Трофейный телеграфный ключ и германиевые транзисторы

Запал мне в душу один древний раритет по относительно гуманной цене, и я, не удержавшись, купил его. Это был не­мец­кий те­ле­граф­ный ключ времён второй мировой Ta.P.(Taste Paula). Он очень широко использовался в вер­мах­те в пе­хот­ных и тан­ко­вых ра­ди­о­стан­ци­ях. Судя по фотографии продавца, на базе ключа был сделан тренажер по изучению азбуки Морзе. В комплекте к ключу шел старый советский наушник «до­ок­тав­ных» времен (с конца 50-х годов прошлого века в СССР основная масса микротелефонных капсюлей выпускалась на Тульском заводе «Октава», например, всем известный ТА-56М выпускается там до сих пор). Вот как при покупке выглядел ключ:

Вот как при покупке выглядел ключ Ta.P. (Taste Paula)

 

А так в боевом применении выглядел его собрат 75 лет назад:

vvv

 

Очень трудно себе представить, как можно было работать на ключе в такой обстановке — за спиной ящик с ба­та­ре­я­ми, за па­зу­хой граната, на плече винтовка. Каску пришлось снять, иначе наушники давили бы на го­ло­ву…

Мне очень хотелось посмотреть, что скрывается в дебрях самодельного пьедестала этого ключа, и пред­чув­ст­вия меня не обманули. Там была самодельная платка из тоненького гетинакса. На ней навесным мон­та­жом был собран тран­зис­тор­ный то­наль­ный ге­не­ра­тор по схеме классического мультивибратора с од­но­кас­кад­ным усилителем. Но не это глав­ное. Самое интересное было то, что транзисторы были типа П2А, из­го­тов­лен­ные на ле­нин­град­ском за­во­де «Свет­ла­на» в 1957 г.! Кроме транзисторов на платке меня ждал еще один при­ят­ный сюрприз — это частотозадающие кон­ден­са­то­ры. Они были немецкие и изготовлены в де­каб­ре 1944 г., зна­чит — трофейные. Правда на одном кон­ден­са­то­ре бы­ла тре­щи­на, и у меня мелькнула мысль, что он не­ис­пра­вен. Это и подтвердилось в последствии — из­ме­рен­ная ем­кость оказалась 520 пФ вмес­то 0,01 мкФ. Ско­рее всего через трещину попала влага на обкладки из фоль­ги, они кор­ро­ди­ро­вали и про­пал контакт с то­ко­съем­ни­ка­ми.

Ну и, конечно же, у меня зачесались руки включить это чудо и проверить работают ли транзисторы, которым боль­ше 62-х лет. К тому же, хотелось вживую увидеть на осциллографе, как работают пращуры современной твер­до­тель­ной электроники.

Небольшое отступление

Транзисторы П2А были весьма экзотическими. За всю свою жизнь я их живьем увидел впервые только сей­час. В се­рий­ной ап­па­ра­ту­ре за 50 лет мне они не по­па­да­лись ни разу. Да и у друзей-ра­ди­о­лю­би­те­лей ни­ког­да их не видел. Я слышал, что их применяли в каких-то ранних до­зи­ме­три­че­ских приборах, и был проект ( в се­рию не пошел) ис­поль­зо­вать их со­бра­ть­ев П1 в УПЧ и УНЧ приемника УС-К ( несостоявшийся клон УС-П). Я встречал упо­ми­на­ния об этих при­бо­рах в описаниях ранних конструкций на транзисторах в жур­на­ле «Радио» конца 50-х начала 60-х годов про­ш­ло­го ве­ка. А первый тран­зис­тор, счастливым об­ла­да­те­лем ко­то­ро­го я стал, уже был П13А в далёком 1970-м.

Про германиевые транзисторы

Транзисторы П2А начали выпускать в начале 1955-го, а если учесть, что первый сплавной транзистор был из­го­тов­лен в 1950 в Америке, то отставание СССР в те годы было не такое катастрофическое как впос­лед­ст­вии. Это при том, что надо было осваивать технологии получения сверхчистых металлов(1 атом при­ме­сей на мил­ли­он ато­мов крис­тал­ли­че­ско­го гер­ма­ния), создавать диффузионные процессы точного до­зи­ро­ва­ния примесей (ис­клю­чи­тель­но кос­вен­ны­ми ме­то­да­ми, ведь на счетах атомы не посчитаешь), раз­ра­ба­ты­вать те­о­рию применения и схе­мо­тех­ни­ку со­вер­шен­но не­по­хо­жих на лампы активных элементов и так да­лее. Но са­мое поразительное открытие для меня было то, что пе­р­вые се­рий­ные тран­зис­то­ры в СССР бы­ли вы­пу­ще­ны уже в конце 1953 г. по точечной технологии.

Первый в мире лабораторный образец точечного транзистора был изготовлен в США в 1947 г, а пригодный к ис­поль­зо­ва­нию в 1950 г. и первоначально назывались КС1-КС8. Кристадин Лосева не в счет, так как он был про­об­ра­зом тун­нель­ного диода. Далее по мере совершенства технологии они стали называться С1 и С2 (тран­зис­то­ры П2 были уже сплав­ными). В НИИ-160 (ныне НПП "Исток") Ф. А. Щиголем и Н. Н. Спиро был начат серийный выпуск точечных тран­зис­то­ров С1 (уси­ли­тель­ные) и С2 (генераторные). Объем производства составлял несколько десятков штук в день.

В книжке Айсберга «Транзистор — это очень просто» популярно для детей изложена небольшая часть про­блем за­рож­дав­шей­ся в то время твердотельной электроники. На фоне всего этого серийный выпуск ра­бо­то­спо­соб­ных приборов всего через 5 лет после их изобретения сейчас кажется фантастикой.

Схема

По монтажу я восстановил схему этого устройства:

zazaza

 

Что сразу бросилось в глаза – это несимметричная нагрузка транзисторов Т1 и Т2 (3 кОм у Т2 и 1 кОм у Т1), а так же то, что транзистор Т3 работает в линейном режиме, правда очень корявом абсолютно без ста­би­ли­за­ции тока коллектора. Но тогда о необходимости температурной стабилизации тока коллектора мог­ли и не знать. Такие устройства я делал в школьном радиокружке неоднократно, нагрузочные резисторы всег­да бы­ли одинаковыми, и необходимости в третьем каскаде не было. Высокоомный телефон «Тон-2», или ТА4 всег­да звучал достаточно громко. Позже я понял, почему ав­то­ру схемы пришлось поставить третий кас­кад. Он ра­бо­тал как усилитель-ограничитель, так как из-за низ­ко­го ка­че­ст­ва тран­зис­то­ров муль­ти­виб­ра­тор ра­бо­тал на пре­де­ле устойчивости, и форма сигнала на кол­лек­то­рах тран­зис­то­ров была далека от меандра.

При первом включении, естественно, ничего не заработало. Главное — надо было проверить живые ли тран­зис­то­ры? Прибор Т3 проверил очень просто — замкнул базу с эмиттером, и на коллекторе изменилось на­пря­же­ние, вплоть до на­пря­же­ния питания, то есть он закрылся. Уже легче. Работает. При аналогичных ма­ни­пу­ля­ци­ях с Т1 и Т2 на кол­лек­то­рах была видна реакция. Раритеты оказались исправными, можно дви­гать­ся дальше. На всякий слу­чай вы­па­ял, не без тру­да, час­то­то­за­да­ю­щие нацистские конденсаторы:

ddd

 

И, как оказалось, не зря: один с кольцевой трещиной вокруг изолятора (верхний на фото) оказался с потерей ем­кос­ти в 20 раз — 520пФ вместо 10000 пФ. Второй оказался исправным:

cccc

 

Я думаю, если бы не трещина то и первый был бы живой. Я заменил их на отечественные КЛС по 33000 пФ, они как раз стали удобно на места демонтированных:

cdd

Приступаем к наладке

Включил — не работает. На коллекторах обеих транзисторов мультивибратора почти все напряжение пи­та­ния. То есть, оба закрыты — в ис­прав­ном муль­ти­ви­б­ра­то­ре такого не бывает. Очевидно, не хватает тока пе­ре­за­ряд­ки кон­ден­са­то­ров для запуска мультивибратора. Поварьировал немного напряжением питания — муль­ти­виб­ра­тор не за­вёл­ся. Тог­да я решил уменьшить номинал базового резистора транзистора Т1 путём под­клю­че­ния параллельно 100 килоомному резистору другого резистора номиналом в 62кОм. Никакой ре­ак­ции. Отключил разделительный конденсатор 0,05 мкФ от коллектора Т2 и произошло чудо — муль­ти­виб­ра­тор заработал:

vvv

 

Только форма импульсов была похожа на сигнал после дифференциатора. Относительно крутой фронт и до­воль­но длин­ная полка. Стало ясно, что надо и на втором транзисторе уменьшить базовый резистор и уве­ли­чить на­гру­зоч­ный ре­зис­тор транзистора Т1 до 3 кОм. После этого при восстановлении связи с третьим кас­ка­дом генерация не сры­ва­лась, каскад на Т3 работал, и на его выходе появилось подобие меандра.

На фото слева — на активной нагрузке 4,7к, на фото справа — на телефонном капсюле:

ccc

Анализ, опоздавший на десятилетия

Возникает вопрос, а почему не работала схема с первоначальными номиналами элементов? Ответ, на мой взгляд, мо­жет быть в следующем: изучая скудную информацию по применению первых транзисторов, я на­толк­нул­ся на то о­бсто­я­тель­ст­во, что конструкция корпуса транзисторов П1 , П2 и П3 (мощных) была крайне не­у­дач­ной, корпус тран­зис­то­ра состоял как бы из двух половинок, и после сборки обвальцовывался по цен­т­раль­но­му выводу и за­па­и­вал­ся лег­ко­плав­ким при­по­ем (см. рисунок ниже). При этом со временем он те­рял гер­ме­тич­ность и часто отказывал в работе.

Вот и из-за частичной разгерметизации мои старички и потеряли первоначальную величину статического ко­эф­фи­ци­ен­та усиления (h21э или бета), поэтому пришлось увеличивать токи баз для нормальной работы. К 1960 г. вы­пуск этих транзисторов был прекращен, и промышленность полностью перешла на хо­лод­но­свар­ные кор­пу­са (как у П13). Может по этой причине транзисторы семейств П1, П2 и П3 не получили такого рас­про­ст­ра­не­ния как последующие их со­бра­тья. Кон­ст­рук­ция корпуса транзисторов П1 и П2:

xxx

 

А по утверждению некоторых авторов все транзисторы семейств П1 и П2 очень быстро вышли из строя. Но как мы убе­ди­лись не все, а те три транзистора, которые достались мне, лишь частично утратили пер­во­на­чаль­ную величину ста­ти­че­ско­го ко­эф­фи­ци­ен­та усиления. Поэтому и пришлось увеличить в 2 раза ба­зо­вый ток. А об­рат­ный ток коллектора у них был не хуже 0,5 мА, иначе бы при полностью закрытых тран­зис­то­рах па­де­ние на­пря­же­ния на кол­лек­тор­ных ре­зис­то­рах было бы около 1,5 В. В действительности, на кол­лек­тор­ных резисторах при закрытых тран­зис­то­рах бы­ло прак­ти­че­ски полное напряжение питания, то есть па­де­ние на­пря­же­ния на них отсутствовало. Сле­до­ва­тель­но, мне очень по­вез­ло, что за 63 года тран­зис­то­ры не раз­гер­ме­ти­зи­ро­ва­лись и не вышли окон­ча­тель­но из строя. Уменьшение beta мож­но так же объя­с­нить про­цес­са­ми взаимной диффузии металлов, но тогда и сильно бы возрос обратный ток кол­лек­тора, че­го не на­блю­да­ет­ся в действительности.

Несколько слов о Taste Paula

И в заключении несколько слов собственно о телеграфном ключе Та.Р. Я не владею азбукой Морзе и те­ле­гра­фом не ра­бо­таю (как, впрочем, и остальными видами любительской связи, только эфир слушаю пе­ри­о­ди­че­ски на раз­ных при­ем­ни­ках от Торна до AOR8000), поэтому оценить эксплуатационные качества клю­ча не мо­гу. Но что на меня произвело впечатление, так это техническая изящность всей конструкции клю­ча, на­ли­чие удобных регулировок прямого и об­рат­но­го хода коромысла, и качество изготовления всех де­та­лей клю­ча. Ключ в первозданном виде.

Фото телеграфного ключа Та.Р. с аукциона E-bay

Фото телеграфного ключа Та.Р. с аукциона E-bay