Ретро

Фильтр низких частот радиоприемника «Ленинград»

При реставрации ламповых радиоприёмников, бывает, приходится не только менять высохшие электролитические конденсаторы и провода с обсыпавшейся изоляцией, но и изготавливать заново утраченные детали и узлы. Желательно это делать максимально аутентично, по оригинальным чертежам и принципиальным схемам.

При восстановлении радиоприемника «Ленинград» 1949 года выпуска пришлось столкнуться с полным отсутствием намоточных данных фильтра нижних частот и с ошибками в большинстве схем приводимых в самых уважаемых справочниках. Лишь в схеме, приложенной к инструкции по эксплуатации радиоприемника 1947 года [1], этот фильтр изображен правильно.

Взяться за исследование фильтра меня побудила просьба друга [2], у которого в доставшемся ему радиоприемнике этот фильтр был утерян. В найденном описании отсутствовали намоточные данные, и даже четвертая катушка не имела позиционного обозначения. Подробное рассмотрение полной схемы позволило определить ее позиционный номер L₄₈. Изучение схемы оказалось интересным, - обнаружилась возможность использовать его в Индивидуальном радиовещании, и я решился снять фильтр со своего радиоприемника, выплавить из его корпуса церезин и снять схему с «живого» монтажа. Затем были замерены геометрические размеры намотки всех катушек, их индуктивности и активные сопротивления. Восстановленный по оригинальному монтажу и исправленный фрагмент схемы выглядит так (Рис. 2):

При отрисовке схемы использован графический редактор Paint, входящий в стандартный набор Windows XP и авторская графика [3], в основу которой положены обозначения начала 60-х годов ХХ века. Они гораздо более чита-бельны, чем современные ГОСТ-овские обозначения, которые упрощены до потери информативности и смотрятся совершенно безлико, - как будто наши составители ГОСТ-ов делали их для врагов, а не для инженеров своей страны.

Активные сопротивления катушек изображены на схеме, включенными последовательно, а их значения вписаны внутри. С помощью двух внешних переключателей формируется 9 вариантов АЧХ приемного тракта в областях нижних и верхних частот, затем звуковой сигнал поступает на эллиптический ФНЧ 5 порядка (фильтр Кауэра) с частотой среза 8 кГц (Рис. 1).

Собственно, именно этот фильтр и привлек мое внимание. Его АЧХ – классическая для сигналов АМ в сетке частот 9 кГц, принятой в диапазонах СВ и ДВ: полоса пропускания от 60 Гц до 8 кГц и максимальное подавление в 210 раз (46,5 дБ) на частоте именно 9 кГц. И это важно, поскольку сетка частот 9 кГц, и на этой частоте может быть несущая мешающей станции. Очень серьезное и довольно дорогое схемное решение для бытового вещательного радиоприемника.

Помимо прочего во внешней части схемы имеется переключатель «Приемник – Адаптер», который при воспроизведении грамзаписи через усилитель приемника закорачивает колебательный контур С₈₂, L₅₂, создающий подъем АЧХ на частотах 5,5 – 6,5 кГц;. Эти частоты отвечают за прозрачность звучания и эмоциональную узнаваемость речи при радиоприеме. При воспроизведении грамзаписи с помощью пьезоэлектрического звукоснимателя, с линейным подъемом АЧХ в области высоких частот, дополнительный их подъем не нужен.

Вывод 5, который в схеме приемника никуда не подключен, позволяет снять сигнал до конденсатора С67. Переходная цепочка C₆₇, R₂₃ на выходе фильтра имеет частоту среза 60 Гц, что не соответствует нижней частоте воспроизведения для радиоприемников первого класса. При желании расширить полосу воспроизводимых частот вниз, следует использовать вывод 5 и установить параллельно имеющемуся C₆₇, дополнительный конденсатор. При общей емкости 0,012 мкФ нижняя частота воспроизведения будет 50 Гц, а при 0,015 мкФ, составит 40 Гц. Однако, эти частоты все равно не воспроизводятся используемым в радиоприемнике динамиком.

В фильтре использованы «вечные» конденсаторы КСО-2, КСО-3, КСО-5, резисторы ВС-0,25. Конденсаторы во внешней схеме КЭ-1 (С₅₀), КСО-2 (С₅₃) и КБГ-МН (С₉₅). Остальные - КБГ-И. Катушки намотаны внавал, бескаркасно, на пустых картонных гильзах, диаметром 12 мм, затем увязаны нитками и завернуты в тонкую парафинированную бумагу. Внутри катушек заливки нет. Ширина намотки катушек – 25 мм. Цвет эмали намоточного провода – светлее, чем у проводов ПЭ и ПЭЛ. Вариантов на то время было не много – если не ПЭ и ПЭЛ, значит ПЭВ.

Путем подбора на программном калькуляторе для расчета многослойных катушек [4] по габаритным размерам, сопротивлениям и индуктивностям был определен диаметр провода намотки каждой катушки. Вот рассчитанные намоточные данные оригинальных катушек:

L₄₈ – 760 мГ, 1250 Ω, 10000 вит. внавал, ПЭВ-1-0,1 мм, на гильзе Ø 12 мм, длиной 25 мм;

L₄₉ и L₅₀ – 250 мГ, 540 Ω, 6000 вит. внавал, ПЭВ-1-0,12 мм, на гильзе Ø 12 мм, длиной 25 мм;

L₅₂ – 400 мГ, 640 Ω, 7300 вит. внавал, ПЭВ-1-0,12 мм, на гильзе Ø 12 мм, длиной 25 мм.

Изготовление фильтра.

Аккуратно повторить бескаркасную намотку при числе витков в несколько тысяч, не имея приспособлений, используемых в заводских условиях, довольно сложно. Поэтому для катушек фильтра были разработаны и изготовлены точёные каркасы из капролона с внутренним диаметром гильзы 10 мм, которую можно одеть на ось большинства ручных намоточных станков.

Диаметр каркаса, который без больших сложностей можно изготовить на токарном станке (например, школьном ТВ-4, который должен быть в кабинете труда в каждой школе), получился 13 мм, при толщине стенки гильзы 1,5 мм (при меньшей толщине стенки и неопытном токаре, каркас может сломаться при выборке материала между щечками).

Практические намоточные данные под новый диаметр каркаса, получились такими:

L₄₈ – 760 мГ, 1240 Ω, 9660 вит. внавал, ПЭВ-1-0,1 мм, на каркасе Ø 13 мм, длиной 25 мм;

L₄₉ и L₅₀ – 250 мГ, 474 Ω, 5730 вит. внавал, ПЭВ-1-0,12 мм, на каркасе Ø 13 мм, длиной 25 мм;

L₅₂ – 400 мГ, 607 Ω, 7080 вит. внавал, ПЭВ-1-0,12 мм, на каркасе Ø 13 мм, длиной 25 мм.

Вести намотку проводом ПЭВ-1-0,1 мм на ручном намоточном станке довольно сложно: тонкий провод имеет тенденцию рваться. Поэтому катушку L₄₈ можно намотать проводом ПЭВ-1-0,12 мм, и добавить последовательно с ней резистор сопротивлением 360 Ω. Но поскольку в цепи катушки и так включен последовательный резистор R₂₂ – 6,8 кΩ (Рис. 2), этого можно не делать.

L₄₈ – 760 мГ, 874 Ω, 9170 вит. внавал, ПЭВ-1-0,12 мм, на каркасе Ø 13 мм, длиной 25 мм;

Конструкция каркасов. Для катушек L₄₉ и L₅₀ были изготовлены каркасы со щечками, диаметром 24 мм (Рис. 3), для катушек L₄₈ и L₅₂ – со щечками, диаметром 28 мм (Рис. 4). При намотке катушки L₄₈ проводом ПЭВ-1-0,12 мм потребуется каркас со щечками, диаметром 30 мм.

Выводы катушек, для повышения прочности, выполнены жгутиками из намоточного провода, сложенного втрое и перевитого между собой (Рис. 5). Жгутик является цельным продолжением самого провода намотки. Длина жгутиков 150 – 200 мм. В начале намотки первые два витка мотаются жгутиком, потом намотка продолжается проводом. В конце намотки последние полтора-два витка также мотаются жгутиком, после чего он продевается в отверстие в щечке каркаса.

Таким способом удобно выполнять выводы трансформаторов и катушек индуктивности на малогабаритных каркасах, ферритовых кольцах и других сердечниках, когда намотка ведется очень тонким проводом, который легко может порваться, а выполнение вывода монтажным проводом (даже ГФ-100-0,03) невозможно из-за его слишком большой толщины.

Для выполнения жестких выводов катушек, в одной из щечек каркаса проточен поясок с четырьмя радиальными отверстиями (Рис. 3, 4). В них следует вставить одножильный голый медный провод длиной 70 мм и сформовать, как показано на Рис. 6. Провод образует выводы катушки, закрепленные в щечке каркаса. Такими выводами катушка может крепиться в конструкции фильтра. Жгутик начала обмотки припаивается к жесткому выводу внутри пояска, жгутик конца обмотки – снаружи.

Корпус фильтра обеспечивает не только электростатическую, но и магнитную экранировку. Изготовлен из оцинкованного железа, толщиной 0,6 мм и собран с помощью пайки припоем ПОС-61 или ПОС-40 (Рис. 7). Внутренний размер корпуса 54 х 70 х 78,6 мм. Развертка деталей корпуса приведена на Рис. 11. Чтобы прогреть корпус при пайке, нужен паяльник мощностью 100 Вт.

Выводы схемы припаиваются к монтажным лепесткам, расклепанным на монтажной планке из гетинакса (Рис. 9), размером 10 х 60 мм и толщиной 1,5 мм. Она крепится к крышке фильтра (Рис. 8), изготовленной из прессшпана (прессованный картон) толщиной 1 мм с помощью двух пустотелых латунных заклепок. Крышку можно выполнить из гетинакса и непосредственно на нее расклепать монтажные лепестки. Нумерация выводов в соответствии с принципиальной схемой показана на Рис. 7. Вывод номер 6, идущий от внутреннего шасси (Рис. 7, 10) припаивается непосредственно к корпусу фильтра с наружной стороны и для этого часть поверхности корпуса залуживается при его изготовлении (Рис. 7. Вид слева). В это же место припаивается оплетка соединительного кабеля, которым фильтр подключается к радиоприемнику. Вывод номер 5 в данной схеме радиоприемника не используется.

Монтаж фильтра выполнен на стальном оцинкованном шасси, размером 53 х 69 и толщиной 0,6 мм с отбортованными на 5 мм узкими сторонами (Рис. 10). Шасси фильтра разделяет его корпус приблизительно пополам по глубине, и служит магнитным и электростатическим экраном между тембровой и фильтровой частями схемы. Фильтровая часть схемы расположена глубже. Расположение деталей внутри корпуса фильтра показано в разрезе на виде слева (Рис. 7). Оси катушек с каждой стороны шасси расположены перпендикулярно друг другу и параллельно шасси. Крепеж элементов к шасси производится за счет жесткости их выводов. Поскольку после монтажа фильтр заливается церезином, дополнительного крепления деталей не требуется.

Описанный в статье фильтр, после небольшой доработки может быть использован в индивидуальном радиовещании при формировании полосы сигнала АМ радиопередатчика.

Литература и ссылки:

1. Радиоприемник «Ленинград». Краткое описание и инструкция. СССР, Министерство промышленности средств связи. Завод им. Козицкого. Ленинград, 1947 г.
2. Вдохновитель этой статьи: Иванюшкин Роман Юрьевич – радиоинженер, радиолюбитель и коллекционер старинной радиоаппаратуры. В миру, к.т.н., доцент кафедры радиооборудования и схемотехники (ранее РПдУ) Московского технического Университета связи и информатики.
3. Сергей Комаров. Старая добрая графика принципиальных схем. Статья и графическая база опубликована на домашнем сайте автора: http://www.radiostation.ru/home/usilitel-gfx.html
4. Диана Харб. Расчет индуктивности многосекционных катушек и дросселей. Программный калькулятор «Inductors»: http://www.cqf.su/technics/Induktors-W1.html
5. Домашний музей Сергея Комарова: http://www.tetrod.ru/museum.html

Приложение 1. Чертежи деталей корпуса.

Приложение 2.

Таблица 1. Спецификация к схеме (Рис. 2).

Приложение 3.

Доработка фильтра для Индивидуального радиовещания.

Если Вы применяете ламповый УМЗЧ в качестве модулятора, то дорабатывать фильтр не надо. Он просто встаёт на входе перед каскадом предварительного усиления. Соответственно, сопротивление утечки первой сетки, являющееся нагрузкой фильтра, должно быть 270 килоом.

В случае, если ваш модулятор выполнен на транзисторах или на интегральных микросхемах, то входное сопротивление усилителя (сопротивление нагрузки фильтра) будет меньшим. Например, 10 или даже 4,7 килоом. В этом случае фильтр надо пересчитать. В интернете есть программы моделирования фильтров Кауэра. Мне понравилась вот эта: https://rf-tools.com/lc-filter/

Результат моделирования для нагрузки 4,7 килоома показан на рисунке 12.