Трансформаторни нискочестотни усилватели за ретро транзисторни радиоприемници
/kn34pc.com/конструкции/...

Появата на транзисторите в средата на петдесетте години на миналия век се превръща в революция в радиоприемната техника, наричана "радиотехника" по това време. Става възможно производството на джобни преносими радиа, работещи на батерии. Естествено техните нискочестотни усилватели са били също транзисторни, но и трансформаторни, като наследство от ламповите радиоапарати. В един сравнително дълъг период от време до към средата на шейсетте години на миналия век трансформаторните крайни стъпала, както са ги наричали тогава са били без алтернатива. Но трансформаторите са трудни за изработка и са големи за джобните приемници като са ограничавали мястото за разгръщане на другите части от схемата. С развитието на технологиите и усъвършенстването на транзисторите постепенно изчезва изходния трансформатор, а с появата на n-p-n транзисторите изчезва и драйверния трансформатор, а крайните стъпала стават безтрансформаторни. В началото единственият полупроводников триод е бил германиевият, а към седемдесетте години започва производството на силициевите транзистори и постепенно германиевите отпадат. Силициевата технология помага за появата и разработката на интегралните схеми.

Ако сте обърнали внимание на моята статия "Радиоприемници - китайски комплекти за сглобяване", вероятно сте забелязали, че наред с използването на транзистори в тези комплекти се използват и опростени трансформаторни нискочестотни стъпала. Например, като това най-често срещано транзисторно трансформаторно усилвателче:


сх. 1.

В една от моите разработки на джобен радиоприемник за СВ и УКВ с интегрална схема на TOSHIBA TA8122AN аз използвам именно тази схема. Разбира се в китайските комплекти се използват китайски транзистори S9013, S9014, а за високочестотната част обикновено S9018 или 3DG201. В оригинала резисторът R1 е със стойност 62 k (подбира се според консумирания ток).

Но именно сглобяването и експериментите с китайските комплекти ме тласна към опити за изграждане на ретро усилвателчета, първо с германиеви, а след това със силициеви транзистори с трансформатори. Избрах захранващи напрежения между 4,5V и 9 V. Целта на моите разработки беше работа на усилвателчетата по възможност в целия този захранващ диапазон и възможно най-малък ток на консумация. Веднага искам да отбележа, че повечето интегрални усилватели за джобни приемници черпят ток в режим на покои около 7-8 до 10 mA от батериите, а именно в това е предимството на ретро усилвателчетата – ток около 3-4 до 8 mA.

И така, реших да се върна в детството си и да реализирам схемата на НЧУ на българския радиоприемник "Ехо", конструиран в Завод "Воришилов" и произвеждан в завод "Слаботокова техника", Велико Търново.


сх. 2.

Тази схема е класически пуш-пул, реализиран с транзистори, а предимството й е в общия проводник - отрицателния полюс на батериите и съвпада с всички по-съвременни схеми, в които общата "маса" или "заземление" както се наричаше преди години е също минусът. За съжаление, не намерих оригинални трансформатори и се наложи да използвам руски от радиоприемник "Сокол". И за съжаление, независимо от избора на работна точка, с тези трансформатори се получи ефектът "сечене" в средата на характеристиката. Така, че продължих със следващите експерименти със същите трансформатори.

Продължих експериментите със следващата класическа схема на НЧУ, но реализирана с комбинация от силициев транзистор за драйвер и германиеви n-p-n транзистори за пушпул, като така общия проводник, масата, е отрицателния електрод на батериите:


сх. 3.

В принципната схема сх. 3, всъщност, са реализирани два начина за подаване на преднапреженеие на базите на крайните транзистори. При единия резисторът R5 не съществува, а преднапрежението се определя с R6 и обратно при втория. Както може да забележите, постепенно се отдалечавах от класическата схема и се опитвах чрез работната точка на предусилвателя да избера такава и за крайните транзистори, така че да мога с един избор да регулирам общо работните точки на трите транзистора. След този експеримент естествено стигнах до следния резултат от сх. 4:


сх. 4.

В горната схема всички транзистори са силициеви, а работната точка и на предусилвателя и на крайното стъпало се определя чрез същата на транзистора Т1, а стабилизирането на режима на пуш-пула е чрез силициевия диод 1N4148.

Вече имайки резултатите от експериментите до тук, установих, че въпреки наличето на диод определящ преднапрежението на крайното стъпало, ако изменям захранващото напрежение в по-широки граници, например 6V-9 V, консумирания ток въпреки това се променя съществено, а именно от около 5mA при 6 V, до 10-11 mA при 9 V. Последната схема стана базова за следващите ми опити, при които освен стабилизацията на режима на крайното стъпало въведох стабилизация на режима на предусилвателния транзистор Т1 чрез стабилитрон. И отново реших следващия експеримент да бъде с германиеви транзистори. Така се роди следната идея:


сх. 5.

Виждате, че работната точка на пушпула се определя по същия начин както при последната схема, но режима на T1 се стабилизра чрез два силициеви диода. Оказа се, че ефектът от този начин на свързване е уникален. При промяна на захранващото напрежение от 4 V до 12 V консумирания ток се променяше от 4 mA до 7-8 mA.

Разбираемо, след като реализирах тази схема с руски германиеви транзистори МП41 (МП39, МП40), реших да я изпробвам с български германиеви транзистори SFT322/323, които имах запазени съвсем нови:

След като полученият резултат се оказа повече от добър, оставаше да сменя полярността на транзисторите за да получа отново усилвателче с обща маса отрицателния полюс на батерията. Реализирах същата принципна схема с германиеви n-p-n транзистори, които намерих с големи трудности на пазара (все пак производството на германиеви транзистори е приключило още преди 40 години). Ето така изглежда следващото усилвателче с транзистори МП35/МП37/МП38 като предусилвател и AC176 като крайно стъпало:

След този успешен експеримент следващата стъпка беше преработване на тази принципна схема с цел използване на силициеви транзистори, които лесно се намираха на пазара и схемата придоби следния вид:


сх. 6.

Използваните транзистори са японски SC828 и SD467, идеално се заменят с КТ315Б/Г. Стабилизацията на режима на предусилвателя се извършва със стабилитрон към който последователно е свързан силициев диод с общо напрежение 3.5-3.6 волта. Въведох две обратни връзки чрез R3 и групата R6-C7, които значително подобряват звученето, но намаляват чувствителността на входа на усилвателчето.

Един ден, преглеждайки старите си технически книги, попаднах на "Справочник радиолюбителя", издание 1971 г., издателство Киев където открих интересна схема, която се опитваше с един германиев диод да стабилизира както работната точка на предусилвателния транзистор, така и на крайните. Естествено, веднага се заех с реализацията й:


сх. 7.

Но преди да поставя за Т1 силициевия транзистор BC547C използвах руския n-p-n германиев транзистор МП37. Едно друго предимство на тази схемичка е отрицателната маса, която позволява свързване към други по-съвременни схеми, например радио. Поради по-ниското ниво на стабилизация (само с един германиев диод), консумирания ток беше в по-широки граници, в замяна на този дребен недостатък тя работеше както при по-ниски напрежения – 4,5 V, така и до 9 V, но с консумация 11 mA.

Завършвайки тези експерименти, подложих усилвателчетата на технически тест с генератор. На всички подавах на входа синусоидален сигнал с ниво 50-80 mV каквото е на повечето детектори на радиоприемници и снех нискочестотната характеристика. Така установих, че повечето възпроизвеждат звуков сигнал с честоти 150 Hz - 15 kHz с резистивен товар 8ом. Разбира се амплитудночестотната характеристика зависи до голяма степен от използваните трансформатори и високоговорителят. Но със сигурност резултатът е положителен, а усилвателчетата мога да използвам в други мои проекти, например радиоприемници за АМ и ФМ. Но едно е тест с генератор, а съвсем друго с музика и високоговорител вместо резистивен товар. Тествах, подавайки сигнал от УКВ радио към усилвателчетата с различни високоговорители, някои от които руските 0.1ГД6, 0.5ГД6, говорители от ВЕФ 1ГД-4А и Селена. Разбираемо, с последните два говорителя звукът беше божествен. Измерих консумирания ток на всички НЧУ при силен сигнал, малко преди ограничаване, който беше за различните схеми между 15-18 mA до 30-40 mA, което определяше максималната изходна мощност. Но това забавление ще оставя за вас. Но все пак ето един жокер: усилвателя от сх. 7 е най-маломощен и консумира ток при пълна мощност преди ограничение 16mA при захранване 6V, или изходна мощност около 50 mW, която е напълно достатъчна за джобен радиоприемник. Но като съм започнал с жокерите, ето още един: ако ни трябва по-голяма мощност за среден клас преносим приемник, това е сх. 6, която консумира до 35mA при пълна мощност и достига изходна мощност 180 mW.

И накрая, реших да експериментирам някои схеми от руски радиоприемници, една от които ме впечатли с използването на прочутите в миналото силициеви транзистори КТ315Б, а тя е от руския преносим радиоприемник "Кварц-408":

За захранващо напрежение 6 V резисторът R7 трябва да бъде 22 k. Учудващо, но транзисторите КТ315Б се представиха отлично. Изходната мощност на това усилвателче се оказа над 100 mW, при максимална консумация на ток от батериите 25-26 mA преди ограничение и почти 180 mW при захранващо напрежение 9V и консумация Imax = 40 mA.

Последният ми експеримент беше с нискочестотния усилвател на един от най-популярните джобни руски радиоприемници по това време - "Селга-402" (402-404). Не е случайна причината за този експеримент - НЧУ на "Селга" беше реализиран в един от началните си варианти със Si транзистори за драйвер и GE транзистори за крайно стъпало. Вместо популярните руски транзистори МП39-41, аз използвах популярните български транзистори от тази епоха - SFT322/323. Но ето и два варианта на принципните схеми на нискочестотния усилвател на "Селга", които могат да се развият на моята печатна платка:

Както забелязвате, за разлика от описаните схеми на НЧУ, в които работната точка на крайните транзистори се задаваше чрез емитерния ток на драйверния транзистор, тук тя се задава чрез колекторния ток. Всъщност това беше прочоната да се реша на този експеримент. Възхитително е, че тази схема работи при много широк диапазон на захранващото напрежение, а имено от 4,5 до 9V и съответно отдаваната изходна мощност върху товара е от 50 mW до 300 mW (измерени 325 mW при консумиран ток Imax = 45mA и захранване Ub = 9V). А ето външния вид на моята печатна платка:

Архив PCB [zip,pcb,jpg][220kb]

Ето някои експериментални технически параметри, измерени при следните условия:

    - захранващо напрежение 6 V
    - входен сигнал с ниво 50 mV и честота 1 kHz
    - товар с вискоговорител от ВЕФ – 1ГД-4А
    - Iп – консумиран ток без сигнал, при покой
    - Imax – максимален ток с товар преди ограничение
    - Pmax – максимална мощност, измерена върху товара
    - честотен диапазон 200-15000 Hz


Схема №5 с транзистори МП41

Iп = 4,2 mA
Imax = 15 mA
Pmax = 50 mW

Схема №5 с транзистори SFT322/323
Iп = 4,5 mA
Imax = 28 mA
Pmax = 100 mW

Схема №6 с транзистори SC828+SD467
Iп = 3,2 mA
Imax = 32 mA
Pmax = 150 mW

Схема №7 с транзистори BC547C+SFT322/323
Iп = 5-7 mA
Imax = 16 mA
Pmax = 50 mW

Схема от Кварц-408 с транзистори КТ315Б
Iп = 5 mA
Imax = 26 mA
Pmax = 100 mW

Схема от Селга-402 с транзистори КТ315Б + SFT322
Iп = 3,2 mA
Imax = 25 mA
Pmax = 120 mW


В заключение: ако се върнете на въведението в началото, ще забележите, че съм започнал експериментите с германиеви p-n-p транзистори, преминал съм към германиеви n-p-n, след това смесица от германиеви и силициеви и съм стигнал до реализация само със силициеви транзистори. Тоест, извървял съм практически историческото развитие на транзисторните аудио усилватели с трансформаторни крайни стъпала.

Да-а-а ... Всяка епоха в технологичното развитие има своя чар!


Справочник:
1. Транзистор КТ315А .. КТ315И

Валери Терзиев, София
21 януари 2020 година, доп. 6 февруари 2020 година