Зачем Grundig объединил кремний и германий: схемотехника катушечника TK 121

Завод Grundig выпускал катушечный магнитофон TK 121 с 1969 по 1973 год. В части сервисных каталогов указан период с 1969 по 1972 год. Размеры корпуса составляют 39,0 x 16,0 x 29,0 см при массе 8,0 кг. Это монофонический аппарат бытового назначения с одной рабочей скоростью. В звуковом тракте этой модели инженеры объединили кремниевые транзисторы в предварительных каскадах и германиевые приборы в выходном усилителе мощности.

Магнитофон работает со скоростью движения ленты 9,5 см/с. Кинематика рассчитана на катушки диаметром до 15 см. Звуковой тракт воспроизводит диапазон частот от 40 до 12 500 Гц. Такие параметры соответствовали бытовым требованиям к фиксации речи и радиопередач в начале 1970-х годов.

Распределение транзисторов в схеме

Электрическая схема магнитофона содержит 10 полупроводниковых приборов. Предварительный усилитель и корректирующие цепи собраны на кремниевых транзисторах BC107, BC183, BC109, BC181 и высоковольтном BF257. Кремниевые структуры обеспечивают низкий уровень собственного шума и стабильный ток базы при изменениях питающего напряжения. Выходной каскад усилителя мощности выполнен на комплементарной паре германиевых транзисторов AD161 и AD162.

Выбор германия для выходного узла обусловлен величиной напряжения отпирания p-n перехода. Прямое падение напряжения на открытом германиевом переходе составляет от 0,1 до 0,3 В (среднее значение равно 0,2-0,3 В). Для кремниевого перехода этот показатель составляет от 0,6 до 0,7 В. Разницу в поведении полупроводников можно сравнить с заслонками разного веса: легкая створка смещается от слабого потока воздуха, тогда как массивная перегородка требует ощутимого нажима. В двухтактном выходном каскаде кремниевые транзисторы при околонулевом напряжении сигнала закрываются, вызывая искажения формы волны. Транзисторы AD161 и AD162 открываются при потенциале от 0,1 В, поэтому синусоида слабого сигнала сохраняет непрерывность.

Тепловой режим и ограничения германия

Номинальная выходная мощность усилителя магнитофона составляет 4 Вт. Звук воспроизводится через встроенный громкоговоритель с овальным диффузором размером 18,2 x 9,7 см. Транзисторы AD161 со структурой NPN и AD162 со структурой PNP рассчитаны на постоянный ток коллектора до 1 А и пиковый ток до 2 А. Предельное напряжение коллектор-эмиттер составляет 20 В. Паспортная рассеиваемая мощность транзистора равна 4-6 Вт, а отдельные модификации допускают рассеивание до 8 Вт.

Основным ограничением германиевых приборов является низкая термостойкость. Предельная допустимая температура перехода для AD161 и AD162 составляет 85-90 °C. Кремниевые транзисторы сохраняют работоспособность при нагреве до 150 °C. При росте температуры германиевого кристалла выше 85 °C обратный ток коллектора резко возрастает, вызывая лавинный разогрев и электрический пробой структуры. Из-за этого свойства германиевый каскад требовал установки массивных металлических теплоотводов даже при выходной мощности 4 Вт.

Серийное производство Grundig TK 121 завершилось в 1973 году. Развитие схем температурной стабилизации и появление доступных кремниевых транзисторов средней мощности позволили инженерам перейти на полностью кремниевые тракты, отличавшиеся высокой надежностью и компактными габаритами охлаждающих элементов.