Zastępowanie tranzystorów germanowych tranzystorami krzemowymi

Jest to temat rzeka, ale proponuję zapamiętać sobie w mózgownicy, że w 9 na 10 przypadków taka zamiana jak najbardziej jest możliwa.

Podstawowa zasada to porównanie parametrów katalogowych, dobór polaryzacji (PNP/NPN), sprawdzenie zakresu napięć EC, CB, EB (zwłaszcza tego ostatniego!!!), prądu kolektora, częstotliwości granicznej oraz PRZEDE WSZYSTKIM wzmocnienia (hFE zwanego także "BETĄ").

Większość dawnych uniwersalnych bipolarnych germanowych tranzystorów małej mocy małej częstotliwości bez problemu zastąpimy współczesnymi bipolarnymi uniwersalnymi tranzystorami krzemowymi małej mocy małej częstotliwości z grup wysokowzmocnieniowych (i najlepiej również i małoszumnych), np. wstawienie BC550C dla polaryzacji NPN oraz BC560C dla polaryzacji PNP rozwiąże 90% przypadków układów wymagających zamiennikowania "starożytnej germanowości" współczesnym krzemem. W ramach takiej substytucji nie musimy zazwyczaj nawet modyfikować otoczenia rezystorowego oraz napięcia zasilającego.

Tranzystory większej mocy wymagają już przeważnie "podłubania" w otoczeniu rezystorowym (głównie dotyczy to tzw. rezystora/dzielnika polaryzacji bazy), ale w wielu przypadkach także można próbować szukać współczesnego tranzystora krzemowego o dużym współczynniku wzmocnienia.

Germanowe tranzystory wielkiej częstotliwości mogą być trudniejsze do zastąpienia, bo niemal zawsze odbiornik na nich budowany charakteryzuje się czułością o rząd większą od tego, co wykonalibyśmy na tranzystorach krzemowych (= na zasadzie zamiany 1:1). Dotyczy to zwłaszcza odbiorników/detektorów superreakcyjnych oraz wejściowych (przed)wzmacniaczy wielkiej częstotliwości (tzw. antenowych). German zaczyna się już "odmykać" przy stu kilkudziesięciu miliwoltach (i osiąga stan pełnego otwarcia w okolicach 0.3 V), podczas gdy krzem zaczyna się otwierać przy wartościach rzędu 400 miliwoltów, by w pełni "się rozbujać" w okolicach 0.7 V. Jeśli będziemy wystarczająco zdesperowani, to możemy spróbować sięgnąć po współczesny krzemowy tranzystor gigahercowy (= mikrofalowy) o częstotliwości granicznej rzędu kilku pojedynczych gigaherców (np. BFR93 dla polaryzacji NPN) i "zwalczyć" ewentualne wzbudzenie się układu poprzez zakładanie koralików ferrytowych na emiter lub emiter i bazę, wzgl. poprzez zmianę otoczenia rezystorowego lub napięcia zasilania. Przykładowo jedno- lub dwutranzystorowy odbiornik superreakcyjny na pasmo CB (27 MHz) z wpierniczonym do detektora/generatora wysokoczęstotliwościowym tranzystorem germanowym (ot, choćby radzieckim П416Б/P416B czy "NPN-owskim" ГТ311Ж/GT311Ż) będzie miał czułość rzędu pojedynczych mikrowoltów, czyli nawet lepszą od fabrycznych superheterodynowych domowych radioodbiorników broadcastingowych, lecz nieznacznie słabszą od odbiorników wbudowanych w fabryczne radiotelefony typu "Alan", "Uniden" itd. itp. Jeśli zechcemy zbudować analogiczny odbiornik superreakcyjny na jednym lub dwóch tranzystorach krzemowych, to osiągniemy czułość 5...6-krotnie gorszą (zazwyczaj w okolicach 20 ... 30 mikrowoltów).

Nie uda się natomiast (na poziomie przyzwoitym) zamiana germanu na krzem w układach ultra-niskonapięciowych (lub bezzasilaniowych) oraz przystawkach gitarowych typu fuzz, gdzie w wielu przypadkach wymagany jest wręcz stary "dziadowski szumiący" tranzystor germanowy, aby uzyskać charakterystyczny efekt akustyczny.

Ogólne wytyczne "wzmocnieniowe", obowiązujące w ramach zamiennikowania Ge <---> Si, można znaleźć w poniższej tabeli: 

źródło: "Elektronisches Jahrbuch 1980" (DDR/NRD)

I na koniec jeszcze mała uwaga dotycząca pomiaru współczynnika hFE przy pomocy współczesnego miernika uniwersalnego wyposażonego w takąż funkcję (bo nie wszystkie są wyekwipowane w takie narzędzie). Niejeden "śmieciowy marketowy" multimetr za 20 ... 30 złotych będzie zaniżał rzeczywistą "betę" tranzystora germanowego o jakieś 60 .... 90 %, a lepszy, zakupiony za jakieś 70 ... 100 złotych (np. już całkiem przyzwoity, lecz nadal budżetowy EMOS MD-220), pokaże wzmocnienie tranzystora germanowego na poziomie do około 20 ... 30 % niższym od tego, co jest naprawdę. Dzieje się tak dlatego, że współczesne "przyrządy" są ekonomicznie optymalizowane pod kątem krzemu (czyli robione "po maksymalnej taniości"). Jeśli ktoś chciałby jednakże zbudować rozsądniejszy i miarodajniejszy betametr dobrze wspierający tranzystory germanowe (i oczywiście także i krzemowe), to odsyłam do tejże publikacji (opisy od strony 15).

Przypominam, że każdy tranzystor germanowy bardzo łatwo uszkodzić przegrzewając go w czasie lutowania!!! Tranzystory krzemowe bez problemu wytrzymują (krótkotrwałe) nagrzanie się wewnętrznej struktury krystalicznej nawet do okolic 200 stopni Celsjusza, ale "germaniaki" mogą "odwalić kitę" już w okolicach 80 ... 90 stopni. Lutując je zaleca się przeto czynić to bardzo krótko i wprawnym pewnym szybkim ruchem ręki lub, co lepsze, przytrzymywać nóżkę tranzystora germanowego metalową pęsetą przy samej nasadzie pinu (= tuż obok korpusu tranzystora). Taka metalowa pęseta pięknie odprowadza nadmiarowe ciepło, ratując przy tym bardzo wrażliwy na temperaturę domieszkowany monokryształ germanu.

 

(Marcin Perliński)