kangeroe fasedraaier

[buizenbuzz]

Ik lees en zie weleens dat achter de bekende kangero of kathodyne fasedraaier in buizen versterkers een extra driver gezet wordt om de eindbuizen aan te sturen, dit omdat de impedantie van de anode- en kathode kant niet gelijkwaardig zijn. Dit snap ik niet helemaal. De anode en kathode weerstand zijn gelijk(bv 15k). de voeding is een kortsluiting voor wisselstroom dus, zou de impedantie gelijk moeten zijn.

Of zie ik iets over hoofd? Ideeen?

[AatV]

In diverse buizenboeken wordt inderdaad gesteld dat de uitgangsimpedantie van de "anode uitgang" hoger is dan die van de "kathode uitgang".
De redenatie is gaat dan ongeveer als volgt : de uitgangsimpedantie van de bij de anode is ongeveer gelijk aan een parallelschakeling van de weerstand en impedantie van de buis. Bij de kathode is de uitgangsimpedantie gelijk aan die van een kathodevolger, dus erg laag.
De meeste auteurs schrijven elkaar na en zo wordt de mythe van de verschillende uitgangsimpedanties in stand gehouden.

De waarheid is dat als de beide uitgangen worden belast, de uitgangsimpedanties vrijwel aan elkaar gelijk zijn. De kangoeroe presteert met maar een paar onderdelen erg goed, de gelijkheid van de tegengestelde uitgangen hangt alleen af van de gelijkheid van de weerstanden. Nadeel is alleen dat de spanningszwaai wat beperkt is. Bij voldoende hoge voedingsspanning vervalt ook dit bezwaar.

groet,
AatV

[Ah!buis]

Het schijnt dat daarover hele boekwerken geschreven zijn .Maar eigenlijk is het niet zo moeilijk .
Je hebt een triode, wat er aan de ene kant binnen(kathode) komt moet er aan de andere kant(anode) weer uit,niets meer niets minder (behalve met roosterstroom ,dat doen we niet).Gevolg is dat eenzelfde impedantie langs de twee kanten hetzelfde signaal oplevert.'tIs pas als de belasting niet gelijk is dat er ook een verschil uitkomt.Dat is assymetrisch,een verandering bij de kathode heeft z'n weerslag bij de anode,een verandering bij de anode merk je (bijna) niet aan de kathode.
De belasting is toch hetzelfde zou je zeggen,een weerstand en de ingang van de eindbuis.Met een penthode als eindbuis is dat wel ongeveer zo,maar een triode .Daar heb je een zogenaamde Miller-capaciteit,dat is de capaciteit bij het rooster door het inwendige condensatortje tussen rooster en anode maal de versterking van de buis.Die versterking verandert met de stroom door de buis en daarmee ook die Miller.Bij een balansversterker gaan de buizen om en om geleiden zodat de capaciteit bij de twee in tegengestelde richting veranderen.Gevolg,verschillende belasting bij de fasedraaier,weg symmetrie .
In de praktijk loopt 't zo'n vaart niet,zeker met 15k zijn die capaciteiten verwaarloosbaar.
Maar er speelt nog wat,de extra belasting bij hogere frequenties maakt daar de uitstuurruimte van de fasedraaier kleiner.
Dus bij fasedraaiers met grote weerstanden(150k en meer)en triode-eindbuizen heeft het soms zin om er kathode-volgers tussen te zetten.
Anne

[AatV]

Als je een buis neemt met een niet te hoge Mu, bijvoorbeeld een ECC82, heb je binnen de audiofrequenties geen last van de Millercapaciteit.

groet,
AatV

[Ah!buis]

He,Aat is ook net bezig geweest .Had het over verschil in impedantie anode/kathode.Natuurlijk is de kathode-impedantie veel kleiner,vandaar dat ik al zei dat een verandering aan de anode niet tot de kathode dootdringt maar omgekeerd wel,de reaktie (tegenkoppeling) is bij de kathode veel sterker.Alleen dat doet er bij de fasedraaier niet toe,de uitgangsimpedantie is een maat van wat er gebeurt als de belasting verandert en die mag niet veranderen.Toch niet een van de twee,wel samen maar dan is de boel ook weer in evenwicht.
Anne

@Aat,het ging wel over de triode-eindbuizen en hun Miller .

[buizenbuzz]

Dank voor jullie heldere uitleg, Is me wel een en ander duidelijk geworden. Voor een eenvoudige buizen versterker is zoń fase draaier een prima middel. Wil je echt alles uit de kast halen om een goede versterker te bouwen zou deze fase draaier niet toe te passen zijn.

Hoe zit het met de frequentie afhankelijkheid van deze schakeling. Is dacht ik behoorlijk lineair in het audio gebeid.

Klaas

[Ah!buis]

De frequentie is niet zo'n probleem wat betreft lineariteit.Een capaciteitje aan de anode dreigt de weergave te laten afnemen,maar dan zit er eenzelde over de kathodeweerstand en dat schroeft de versterking weer op.
Doordat de beschikbare voeding over twee weerstanden en de buis moet verdeeld worden is de beschikbare uitsturing meestal aan de krappe kant en die ruimte wordt nog kleiner als de belasting bij hoge frequenties toeneemt.Maar het valt reuze mee hoor (heel kleine capaciteiten en niet al te grote weerstanden).
Het mooie (nou mooi) is dat de vervorming assymetrisch is (even harmonischen) en die vallen in de eindtrap grotendeels weg.Om meer stuurspanning te hebben wordt vaak zo'n schakeling met lange staart gebruikt,vervormt symmetrisch,blijf je mee zitten.Eerste keus blijft de kathodyne,daarnaast mag ik de schakeling wel met een x-1 trap,veel uitgangsspanning,assymetrisch en de kathodes "hangen" niet ergens vanboven (Vfk max !).
Begint hier wel op weer een boek hierover te lijken
Anne

[democles]

Anne,

Wat is een ,,kathodyne,,?

Oke,even ,gegoogeld, en gevonden http://www.triodedick.com/Bill_deel2.htm

[Pjotr]

Hallo heren deskundigen, kunnen we dit niet gewoon even uitrekenen?

De uitgangsweerstand van de buis aan de anode (met een anode weerstand die oneindig groot is) is (Rk x (1+Mu)) + Ri. Daaraan parallel staat dan Ra voor de uiteindelijke uitgangsweerstand aan de anode.

De uitgangsweerstand aan de kathode geldt: (Ri + Ra) / (1+Mu). Daaraan parallel staat dan Rk voor de uiteindelijke uitgangsweerstand aan de kathode.

Nemen we nu een ECC83 met een Mu van 100, een Ri van 62K en Ra en Rk van 15K zoals in het schema van post 1, dan krijgen we aan de anode een uitgangsweerstand van 15K x 101 + 62K = 1,577 meg met daaraan parallel 15K voor de totale uitgangsweerstand. Die uitgangsweerstand wordt dan dus vrijwel alleen bepaald door Ra.

Aan de kant van de kathode wordt de uitgangsweerstand van de buis (15K + 62K)/101 = 762 ohm. Voor de totale uitgangsweerstand staat daaraan Rk parallel. Die uitgangsweerstand wordt dan dus hoofdzakelijk bepaald door de buis samen met Ra.

Bij een belasting met een hoge weerstand en lage capaciteit (tot een paar honders pF) is dit allemaal geen probleem. Maar ga je grote buizen en er aan hangen met flink wat (Miller) capaciteit dan is buffering met een kathodevolger wel aan te bevelen.

De frequentie is niet zo'n probleem wat betreft lineariteit.Een capaciteitje aan de anode dreigt de weergave te laten afnemen,maar dan zit er eenzelde over de kathodeweerstand en dat schroeft de versterking weer op.

Klopt helemaal Anne, zolang de belasting impedantie aan de anode en kathode gelijk blijft werkt dit perfect symmetrisch. 'Tis best een lastig ding om te doorgronden.

Leesvoer:

Part 3 - Phase Inverters.pdf

(304.75 KiB) 183 keer gedownload

[Pjotr]

Hier nog even op verder gaand, eigenlijk is het benaderen van de uitgangsimpedantie niet de goede manier. Beter kun je naar de totale versterking kijken aan de anode en en kathode kant.

Aan de anodekant geldt voor de versterking: A_a = - Mu x Ra / (Ra + Ri + Rk x (1 + Mu))
Aan de kathodekant geldt voor de versterking: A_k = Mu x Rk / (Ra + Ri + Rk x (1+ Mu))

Maken we Ra en Rk aan elkaar gelijk en is de belasting aan de anode en kathode kant gelijk dan kunnen we daarvoor schrijven Ra = Rk = anode weerstand // Z_load = kathode weerstand // Z_load = Z_equ

Met wat algebra wordt dan de versterking aan de anode: A_a = - Mu / ((2 + Mu) + (Ri / Z_equ))
En aan de kant van de kathode: A_k = Mu / ((2 + Mu) + (Ri / Z_equ))

Grote grap is dan dat de versterking aan de anode en de kathode exact gelijk is en alleen het teken omgekeerd is. Deze versterking blijft ook gelijk als de capacitieve belasting aan beide kanten gelijk is en blijft. Maar het is niet zo dat de capaciteit aan de ene kant compenseert voor de capaciteit aan de andere kant.Dat doet het alleen voor het faseverschil maar niet voor de versterking. Als met oplopende frequentie R_equ klein gaat worden t.g.v. een capacitieve belasting, dan wordt de term Ri/R_equ groot en gaat de versterking alsnog afvallen. Maar wel aan beide kanten in dezelfde mate en dat is de lol van dit schakelingetje.

[mtb]

Om de berekeningen wat duidelijker te maken, heb ik de Kathodyne met de ECC83(12AX7) gesimuleerd met het (ideale!) AC-model van de buis:

Het buismodel bestaat uit een gyrator met Ri en met een transconductantie=S(teilheid) van 1m6 A/V: mu=S*Ri.
Ik heb de instelling van de Fender Bandmaster (zie http://www.luidsprekers.org/LTspice/) gebruikt, want die heeft zo'n stuurtrap.
Als C1 en C2 gelijk zijn werkt de schakeling perfect, bij ongelijke waarden zie je pas wat er fout gaat.

[AatV]

Hallo heren deskundigen, kunnen we dit niet gewoon even uitrekenen?

De uitgangsweerstand van de buis aan de anode (met een anode weerstand die oneindig groot is) is (Rk x (1+Mu)) + Ri. Daaraan parallel staat dan Ra voor de uiteindelijke uitgangsweerstand aan de anode.

De uitgangsweerstand aan de kathode geldt: (Ri + Ra) / (1+Mu). Daaraan parallel staat dan Rk voor de uiteindelijke uitgangsweerstand aan de kathode.

Nemen we nu een ECC83 met een Mu van 100, een Ri van 62K en Ra en Rk van 15K zoals in het schema van post 1, dan krijgen we aan de anode een uitgangsweerstand van 15K x 101 + 62K = 1,577 meg met daaraan parallel 15K voor de totale uitgangsweerstand. Die uitgangsweerstand wordt dan dus vrijwel alleen bepaald door Ra.

Aan de kant van de kathode wordt de uitgangsweerstand van de buis (15K + 62K)/101 = 762 ohm. Voor de totale uitgangsweerstand staat daaraan Rk parallel. Die uitgangsweerstand wordt dan dus hoofdzakelijk bepaald door de buis samen met Ra.

Het gaat hier toch weer fout in de berekening van de uitgangsimpedanties, doordat er geen rekening gehouden wordt met het feit dat zowel kathode als anode belast worden en de de zaak fors wordt tegengekoppeld.
Albert Preisman heeft in "Notes on the Cathodyne Phase-Splitter" in april 1960 al de juiste formule gegeven voor de uitgangsimpedantie van zowel de kathode als de anode. (in de formule is RL zowel Ra als Rk) :

Zuit =(RL * Ri) / {RL (Mu+2) + Ri}

Als we de waarden van ECC83 en de 15k voor de Ra/Rk aanhouden komen we voor beide uitgangen uit op bijna 600 Ohm!
Nu de praktijk. In de voortreffelijke uitgave linear Audio, volume 0 is een ECC88 kangoeroe fasedraaier symmetrisch belast met een c van 10 nF. De uitkomst was duidelijk en verwacht: beide uitgangen gedroegen zich precies hetzelfde.
Laat natuurlijk onverlet de uitgangen beide belast moeten zijn, dus als het eindbuizen betreft een klasse A instelling. Zoals Ah!buis en mtb al opmerkten gaat het bij klasse B mis.

groet,
Aat

[Pjotr]

Het gaat hier toch weer fout in de berekening van de uitgangsimpedanties, doordat er geen rekening gehouden wordt met het feit dat zowel kathode als anode belast worden en de de zaak fors wordt tegengekoppeld.
Albert Preisman heeft in "Notes on the Cathodyne Phase-Splitter" in april 1960 al de juiste formule gegeven voor de uitgangsimpedantie van zowel de kathode als de anode. (in de formule is RL zowel Ra als Rk) :

Zuit =(RL * Ri) / {RL (Mu+2) + Ri}

Ook als je het simuleert in PSpice met het lineaire buismodelletje wat mtb gaf, maar dan met Za = Zk = ZL, kloppen de door mij gegeven standaard formules wel. Is maar goed ook want de netwerktheorie kan ook Preisman niet verbuigen Dat doet ie trouwen ook niet als je het goed leest.

cathodyne.pdf

(157.83 KiB) 127 keer gedownload

[AatV]

@Pjotr,

Vind het allemaal prima, maar hoe kom je dan aan verschillende uitgangsimpedanties van 15k en 762R?

groet,
Aat

[Pjotr]

Je moet het zo zien (zoals Anne in het begin al min of meer heeft uitgelegd): Met een hoge kathodeweerstand maak je van de buis een stroombron aan de kant van de anode. Die stroom wordt bepaald door de impedantie aan de kathode. De inwendige weerstand van een stroombron is per definitie hoog. Maar omdat de stroom nergens anders heen kan (door het rooster loopt geen stroom) moet diezelfde stroom ook door de anode lopen. Als daar eenzelfde impedantie zit als bij de kathode moet daar wel een identieke spanning verschijnen. Dat staat dan los van de berekende (en gemeten) impedantie van de buis.

[Ah!buis]

Waarom zit Aat zo met de uitgangsimpedanties in z'n maag Die doen pas ter zake als de belasting verandert.Een kathodyne is er pas een als beide kanten gelijk belast worden (met inbegrip van de,voor de werking noodzakelijke,weerstanden),niks verandering van belasting.
Natuurlijk,om te weten wat de schakeling gaat doen bij misbruik (ongelijk belast) komt de uitgangsimpedantie er bij kijken.
Dat die verschillend is aan de twee kanten is nogal wiedes.Een kleinere weerstand aan de kathodekant doet daar de uitgangs(wissel)spanning nauwelijks veranderen,'t is daar per slot een kathodevolger voor.Maar verklein de anodeweerstand en de (wissel)spanning zakt,de door de kathodeweerstand opgelegde stroom is niet verandert,zelfde stroom+kleinere weerstand=minder spanning.
Dat mooie rekenwerk van Peter leidt tot het besluit dat Gk=Ga zodat Ri of µ er niks meer toe doen.Tussen de twee uitgangen hoeft enkel "iets" te zitten zodat de stroom die er binnenkomt er ook weer (evenveel)uitkomt.Kan een buis zijn,zelfs in alle betekenissen desnoods manneke pis,als er maar uitkomt wat er ingaat .
Dus de ideale fasedraaier als de belasting maar gelijk is (blijft) ,bijna,zitten nog een paar zei het heel kleine spelbrekers in.
De eerste is de gloeidraad/kathode capaciteit,die zou eigenlijk aan de anode uitgebalanceerd moeten.
Dan is er de,veel toegepaste schakeling,ingang met condensator.Dan zit er een lekweerstand naar de kathode (na de polarisatie-weerstand) en langs daar komt er stroom die niet bij de anode terugkomt.Beter is dan,hoewel eigenlijk niet noemenswaardig,om het rooster een vaste spanning te geven met een deler op de voeding bijv.
Met niet veel overtuiging , eind boek,eind goed al goed .
Anne

[AatV]

@Anne,

je bent weer (bijna) onnavolgbaar bezig...

groet,
Aat

[Ah!buis]

onnavolgbaar ,ik mag het hopen
De mens heeft zo al genoeg te verduren
Anne

[Pjotr]

Het gaat hier toch weer fout in de berekening van de uitgangsimpedanties, doordat er geen rekening gehouden wordt met het feit dat zowel kathode als anode belast worden en de de zaak fors wordt tegengekoppeld.

Dat klopt trouwens niet. In de formule voor de uitgangsweerstand aan de anodekant zit wel degelijk Rk. Die maakt de impedantie aan de anode juist hoog door de lokale tegenkoppeling. Voor de buis alleen kom je dan over de 1 meg uit. Belast met 15K aan de anode kun je rustig stellen dat de buis daarmee als stroombron werkt.


En om deze ook maar even beet te pakken:

Als je een buis neemt met een niet te hoge Mu, bijvoorbeeld een ECC82, heb je binnen de audiofrequenties geen last van de Millercapaciteit.

groet,
AatV

De spanningsversterking is minder dan 1x, dus van Miller capaciteit is sowieso weinig sprake. Dit ding heeft juist een grote bandbreedte, met een ECC83 kom je makkelijk tot 1 MHz. De belastingscapaciteit gaat veel eerder een rol spelen. Je ziet deze veel toegepast in versterkers met nogal wat overall feedback. Dat zou niet gaan als de bandbreedte beperkt zou zijn.

[AatV]

Was er eigenlijk wel klaar mee, maar goed..

Dat klopt trouwens niet. In de formule voor de uitgangsweerstand aan de anodekant zit wel degelijk Rk. Die maakt de impedantie aan de anode juist hoog door de lokale tegenkoppeling. Voor de buis alleen kom je dan over de 1 meg uit. Belast met 15K aan de anode kun je rustig stellen dat de buis daarmee als stroombron werkt.

Je moet wel degelijk de algemene formule van de anode uitgangsimpedantie van je post op 24 juli uitbreiden met een tegenkoppelingsargument om tot de juiste uitgangsimpedantie - als begrepen in de formule van Preisman - te komen.

De spanningsversterking is minder dan 1x, dus van Miller capaciteit is sowieso weinig sprake. Dit ding heeft juist een grote bandbreedte, met een ECC83 kom je makkelijk tot 1 MHz. De belastingscapaciteit gaat veel eerder een rol spelen. Je ziet deze veel toegepast in versterkers met nogal wat overall feedback. Dat zou niet gaan als de bandbreedte beperkt zou zijn.

Dat de Millercapaciteit gevormd wordt door A x Cag is bekend.

groet,
Aat

[Pjotr]

De terugkoppeling is al meegenomen. Schrijf het nou zelf eens helemaal uit Aat, zie je het vanzelf. Waar het mij om gaat is je conclusie dat wat ik doe fout is maar dat toon je niet aan. Prima hoor maar staaf je beweringen dan ook.

Als je dat stuk van Preisman nog eens zorgvuldig na leest zie je dat hij helemaal niet beweert dat de impedantie aan de kathode en aan de anode gelijk is. Wat hij laat zien is dat de versterking aan de anode en kathode kant gelijk is, en dat ook blijft over de frequentie, in het geval Za en Zk gelijk zijn ondanks de verschillen in impedantie. Daar neemt ie een behoorlijke omweg voor vind ik die op zich klopt maar het niet overzichtelijk maakt.

Wat ik schreef is niet anders dan wat je ook in de standaard leerboeken vindt.