Заменяемость транзисторов

Радиолюбители располагают большим выбором разнообразных по характеристикам и применению отечественных транзисторов. Наиболее известными и доступными являются биполярные транзисторы структур р-п-р и p-n-p, полевые униполярные транзисторы с каналами p -n -p -типа пока известны в меньшей степени, но они приобретают все большую популярность.

Возможны три метода подбора взаимозаменяемых транзисторов: формальный, творческий и комплексный, являющийся сочетанием первых двух.

Формальный метод заключается в сравнении справочных данных заменяемого транзистора и его возможных аналогов внутри выбранной группы. Основным в этом случае, является то, что заменяющий транзистор не должен уступать заменяемому ни по одному из предельно допустимых параметров (Р.кдоп, Uкэдоп, Iкдоп), а также по величине гарантированных значений статического коэффициента передачи тока h21э и предельной частоте усиления fm или fβ Замена транзисторов с

различными структурами (р-п-р и p-n-p) не рекомендуется, так как в большинстве случаев это потребует дополнительных изменений режимов работы вследствие большого различия в характере зависимости тока коллектора от напряжения смещения.

Радиолюбители, особенно начинающие, могут воспользоваться помещаемой здесь табл. 1, где приведены ряды взаимозаменяемости транзисторов, наиболее широко используемых в радиолюбительских конструкциях. Транзисторы одной группы расположены в ряду в порядке возрастания, то есть улучшения основных параметров, определяющих их усилительные свойства на низких и высоких частотах. В частности, высокочастотные транзисторы расположены в порядке возрастания предельной частоты усиления, а низкочастотные — в порядке возрастания их гарантированного минимального значения коэффициента передачи тока.

Для низкочастотных транзисторов средней мощности, кроме того, учитывается допустимая мощность, рассеиваемая прибором. Обычно мощность последующих порядковых номеров транзисторов выше предыдущих. В скобках указаны транзисторы, снятые с производства, но еще используемые в сравнительно простых радиолюбительских конструкциях.

Творческий метод можно рекомендовать радиолюбителям, имеющим некоторый опыт конструирования транзисторной аппаратуры. В этом случае поиск замены транзисторов ведут в несколько этапов. Сначала по данным условного обозначения прибора определяют все его возможные параметры. Затем по принципиальной схеме узнают структуру транзистора, особенности его работы в определенном каскаде, максимальное напряжение питания. На основе полученных таким образом данных можно, хотя бы приближенно, определить возможные замены.

Покажем это на примере рефлексного приемника 2-V-2 с составным транзистором, схема которого приведена на рис. 1 (описан в Радио, 1975, № 4, с. 48). Приемник собран на транзисторах КТ301Ж (Т1) и КТ301Д (Т2, ТЗ). Если подходить формально, то в первую очередь следует ознакомиться со справочными данными, а затем, сравнивая параметры, подбирать аналоги для каждого транзистора. Творческий подход позволяет радиолюбителю практически сразу установить, что транзисторы, используемые в этом приемнике, кремниевые, маломощные высокочастотные, структуры n-p-n, максимальное напряжение питания 2,5 В.

Характерная особенность этого приемника заключается в том, что транзисторы работают в совмещенных усилительных трактах ВЧ.и НЧ и второй усилительный каскад обоих трактов собран на составном транзисторе Т2ТЗ, Приемник рассчитан на прием программ одной станции, работающей в диапазоне длинных (ДВ) или средних (СВ) волн, где максимальная частота сигнала 1,6 МГц. Учитывая, что для устранения влияния зависимости усилительных свойств транзисторов от частоты сигнала необходимо применять приборы, у которых граничная частота усиления fm по крайней мере в 20— 30 раз выше максимальной частоты усиливаемого сигнала, делаем вывод, что в приемнике возможно использование транзисторов с граничной частотой не ниже 30— 50 МГц. Кроме того, транзистор 77 в первом каскаде должен быть с достаточно большим коэффициентом Лаз. Отсюда делаем вывод о возможной замене: КТЗОЩ (Т1) — транзисторами КТ306Г, КТ307Г, КТ312В, КТ315Б, КТ315Г, КТ315Е, КТ316Д; КТ301Д (Т2, ТЗ) — транзисторами КТ301А, КТ306Б, КТ306В, КТ306Д, КТ312А, КТ312Б, КТ316Б, КТ316В, КТ316Г.

Рис. 1. Принципиальная схема рефлексного приемника

Комплексный метод наиболее целесообразный, так как почти исключает ошибочные решения. Формально учитывая сравнимость параметров заменяемых транзисторов и творчески анализируя особенности, и режимы работы устройства, он позволяет найти наилучший вариант замены, практически не ухудшающий характеристики самого устройства. Проиллюстрируем это на следующем примере.

На рис. 2 показана схема трех каскадов одного из каналов малогабаритного стереофонического усилителя, разработанного О. Стрельцовым. Транзисторы T1 и Т2, включенные по схеме с общим эмиттером, образуют предварительный усилитель коррекции сигналов микрофона и магнитного звукоснимателя. При работе от магнитного звукоснимателя резисторы R6 и R7 через контакты переключателя В1а соединены с конденсаторами СЗ и С4, а при работе от микрофона эта цепь разрывается. В результате изменяется частотная характеристика усилителя. Кроме того, при работе от микрофона через контакты переключателя В1б на вход предусилителя включается резистор R1, обеспечивающий стандартную для динамических микрофонов нагрузку сопротивлением 200 Ом.

Рис. 2. Принципиальная схема входных каскадов канала стерео-усилителя

С выхода предусилителя-корректора сигнал подается через контакты переключателя B1d и конденсатор С7 на базу полевого транзистора ТЗ. Обладая большим входным сопротивлением (около 2 МОм), этот каскад может работать и от пьезокерамического звукоснимателя. Тогда его вход соединяется через контакты переключателя с разъемом Ш2, предназначенным для пьезокерамического звукоснимателя. На этот же разъем можно подавать сигналы напряжением около 0,5 В. с линейных выходов микрофонов и приемников. С выхода каскада на полевом транзисторе ТЗ сигнал поступает на регулятор усиления R18, а от него на вход оконечного усилителя.

После публикации описания усилителя радиолюбители просили указать возможную замену транзисторов ГТ310Б и КП101Г.

Подходящими по энергетическим и частотным параметрам заменителями транзистора ГТ310Б могут быть: ГТ305, ГТ309, ГТ313, ГТ308. Уточняя по справочникам предельные эксплуатационные данные и электрические параметры, выбираем транзисторы ГТ305Б, ГТ305В, ГТ309Б. Но в усилителе транзисторы ГТ310Б были применены, по всей вероятности, благодаря малому коэффициенту шума (Fш = 3 дБ). После уточнения в справочнике значения наилучшей заменой оказывается транзистор ГТ305В, затем ГТ309Б и ГТ305Б.

Нужно иметь в виду, что режим работы транзистора входного каскада существенно влияет на работу всего устройства. Поэтому при замене приборов напряжение на выходе каскада должно остаться неизменным. Данное условие может потребовать коррекции сопротивления резистора R17 в цепи истока полевого транзистора.

Некоторые трудности взаимной замены полевых транзисторов заключаются в разнообразии технологии их изготовления, в результате чего наблюдается несовместимость свойств транзисторов разных групп.

Можно воспользоваться табл. 2, в которой показаны ряды последовательной замены полевых транзисторов внутри каждой группы, что может потребовать лишь коррекции режима работы. Замена транзисторов между различными группами уже обусловливает либо изменение полярности напряжения питания, либо пересчета (подбора) деталей цепей смещения.

При замене полевого транзистора необходимо в первую очередь исходить из того, что заменяющий транзистор должен иметь возможно близкие значения двух параметров: тока стока при напряжении смещения между затвором и истоком, равном нулю, и напряжения отсечки — напряжения между затвором и истоком, при котором транзистор закрывается и сила тока стока не превышает 10 мкА. Это позволяет практически исключить необходимость коррекции режима работы по постоянному току. Усилительные свойства каскада на полевом транзисторе будут зависеть уже только от крутизны его характеристики и предельной частоты транзистора.

Транзистор КП101Г, используемый в третьем каскаде малогабаритного стереоусилителя, имеет силу тока стока не более 1 мА и напряжение отсечки не более 5 В. Этим исходным данным близки полевые транзисторы КП102Е, КП102Ж, КП103Е, КП103Ж. Небольшое различие, обусловленное разбросом параметров, все же есть, но замена вполне возможна. Причем заменяющие транзисторы обладают несколько большей крутизной характеристики, что способствует некоторому улучшению работы каскада, в частности, повышению усиления примерно в полтора раза.

Рассмотрим другой, более сложный пример замены полевых транзисторов—в стереофоническом усилителе, описываемом в этом сборнике на с. 38. В первых двух каскадах обоих каналов усилителя работают полевые транзисторы КШОЗЖ (Т1) и КП103КР (Т2). Использование таких транзисторов обусловлено желанием обеспечить относительно большое входное сопротивление каскадов (не менее сотен килоом), что необходимо для согласования входа усилителя с высокоомным выходом пьезокерамической головки звукоснимателя и нормальной работы регулятора тембра при малом уровне собственных шумов усилителя. В данном случае транзистор КШОЗЖ могут заменить аналогичные ему транзисторы КП102Ж, КШ02И, КП101Г, а КП103КР — транзистор КП102Л.

В том случае, если полевых транзисторов нет, заменить их можно биполярными транзисторами, включенными по схеме составного эмиттерного повторителя или каскада с разделенной нагрузкой. При этом с целью значительного увеличения входного сопротивления каскадов необходимо применять дополнительную компенсацию тока, потребляемого входной цепью. На рис. 3, а показана, схема каскада на биполярных транзисторах, заменяющего полевой транзистор КШОЗЖ. На ней все дополнительные детали имеют римские цифровые индексы, а буквами 3, С а И обозначены проводники, соответствующие выводам затвора, стока и истока полевого транзистора. В таком каскаде можно использовать два малошумящих транзистора МП27, транзисторы ГТ309, ГТ310, ГТ322 с любыми буквенными индексами или, в крайнем случае, транзисторы МП39Б. Режим работы по постоянному току корректируют подбором резистора R11.

Рис. 3. Принципиальные схемы каскадов на биполярных транзисторах, заменяющих полевые

На рис. 3, б приведена схема каскада, заменяющего полевой транзистор КШОЗКР. В нем работают такие же биполярные транзисторы, как в предыдущем случае. Но этот каскад с разделенной нагрузкой: резистор R12 включен в цепь стока, a R13— в цепь истока заменителя полевого транзистора. Выходное напряжение снимается со стока, а резистор в цепи истока создает отрицательную обратную связь по напряжению, необходимую для повышения входного сопротивления каскада. Режим работы по постоянному току устанавливают подбором резистора R1. Входное сопротивление можно изменять подбором резистора R13.

Следует, однако, отметить, что замена полевых транзисторов биполярными все же несколько ухудшает работу усилителей НЧ, так как при этом возрастают нелинейные искажения и, кроме того, в большей степени сказываются внутренние шумы транзисторов.

В тех случаях когда необходимо произвести замену транзисторов, работающих в портативных радиовещательных приемниках, рекомендуем воспользоваться табл. 3. В ней обобщены сведения о транзисторах, применяемых в каскадах приемников различной степени сложности с учетом их возможной взаимозаменяемости. Например, если преобразователь частоты приемника AM диапазонов ДВ, СВ, KB выполнен на транзисторе П423, тогда, согласно табл. 3, возможна замена его транзисторами ГТ322Б, ГТ322В, ГТ309А, ГТ309Б, П422.

При выборе того или иного заменяющего транзистора необходимо учитывать не только электрические параметры, но и их конструктивные особенности. Так, в микроприемниках целесообразно применять микротранзисторы ГТ309, тогда как в переносных приемниках можно использовать высокочастотные транзисторы П423.ГТ322.