал. И еще одна емкость, 2200 мкФ х 35 В, впаяна в плату.
Хороший вариант- 19-вольтовое питание для ноутбука, оно обеспечит оба канала усилителя, совершенно бесшумное и с защитой. Есть подобные и на 24 вольта.
И в завершение темы хочу предложить простую, надежную, безопасную и, главное, очень звучную схему усилителя на германии по однотактной схеме с резисторной нагрузкой выходного транзистора.
Мощность ее невелика, всего пара ватт, но самое главное, она без сюрпризов, работает сразу, настройка несложна — нужно лишь выставить напряжение на выходе 2/3 от питания. Звук ее понравился даже больше, чем основной вариант, хотя параметры скромнее. С нее можно начинать макетирование УНЧ на германии, а потом переходить к более мощному усилителю. Хотя. может случиться, что такого желания и не возникнет))
Схема уверенно работает от питания 30 В, ток 1,3 А, резистор в эмиттере выходного транзистора 15 Ом 50 Вт, прикручен на небольшой радиатор. Указанный номинал R9 10 Ом 25 Вт был стартовый, позже был уточнен под конкретное питание и мощность.
Замеры спектра всех трех усилителей на германии порадовали. Спектры короткие, чистые, триодные, рост гармоник плавный. Вот как выглядит сигнал 3 В на 10 Омах, 6 В и 7 В, близко к ограничению.
Часть четвертая, самая интересная
Как обычно, если о чем-то постоянно думать, то решение придет. Так и случилось в этот раз, когда в попытках сделать схему устойчивой к нагреву и безопасной в эксплуатации идея пришла сама.
Вспомнил. что лежат без дела непарные транзисторы, Р-латералы от Exicon, 20Р20.У них есть замечательное свойство: с нагревом ток покоя падает. К тому же они очень линейны и надежны.
Макет подтвердил идею, схема сложилась сразу, запустилась без проблем. Ток покоя после прогрева не вырос, а наоборот, немного снизился и держался без изменений. Измерения тоже порадовали.
Полоса полной мощности составила 250 кГц, выходное напряжение на нагрузке 10 Ом при питании 30 В получилось 9 В. Выходное сопротивление схемы 0,25 Ом. Ток покоя напрямую зависит от напряжения питания. При 27 В он будет 0,9 — 0,94 А, при 30 В — от 0.96 до 1, 2 А. Но для надежности подавать 30 В можно при наличии радиатора не менее 1000 кв. см. При этом транзистор не нагреется выше 50 градусов, что происходит сейчас в макете при 500 кв. см.
Измерен спектр данного усилителя, на условной мощности 1 Вт. Спектр чистый и короткий, триодно- однотактный. Ограничение красивое и симметричное, меандр ровный без выбросов. Смотрим картинки.
Это спектр усилителя на выходной паре ГТ-806 и Р-латерале Exicon 20Р20. Мощность 1 Вт на 10 Ом (чуть выше 3 В на выходе). KYB около 0,1%, -60 дБ по второй гармонике, остальные у плинтуса.
Уменьшение сопротивления нагрузки с 10 до 5 Ом ведет к росту гармоник. Схема явно на неё не рассчитана, хотя на слух все очень неплохо.
Эта схема может быть полезной по причине наличия Р-латералов 2SJ162 в «Промэлектронике», они по параметрам такие же. И если не смущает одновременное применение в схеме винегрета из разных транзисторов, то эта схема — то что нужно.
Успехов! Ваш АБ.
Комментарии [15]
АБ
Предложу идейку, возникла недавно. У нас термостабилизация нижнего этажа выходного каскада производится нагреваемым терморезистором 2.2к в базе драйвера, который контактирует с эмиттерным резистором в 1 Ом 1 вт. И если этот эмиттерный резистор намотать манганиновым проводом прямо поверх терморезистора , спиралью, то тепловой контакт будет стопроцентный и независимый от расстояния и наличия термопасты. Идея навеяна конструкцией подогревного терморезистора ТКП-300а, он успешно заменил мне редкий нынче ТПМ2-0,5, работающий в АРУ генераторов типа Г3-102, Г3-36 и пр.
АБ
Идея терморезистора в базе выходного транзистора с подогревом током покоя усилителя увяла по причине отсутствия нужного конструктива такого резистора.
Резисторы в виде трубочки (КМТ-4 ММТ-4) начинаются с 1 килоома. А нам нужен резистор в районе 40 Ом. такие бывают в виде диска или шайбы, обеспечить их нагрев по всей площади будет » во-первых, невозможно, а во-вторых, очень сложно»
Зато за время опытов с германиевыми Ашниками сложилось решение проще и удачнее всех прежних. Принцип простой, через балластный резистор и избыточное питание обеспечиваем усилителю ток, который сам себя стабилизирует, высаживая избыток тока на этом резисторе, без ухода в разгон. И даже в случае аварии и пробоя всех выходных транзисторов получаем только раскаленный или перегоревший резистор . Как сделать полный аварийный выключатель- дело техники.
АБ
За время от последней публикации по термостабильной схеме Ашника на германии вышел на самое простое и удачное в плане стабильности тока покоя решение.
Вся сложность была приспособить имеющиеся терморезисторы ММТ-9 особого конструктива под нашу задачу. Оказалось, что наиболее эффективно работающая точка приложения терморезистора- база -эмиттер выходного мощного транзистора нижнего этажа . Регулировка смещения в базе предыдущего по схеме драйверного транзистора дает вялый результат, но можно выполнить регулировку и там в виде транзистора, управляемого падением на эмиттерном резисторе мощника.
В целом, вся схема привязана к нижнему мощному транзистору, его стабильный ток отвечает за стабильность всей схемы. И наиболее просто обеспечить её регулировкой базового сопротивления , термистором в контакте с радиатором нижнего этажа. Чувствительность терморезистора получается даже выше требований, ток покоя снижается , налицо перекомпенсация, что устраняется подбором нужного резистора в пару к термику.
Идея стабилизации проверена на слабых по мощности , но дивных по звуку и по частотным свойствам П605а с током покоя 0,4А и напряжением на этаже 10-11 вольт, по 4 ватта тепловых на кристалл.Получилась роскошно звучащая схема с полосой под 500 кГц и мошностью 2. 5 ватта на 8-10 Ом. Радиаторы намеренно взяты небольшой площади, проверить реакцию схемы на нагрев. Ток держится уверенно. Для питания схемы удобно применить питающий ноутбук 19-вольтовый кирпичик, там хороший запас по току и надежная защита от аварии.
АБ
Отвечу сам себе, как в известной песне. До смешного доходит.
Битва моя с JLH на германии напомнила битву героини романа 12 стульев, Эллочки Щукиной с американкой Вандербильдихой , кто -кого .
И понимаю, что нестабильность связана в первую очередь с куриного размера радиаторами, не способными избежать перегрева и срыва терморегуляции , но чуда все равно хочется. На огромных радиаторах и инженер сделает нормальную схему. Но дилетантам типа меня закон не писан, поэтому с усердием, превозмогающим рассудок, ищу новые схемные решения, коих уже собралась тьма. Есть работающие шикарно, но хочется простоты и изящества. И я своего добьюсь)))
АБ
Тему термостабильного УНЧ на германии можно считать завершенной, наконец сложился узел слежения за током покоя, с которым схема стала управляемой и стабильной с нагревом. Результат порадовал, режимы усилителя держатся отменно.
Перебором вариантов вышел на простой и работающий способ управления током покоя одним датчиком — по двум параметрам, по нагреву радиатора выходного транзистора и по падению на эмиттерном резисторе, по совместительству- датчике тока покоя усилителя. Осталось сделать и отслушать рабочий макет новой схемы. Самое тяжкое позади.
АБ
Свежие новости с германиевых полей.
Выходной каскад по схеме JLH имеет выраженную несимметрию по этажам. Нижний транзистор включен по схеме с ОЭ, верхний с ОК. Разное усиление, внутреннее сопротивление, а особенно частотные свойства этоих включений заметно портят качество усилителя в целом.
Проверка разных транзисторов на частотные свойства привела к неутешительным выводам. Если в варианте повторителя транзисторы бегут за сотни килогерц. то в схеме с ОЭ валятся усилением уже с 5 -12 кгц. Кроме того, у некоторых растет сквозной ток.
Чисто случайно пришла мысль применить в нижнем этаже схемы транзистор с высокими частотными свойствами, а в верхнем взять что-то средней паршивости.
Для этого опробованы пары ГТ906 внизу- П215 вверху. Блестящий результат! До 200 килогерц у нас полоса на синусе, меандр красивейший, аж на 100кгц!
Далее применил импортные пары. Внизу легендарный AD167 Сименс, а вверху обычный тормозной транзистор ASZ1016 для стабилизаторов.
Результат превзошел ожидания. Полоса без спада усиления- до 40 кГц, до 100кгц бежит с некоторым снижением мощности. На 20 кгц вообще чисто и красиво. Ток покоя был небольшой, в дальнейшем попробую увеличить подводимую и отводимую мощность. В общем, результаи крепко порадовал и обнадежил.
Добавлю, что в процессе улучшения схемы JLH на германии вышел на простое и эффективное решение добиться стабильности схемы при нагреве и безопасности при аварии. Позже расскажу и по возможности поделюсь схемой.
АБ
В конце декабря 23 года и уже в начале этого нового года сложились решения по термостабилизации режима схемы JLH , позволяющее обойтись без терморезистора . Решений два, оба взаимодополняющие и очень эффективные. В итоге получилась очень простая, надежная и качественная схема. Надеюсь познакомить с ней читателей журнала .
Никитич
Ждем с нетерпением!
АБ
В двух словах, рост тока покоя в данной схеме с нагревом выходных транзисторов от тока или повышения забортной температуры вещь достаточно тяжело управляемая . В итоге вышел на питание схемы усилителя через мощный балластный резистор, снижающий напряжение питание с ростом тока .И при удачном сочетании у нас ток покоя подрастает на немного и остается на месте. Заодно появилась возможность отказаться от вольтдобавки в драйвере, запитав его от входного , повышенного напряжения, перед балластным резистором.
В итоге у нас резистор подает в схему ток, а напряжение плечей выходного каскада делится поровну с помощью общей ООС.
АБ
Добавлю, что есть решения , позволяющие увеличить усиление всей схемы до введения ООС. Это замена резисторной нагрузки драйверного транзистора на источник тока . Второй способ, проверенный в работе, это резистор в коллекторе драйвера П605, увеличенный до 820 Ом и запитанный от источника питания с удвоенным напряжением, 46 вольт. Емкость вольтдобавки в данной схеме не понадобилась, линейность и усиление выросли почти до уровня схемы с источником тока при некотором упрощении всей схемы.
АБ
Запитать схему усилителя двумя питаниями проще всего от трансформатора имеющего вторичку со средней точкой. Мостовой выпрямитель образует удвоенное напряжение для питания драйвера, а левая часть моста работает как выпрямитель со средней точкой, обеспечивает половинное напряжение для питания мощного выхода. Макет показал хорошую работу такого простого решения.
АБ
Проделал измерения выходных германиевых транзисторов из своей коллекции. Особенно интересны были недавно прибывшие легендарные AD161 и AD162 , комплементарная пара. Собрал простейшую измерительную установку , усилительный каскад с резисторной нагрузкой по схеме с общим эмиттером, получил интересные результаты. Почему именно с общим эмиттером- потому что в справочниках обычно приводится значение предельной частоты в схеме с общей базой, оно самое высокое, только сама эта схема практически не применяется в выходных каскадах.И эти высокие параметры сдуваются, если их пересчитать на каскад с общим эмиттером.
Если кратко, то AD161 и 162 в схеме с ОЭ и током 0,5А бегут до 40 кГц, 1Т910 АД до 320 кгц, ГТ806в до 500кГц, 1Т906а до 1 МГц П605 до 3 МГц.
Из того, что доступно на сегодня, остаются ГТ806, ГТ813 , ГТ 905-906 , а в раскачку им всем- П605, отменно работающий , не склонный к генерации без повода, крепкий, но имеющий дурное внутреннее сопротивление, потери на котором отметают идею постройки мощного выходного каскада. Там пара -тройка ватт , больше вряд ли. Наши пары ГТ703 и 705 не проверял, нет их в коллекции.
АБ
Вдогонку к сказанному , сегодня закупил очень интересные транзисторы в металле, ГТ906 и ГТ905 , с высокими предельными параметрами, в конструктиве П605 . Их на фирме оказался вагон, цена приятная. Займусь на досуге. Очень интересно.
Там еще коробка ГТ905 в пластике. Когда все металлические спалю, возьмусь за пластик))) АБ.
АБ
Добавлю комментарий к схеме 2023v.4, нижний этаж которой выполнен на недефицитном ключевом полевом транзисторе Р проводимости IRFP 9240, он комплементарный к N транзистору IRFP240 . У этих транзисторов порог открывания затвора побольше, нежели у латералов, в норме при токе покоя около ампера смещение затвора будет вольта 4. Оно складывается из напряжения затвор-исток и падения на токостабилизирующем резисторе в 1 Ом 1 вт, без него нельзя, ток покоя у вертикалов плывет вверх с нагревом. И как в первой версии на германии, от резистора греется терморезистор и убавляет смещение в базе драйвера, следовательно и на затворе полевика.
Эти полевики отличаются низким внутренним, высокой надежностью и мощностью, к тому же они доступны и недороги, в отличие от исчезающих на глазах латералах и моря подделок под них.
АБ
За дружескую помощь в оформлении схем — сердечная благодарность Сергею Юрьевичу Торопову. Он давно увлекается звуковой темой, акустикой и магнитозаписью, у него есть свои прекрасные схемы усилителей и корректоров RIAA .
Особенно интересны его корректоры на германии.