Eindtrap met actieve load in stijl van Western Electric 91E

[timpert]

De Western Electric 91E versterker die momenteel voor 15 kilopop wordt verkocht heeft een leuke variant op het parafeed plus actieve plate load principe. Het patent geeft aardig wat info:

https://patents.google.com/patent/US10256776B1/en

De actieve load heeft een negatieve weerstand, zodat samen met de parallel geschakelde positieve weerstand van de uitgangstrafo een hoge belastingsweerstand ontstaat zoals die gezien wordt door de eindbuis. Gevolg: een (voor triodebegrippen) hoge demping en lage vervorming. Leuk concept om eens te proberen!

Volgens mij kan je met een 6080/6AS7 en een 100V lijntrafo al prima experimenteren. Wie denkt/soldeert mee?

<edit> pdf van patent toegevoegd.

[SSassen]

Laten we gelijk de koe bij de hoorns vatten en hiervoor een 6C33 inzetten, daarvan heb ik immers toch twee prototypes staan hier.

[timpert]

Ik was niet van plan om een versterker te gaan bouwen, maar het concept verdient aandacht. Met de spulletjes die ik heb liggen kan ik zonder noemenswaardige kosten met de 6080 experimenteren. Eerst maar eens de oefening op papier wat uitwerken. Later vandaag...

Hier het audioxpress artikeltje erover (betaalde promo lijkt me): https://audioxpress.com/news/western-el ... -pre-order

Het geeft meteen een belangrijk detail weer: de actieve load levert de helft van de AC stroom, en dat is te bereiken door de negatieve weerstand op -2 keer de belastingsweerstand te zetten.

[RobertD]

Ben wel benieuwd of dat goed werkt. Je kunt met zo'n Parafase trapje toch met een veel eenvoudiger uitgangstrafo werken?
Ik heb nog wat 300B buizen liggen die wachten op een goed idee en budget voor UGT's.

[timpert]

Het heeft voordelen en nadelen. Voordeel is dat je 2x zo veel vermogen hebt en geen DC door de UGT, dus de trafo wordt goedkoper en presteert beter. Bovendien is de Power Supply Rejection Ratio stukken beter, dus de voeding heeft minder uitwerking op het geluid. Hoewel ik eerder heb geroepen dat de dempingsfactor verbetert, blijkt dat bij nader inzien niet zo te zijn. De UGT ziet een bronimpedantie die gelijk is aan de inwendige weerstand van de buis (bij de 300B zo'n 700 Ohm) parallel aan de impedantie van de actieve load. Omdat de actieve load een negatieve weerstand heeft, ziet de trafo dus een hogere bronimpedantie, en wordt de dempingsfactor daardoor lager.

Voorbeeld: een redelijke anodelast voor een 300B is 4k. Met 700 Ohm inwendige weerstand heb je een dempingsfactor van 5,7 als je een klassieke SE uitgangstrap bouwt.

Nu passen we een actieve load toe van -4k en een belastingsimpedantie van 2k. De buis ziet 1/(1/2 -1/4) = 4k belasting, maar de uitgangstrafo ziet 1/(1/700 - 1/4000) = 848 Ohm bronimpedantie. De dempingsfactor is nu dus 2,35. Nog niet eens de helft dus!

[peterl]

Maar is dat ook niet deels gebaseerd op het ontwerp van Menno?
Daar ga je de weerstand door de ugt en naar de KT naar minimaal brengen, of zie ik dat fout?

[timpert]

Maar is dat ook niet deels gebaseerd op het ontwerp van Menno?
Daar ga je de weerstand door de ugt en naar de KT naar minimaal brengen, of zie ik dat fout?

Je bedoelt met de Menno Cell zoals in je voorlaatste versterker? Dat is een driver met sterke terugkoppeling vanaf de anode van de eindbuis, een heel ander verhaal dus. Maar ook prima te gebruiken met deze eindtrap.

[Ah!buis]

Leuk idee, maar niet zo nieuw.Ik meen me zoiets al 's heel lang geleden te zijn tegengekomen, weet echt niet meer waar, veel vergeten.
Met een 300B gaat het dus zo,

Door het verschil in spanning over R1 en R2 door de Vgs van de linkse fet krijg je een niet lineair verloop van de werklijn.Heb het gevolg met een dun krom lijntje aangegeven.Is te verbeteren door die weerstanden flink groot te nemen, met meer spanning wordt het verschil verhoudingsgewijs kleiner.
Bijv 5V over R1 geeft ong 3V (Vgs=2V) over R2.Als dan de stroom door R1 verdubbelt wordt dat 10V en 8V voor R2, ofwel bijna 3x.
Als de versterker onbelast is (LS los) Gaan vermoedelijk beide fets in verzadiging en krijgt de buis bijna 4x het vermogen te dissiperen dan met de ruststroom, in de gaten te houden.
Voor de 6AS7 zou zoiets kunnen lijkt me.

Anne

[SSassen]

Kunnen wij zoiets knutselen in onze 6C33 versterker Anne? Ik heb zat depletion (en normale) MOSFET’s dus wil het experiment wel doen om te kijken of het iets nuttigs oplevert?

[Ah!buis]

Kunnen wij zoiets knutselen in onze 6C33 versterker Anne? Ik heb zat depletion (en normale) MOSFET’s dus wil het experiment wel doen om te kijken of het iets nuttigs oplevert?

Dat zou dan ong zo moeten.
Anne

[timpert]

De HV P-MOSFETs blijken een iets grotere uitdaging dan ik dacht. Er zijn wel wat geschikte typen, maar vooralsnog vind ik die alleen bij Mouser. Verder heb ik alles liggen wat ik nodig heb om dit te proberen, inclusief een General Radio 942a uitgangstrafo. Die is heel flexibel te configureren en daardoor ideaal voor dit soort proefjes.

[Ah!buis]

Ja, verwachte ik al, boven de 500V is het moeilijk.
Anne

[timpert]

Daar zijn ze bij WE ook tegenaan gelopen, vandaar de constructie die in figuur 5 van het patent te zien is. Zo kan je de spanning en de dissipatie over meerdere MOSFETs uitsmeren, en wordt de keus ruimer. Maar nog steeds moet je een MOSFET selecteren die geschikt is voor lineair gebruik, waardoor de spoeling alsnog tamelijk dun blijft.

Bij Mouser zie ik, als ik zoek op MOSFETs tussen 200V en 500V en met een redelijk lage "typical" gate charge:

• FQP2P40, 400V, 10 nC gate charge, end-of-life
• FQP4P40, 400V, 18 nC gate charge, in productie
• FQP3P20, 200V, 6 nC gate charge, in productie
• FQPF5P20, 200V, 10nC gate charge, end of life

De rest is ofwel niet geschikt voor lineair gebruik, of de gate charge is hoger dan 20 nC.

[Pjotr]

Leuk idee, maar niet zo nieuw.Ik meen me zoiets al 's heel lang geleden te zijn tegengekomen, weet echt niet meer waar, veel vergeten.
Met een 300B gaat het dus zo, 300B.png Door het verschil in spanning over R1 en R2 door de Vgs van de linkse fet krijg je een niet lineair verloop van de werklijn.Heb het gevolg met een dun krom lijntje aangegeven.Is te verbeteren door die weerstanden flink groot te nemen, met meer spanning wordt het verschil verhoudingsgewijs kleiner.
......

I.d.d. Anne, je creëert hier positieve feedback en dat maakt wat krom is nog krommer. En nieuw is het i.d.d. zeker niet. J.L.Hood deed dat al met zijn befaamde 1969 Klasse-A en Pass ook in zijn ontwerpen. Kun je beter die aanpak kopiëren...

[timpert]

J.L.Hood deed dat al met zijn befaamde 1969 Klasse-A...

Die zie ik even niet. Ik heb het artikel van Hood uit 1969 voor mijn neus, maar ik zie nergens een voorziening om een negatieve weerstand parallel aan de belasting te zetten. Dat is waar dit verhaal om draait, zie ook figuren 15 en 16 uit het patent. JLH gebruikt een bootstrap om de aansturing van Tr2 op het juiste niveau te krijgen, da's toch wat anders.

[Pjotr]

Kijk maar eens goed hoe de "positieve" tor aangestuurd wordt. Stuk eleganter, en simpeler, en stabieler, dan dit m.i.

[timpert]

Ja vast, maar het is een volstrekt andere topologie (bootstrap) dan hier wordt besproken. Nelson Pass is ook niet vies van bootstrapping, maar het is toch appels versus peren.

Het onderwerp van deze thread wordt gebruikt in een hagelnieuwe versterker van een hoog aangeschreven club (Western Electric), die nu in pre-order is en 17k5 moet opleveren. Zie hier: https://www.atube-highfidelity.nl/produ ... ric-we91e/. Als het ding eenmaal bij reviewers landt zal er vast (terecht of niet) heel lovend over geschreven worden, dus vandaar dat ik het principe wil verkennen.

[Pjotr]

Het is allebei fruit Het gaat om het doel en dat is het zelfde. Dit is een andere implementatie maar wel met een omweg.

[timpert]

Nee, het doel is hier om de ins & outs te bespreken van de schakeling zoals die gebruikt is door WE. Dat het anders en beter kan staat als een paal boven water, maar dat geldt voor zo veel concepten die desondanks toch gretig worden gebouwd en verkocht. Daarom wil ik graag bij het topic blijven, en dit concept verkennen en vergelijken met de directe concurrenten (klassieke SE en parafeed SE) waarmee het wedijvert op de markt.

Het verkoopverhaal staat natuurlijk vol met de gebruikelijke Quatsch zoals "één buis doet het werk van twee". Nope, er is via een smokkelweg een PP versterker gemaakt rondom een enkele 300B, die daardoor de helft van het werk doet wanneer de belasting puur Ohms is. De andere helft zit in de behuizing verstopt en blijft daardoor comfortabel uit het zicht. Maar toch zal die ene 300B het karakter domineren als alles lekker werkt. Verder is de 300B het ding dat de boel elektrisch bij elkaar houdt, als de buis niet zo'n lage inwendige weerstand had gehad was het boeltje inderdaad zeer instabiel geweest en zou het oscilleren bij elke frequentie waarbij een impedantiepiek zit van meer dan 2 keer Znom. Maar toch werkt het en durft WE er een stevige prijs voor te vragen.

[peterl]

Nope, er is via een smokkelweg een PP versterker gemaakt rondom een enkele 300B

Bedoelde je niet een SE versterker, want als het een PP is dan kan je dat toch ook met 2 buizen doen en meer vermogen, ik begreep juist uit het verhaal dat het een SE is waar bijna het dubbele vermogen gehaald wordt door die fet schakeling(andere buis).

Of is dat juist het nep verhaal er achter, dat het een PP klasse A/B is maar met 1 dure buis en een goedkope mosfet of een balansversterker met 1 buis en een mosfet.

[timpert]

Dat laatste, het is een klasse A totem pole PP versterker geworden, de 300B is de onderste helft van de eindtrap en de actieve load de bovenste helft, die door zijn negatieve weerstand in tegenfase werkt met de buis. Maar omdat de bovenste helft alleen werkt op basis van de uitgangsspanning en die op zijn beurt weer bepaald wordt door de 300B zou je 'm nog steeds met wat fantasie voor SE kunnen laten doorgaan. Vast staat wel dat het verkoopverhaal niet helemaal eerlijk vertelt wat er onder de motorkap gebeurt.

[Pjotr]

Da's een beetje verwarrend. Het is een SE met een actieve load. En die actieve load zorgt er voor dat het effectief als een PP werkt. Strikt genomen is bij een PP zowel de bovenste buis als de onderste buis actief extern aangestuurd. Hier trekt de bovenste "buis" (fet dus) zichzelf, middels een hulpfet zich aan zijn schoenveters omhoog.

[peterl]

Kan je daar dan wel de zelfde ugt voor gebruiken of halveert die waarde dan ook door de "balans". Want dan wil ik de 300B van mij wel ombouwen om te testen.

[Ah!buis]

Die "hulpfet" zorgt ervoor dat de "hoofdfet" meer stroom trekt als de spanning op de uitgang omhoog gaat en omgekeerd.Doet dus eigenlijk de faseomkering om de bovenste helft van de balans te sturen.
Probleem is de stuurspanning komt van het gestuurde punt.Ideaal om een bistabiele toestand te krijgen, alles aan of alles uit.
Is maar de vraag of het ding wel wil opstarten zonder extra hulp. Bij inschakelen is er geen uitgangsspanning, gaat de "hulpfet" geen stroom trekken. Komt er ook geen sturing voor de "hoofdfet" en blijft de uitgang laag enz....
Anne

[timpert]

Kan je daar dan wel de zelfde ugt voor gebruiken of halveert die waarde dan ook door de "balans". Want dan wil ik de 300B van mij wel ombouwen om te testen.

De UGT is als parafeed geschakeld. De trafo is AC gekoppeld (met een condensator) met de anode van de eindbuis zodat er geen ruststroom door de wikkeling loopt. In een klassieke parafeed is de anode aan de plus verbonden met een dikke spoel, hier met een actieve load. Je kan dan een trafo zonder luchtspleet gebruiken, bij gelijk vermogen wordt de trafo kleiner, beter en goedkoper t.o.v. een SE trafo waar de ruststroom doorheen loopt. Je kan natuurlijk wel dezelfde trafo gebruiken, maar dan realiseer je de voordelen van een parafeed niet.

Ook moet je rekening houden met dubbele voedingsspanning. In het WE patent werkt de 300B op een anodespanning van 300 V, en is de totale voedingsspanning 600 V omdat de actieve load ook 300V nodig heeft. In dit specifieke geval moet de belastingsimpedantie gehalveerd worden, en wordt het dubbele uitgangsvermogen geleverd. Dus je moet uiteindelijk toch een andere uitgangstrafo gebruiken.

Die "hulpfet" zorgt ervoor dat de "hoofdfet" meer stroom trekt als de spanning op de uitgang omhoog gaat en omgekeerd.Doet dus eigenlijk de faseomkering om de bovenste helft van de balans te sturen.
Probleem is de stuurspanning komt van het gestuurde punt.Ideaal om een bistabiele toestand te krijgen, alles aan of alles uit.
Is maar de vraag of het ding wel wil opstarten zonder extra hulp. Bij inschakelen is er geen uitgangsspanning, gaat de "hulpfet" geen stroom trekken. Komt er ook geen sturing voor de "hoofdfet" en blijft de uitgang laag enz....
Anne

Ik zie die "hulpfet" als een eenvoudige manier om de spanning over de eindbuis te meten. De Vsense over weerstand 512 is immers evenredig aan de spanning over de eindbuis. Het is inderdaad de verstopte fasedraaier, maar dan op de uitgang in plaats van op de ingang. Volgens mij moet het ook zonder kunnen, maar dan wordt het wel gecompliceerder. Sterker nog, het moet mogelijk zijn om een actieve load te maken waarvan je de differentiële weerstand van positief (resistief) via oneindig (puur stroombron gedrag) naar negatief instelt met een knopje.

Het opstarten is inderdaad een verhaaltje apart. Als je er spanning op zet terwijl de buis nog koud is zal de uitgangsspanning in eerste instantie tegen de voedingsspanning aan lopen. Maar zo lang de inwendige weerstand van de eindbuis kleiner is dan -1 keer de negatieve weerstand van de actieve load zal zich een stabiel werkpunt instellen als de boel warm is. Het gaat uiteraard een stuk eleganter wanneer je eerst de 300B opwarmt, en daarna gecontroleerd de voedingsspanning op laat komen. Maar het staat wel vast dat dit alleen maar werkt met een triode met hoge doordringing, met een pentode kan je stabiliteit vergeten en zal de spanning altijd tegen één van de voedingsspanningen vastlopen.

Het opstarten vanuit een stroomloze toestand is te regelen door een weerstand parallel aan de actieve load te zetten, zoals (als bijwerking wellicht) ook geregeld is in figuur 5 uit het patent.