Ключ с сюрпризом

[Hardsamson]

Как- то мне запал в душу один древний раритет по относительно гуманной цене, и я не удержался и купил его. Это немецкий телеграфный ключ времён второй мировой Ta.P.(Taste Paula). Он очень широко использовался в вермахтовских 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 (осмелюсь напомнить  - начиная с конца  50-х годов прошлого века в СССР основная масса микротелефонных капсюлей выпускалась на Тульском заводе  «ОКТАВА»,  например,  всем  известный ТА-56М выпускается до сих пор).  Вот так ключ выглядел во время покупки:

         

А так его собрат  выглядел во времена боевого применения 75 лет назад:

 

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 1957г.! Кроме транзисторов на платке меня ждал еще один приятный сюрприз – это частотозадающие конденсаторы. Они были немецкие и изготовлены в декабре 1944г( то есть трофейные). Правда на одном конденсаторе была трещина. И у меня мелькнула мысль, что он не жилец. Это и подтвердилось в последствии – измеренная емкость оказалась 520 пФ вместо 0,01 мкФ. Скорее всего через трещину попала влага на обкладки из фольги  и они просто отгнили от токосъемников.

Вот как выглядела эта плата до реанимационных мереприятий:

 

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 лирическое 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).  Так же  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 1970г. Транзисторы П2А  начали выпускать в начале 1955г, а если учесть, что первый сплавной транзистор был изготовлен в 1950 г 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 1953г по точечной технологии (первый в мире лабораторный образец точечного транзистора был изготовлен в США в 1947г,  а пригодный к использованию в 1950г. Кристадин Лосева не в счет, так как  он был прообразом туннельного диода)  и первоначально назывались КС1-КС8.  Далее по мере совершенства технологии они стали называться С1 и С2(транзисторы П2 были уже сплавными).

Внешний вид самого первого советского транзистора:

 

В НИИ-160 ныне  НПП "Исток" был начат серийный выпуск транзисторов С1(усилительные) и С2(генераторные). Объем производства составлял несколько десятков штук в день.  Информация и фото транзистора С1Г  взяты с сайта 155LA3.ru u)

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.  На этом лирическое отступление можно считать законченным, хотя говорить на эту тему можно бесконечно долго.

  По монтажу я восстановил схему этого устройства:

 

 

Что сразу бросилось в глаза – это несимметричная нагрузка транзисторов Т1 и Т2(3кОм у Т2 и 1кОм  у Т1), а та 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 ТОН2,  или ТА4 всегда звучал достаточно громко. Потом, 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. Слава Богу – раритеты живые, можно двигаться дальше. На всякий случай выпаял, не без труда,  частотозадающие нацистские конденсаторы.

 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:

 

 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:

 

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. Тогда я отключил разделительный конденсатор 0,05 мкФ от коллектора Т2 и произошло чудо – мультивибратор как-то заработал:

 

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:

 

        

 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 1960г 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:
 

    

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 0,5мА,  иначе бы при полностью закрытых транзисторах падение напряжения на коллекторных резисторах было бы около 1,5 В. В действительности же,  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  бэты можно так же объяснить процессами взаимной диффузии металлов, но тогда и сильно бы возрос обратный ток коллектора, чего не наблюдается в действительности.

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 с аукциона E-bay):

 

      

[UR5FEO]

Владимир Юрьевич , спасибо за интересный опус. Ждём ещё.

[Hardsamson]

 И вдогонку, как писали в советских газетах - "когда верстался номер ..."

 

фото индивидуальной тары транзисторов П2А( опять же с сайта 155LA3):

 

Интересно, что  на конвертике указывался параметр "нелинейные искажения" - но мы  то  сейчас знаем, что

КНИ  каскада сильно завист от режима и схемотехники. И разработчики  указали температуру припоя при пайке

не более 150 град С . Это, получается , паять их можно было чуть ли не сплавом Вуда или Розе?

Кроме того, мне удалось найти фото пранзистра П9А (недавно продавали на UR8LV  как коллекционный раритет)

уже  в холодносварном корпусе, но необычной формы корпуса. Корпус был в виде купола, а не всем нам привычной кастрюли ( в войне остроконечников и тупоконечников совэлектронпрома победили тупоконечники).

  

 

И дата  производства - 1959г. Значит те, кто утверждал,  что холодносварные корпуса пошли с 1960г немножко ошиблись.

Но уже в 1960г на той же "Светлане" начали делать П9 в привычном нам "тупоконечном" корпусе:

 

 

[UY0FF]

Я такие транзисторы  в 70-х только видел... Надо порыться по коробкам... Может где-то тоже сохранился подобный экземпляр.

[slava1]

Спасибо за интересный рассказ!
Про деградацию усиления транзисторов - вспомнил про расчет надежности радиоэлектронной аппаратуры.
На том графике, что везде в и-нете приводят надежная работа указана как 25 лет. Дальше кривая отказов резко растет.
Причины разные, а из-за такого возраста деталей скорей всего все вместе.

Нашел у себя когда-то такую детальку. Как попала ко мне не знаю. По картинке с того же сайта, что Вы указали с удивлением узнал, что это транзистор.
Этот вроде точечный. Кстати, интересны логотипы заводов. Они разные. Получается, что выпускала не только "Светлана".
http://www.leninburg.com/trans/c1bdiag.jpg

 

А это мой. 

[Hardsamson]

Спасибо за интерес к теме.

По поводу надежности транзисторов вспомнил такую историю. Будучи студентом Политеха на военной кафедре мы очень подробно изучали шумопеленгатор МГ-10, который устанавливался  на подводных лодках 641-го проекта(славнозвистне Запорижжя, а так же фигуранты карибского кризиса). Антенна представляла собой  набор магнитострикционных гидроакустических преобразователей. Преобразователь был выполнен в виде никелевой трубки с катушкой внутри. Таких преобразователей было 132шт, смонтированных в виде образующих цилиндра в носу лодки. Поскольку уровень сигнала  преобразователь развивал как динамический микрофон, на станции устанавливался предварительный усилитель – 132 каскада, каждый на лампе 6Н2П-ЕВ. Это было сделано в виде двух огромных ящиков с кучей разъемов и вентиляционных щелей.  Естественно все это хозяйство сильно грелось и много потребляло электроэнергии. Но со  слов знакомых подводников работало весьма надёжно. За  боевую службу, а это как правило не менее месяца, при непрерывной работе шумопеленгатора усилители практически не выходили из строя.  А если и ломались,  то,   в большинстве случаев не по вине ламп. Но грянула транзисторная эра,  и самое очевидное  и простое решение по транзисторизации станции  было заменить предварительные усилители на транзисторные. Вроде бы на малошумящих  П13Б, но я не уверен.   Ящики стали поменьше, практически не грелись, но отказов было очень много, причем транзисторы не выходили из строя совсем, а подло повышался уровень шума, что приводило к появлению ложных целей на определенных курсовых углах, падал коэффициент усиления, а это приводило к изменению диаграммы направленности,  возникало самовозбуждение каскадов.  И при анализе неисправностей в 90% случаев были виноваты транзисторы. Приходилось брать в поход по 2 запасных комплекта усилителей. Самое неприятное было то, что отказы происходили внезапно,  и как правило в самый неподходящий момент.  Например, торпедная атака по данным гидроакустической станции.  Доходило до того, что при среднем ремонте некоторые командиры упрашивали флагманских специалистов возвращать старые добрые ламповые предусилители. Проблемы усугублясь еще тем, что усилители надо было выравнивать  по коэффициенту усиления по контрольному источнику шума, расположенному в центре антенны путем кручения 132-х потенциометров и созерцания стрелки лампового вольтметра.  С ламповыми предусилителями как правило проблем не было, а вот с транзисторными была настоящая беда -  очень часто не хватало пределов регулировки как в одну так и в другую сторону. И, заметьте, это у изделий, принятых военной приемкой. Пока усилитель путешествовал от производителя на корабль,  транзисторы успевали менять свои параметры. Я допускаю, что определенная доля вины в этом была на совести разработчиков, которые не учитывали изменение  и разброс параметров транзисторов. Или надо было бы применять приборы с  индексом ОС. Но  может быть тогда  такой приемки  еще и не было. Было бы интересно посмотреть на схему этих усилителей, может тогда вопрос бы немного прояснился?

  

Антенна станции МГ-10 на лодке 641-го проекта(пол обтекателя снято):

Предварительные  ламповые усилители(лодка-музей в Калиниграде):