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.