LTSpice Katodyn

LTSpice-ing the equilibrium-cathodyne/split-load

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Mit der Simulation kann man sehr schön den Unterschied zwischen dem üblichen (ohne RG) und dem vollständigen Katodyn (mit RG) erkennen.

1. Shorting the outputs alternately
1. Wechselseitiges Kurzschliessen der Ausgänge

Es ist die Euch bekannte Schaltung vom Line-Pre 2014. Ich habe den Wert von Rg für die Simulation optimiert. Rgsimu=51K Dem Gegengewicht R9 habe ich den Wert R1/µIIR5=3K3 dazu addiert, auf 54K3. Die Schaltung ist auf das für die Simulation notwendige reduziert.

Ich habe für Euch beide Schaltungen beide simuliert. Die asc-Dateien habe ich bei workupload.com für Euch hochgeladen, zum Mitsimulieren.

Katodyn_switch.asc http://workupload.com

Die Simu ist in drei Zeitabschnitte eingeteilt:
1. Abschnitt:
Der Katodenausgang, aufgrund der Phasendrehung in der Verstärker-Stufe als invertierend bezeichnet, wird kurzgeschlossen.

2. Abschnitt:
Beide Ausgänge offen.

3. Abschnitt:
Der Anodenausgang wird kurzgeschlossen.

Bei der üblichen Schaltung sieht man die Asymmetrie mehr als deutlich.

http://workupload.com/file/08kONyse

Richtig übel dabei, der massive Verstärkungsanstieg bei kurzgeschlossenem Katodenausgang.

So wurde (und wird) bisher "symmetrisch" mit dem Katodyn angesteuert. Eine Umschaltmöglichkeit auf asymmetrischen Betreib, wie beim Line-Pre 2014, geht so mal gar nicht.

Es gibt etliche Schriften in denen diese unsymmetrie des Katodyn bemängelt wird.

Bei der Schaltung mit Rg ist das Resultat eine perfekte Symmetrie beim Katodynausgang.

Katodyn_Rg51K_switch.asc http://workupload.com

http://workupload.com/file/goC7v3gc

Die Messung zwischen den Ausgängen spricht für sich.

2. Cathodyne Achilles Heel
2. Des Katodyn Achilles-Ferse

Die bisher übliche Katodynschaltung ist als Gegentakttreiber für Endröhren aufgrund der unterschiedlichen Treiberimpedanzen in Verruf geraten. Moderne Schaltungen verwenden deshalb lieber das Long Tailed Pair. Die Achilles-Ferse des Katodyn lässt sich in der Simulation ganz ausgezeichnet darstellen.
Katodyn_Diode_Achilles.asc http://workupload.com

Die Bilder sind wirklich beeindruckend, ich habe derartiges noch nirgendwo gesehen.

Als Endröhrengitter habe ich die Systeme der 6DJ7 als Dioden geschaltet.
Das Eingangssignal startet etwas verzögert, damit man die Gittervorspannungen erkennen kann. Sie liegen beide erwartungsgemäss auf -10V (Start)
In grün, der katondenseitige Ausgang.
In blau der anodenseitige Ausgang.
Dann kommt Signal auf die Gitter, natürlich etwas zu viel.
Die übliche katodynschaltung:

http://workupload.com/file/lzVxRFuj

Die Röhren werden unterschiedlich weit in den Gitterstrombereich gesteuert.
Nach einigen Perioden hat sich das eingependelt, jedoch leitet eine Röhre länger als die andere Röhre.
Nun Stoppt das Eingangssignal damit man die Gittervorspannungen erkennen kann.
Wegen der C-->R -Kopplung ist die Gittervorspannung durch Gittergleichrichtung negativer geworden.
Zu allem Überfluss auch noch unterschiedlich stark.
Dann schaut Euch mal das Differenzsignal zwischen den Gittern an (rot).
Das würde übrigens eine Class-A-PP wiedergeben. Da ändert sich die Lautstärke. Verzerrt ist es anfangs auch noch.
So das reicht - Ihr könnt ja mit der asc-Datei selbst nachmessen.

Nun zum Katodyn mit Rg:
Katodyn_Diode_Rg.asc http://workupload.com

http://workupload.com/file/EfI3vnGk

Beide Endröhren werden gleich stark und gleich lang in den Gitterstrombereich gesteuert.
Nach dem Signal haben beide Endröhren identische Vorspannungen. Das Differenzsignal unverzerrt und sauber.
Die Achilles-Ferse gibt es nun nicht mehr. Gegen so ein Katodyn kommt das Long Tail Pair nicht mehr an. Weiteres zu dem Thema dann im Scott 200 Blog.

3. Floating cathodyne
3. Störunterdrückung, schwimmender Betrieb

Bei dem Line-Pre 2014 wird im asymmetrisch nicht invertierendem Betrieb der invertierende Ausgang zur Signalmasse. Wenn man dort ein Störsignal einspeist, soll das zwischen den Ausgangsklemmen unterdrückt sein.

Das zeigt die folgende Simulation. Die Spannungsquelle V3 generiert ab der 3.Millisekunde einen 5KHz Störburst mit 25 Perioden.

http://workupload.com/file/LZvAoEmJ

Das Stör- Burstsignal ist grün dargestellt. In blau das Signal vom nicht invertierenden Ausgang nach GND und in rot das Ausgangssignal vom nicht invertierenden Ausgang zur Signalmasse.

Die Simu zeigt schön, wie der Ausgang schwimmt. Das Nutzsignal schwimmt auf dem Störsignal und das Ausgangssignal bleibt störungsfrei.

Freilich sind die Werte für diese Simu, wie man sieht, optimiert aber praktisch lässt sich sicher eine Störunterdrückung von mindestens 20dB erreichen. Man erhält so einen separaten, rückwirkungsfreien Ausgangsstromkreis was bei einem Anoden- oder Katodenfolger nicht der Fall ist.

Die Störunterdrückung ist nicht so hoch, als dass man es sich erlauben könnte, so hohe Pegel zu unterdrücken. An einer guten Masseverbindung (Schirmgeflecht) sollte es daher nicht fehlen. Eine zweiadrig abgeschirmte Leitung mit einem Klinken- oder XLR-Stecker auf der Vorstufen-Ausgangsseite und ein Cinch-Stecker bei dem Schirm mit der invertierenden Leitung verbunden wird am asymmetrischen Eingang des Endverstärkers, dürfte optimal sein. Symmetrische Verdrahtung natürlich auch.

Letztes Update: 05. November 2014 22:25MEZ (Englische Überschriften) http://gratis-besucherzaehler.de

Cathodyne meets Loftin White

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Katodyn trifft Loftin u. White

Apart from the DC coupling, another important achievement of Loftin and White was to make the signal floating on the cathode level of the output tube. Exactly this gives a mucathodyn equal output impedances and makes the cathodyne output floating. This technique is the way to use a very low mu triode in the mucathodyne circuit.
Ein bedeutendes Element der Loftin und White Schaltung besteht darin, dass Ausgangssignal der Treiberstufe auf dem Katodenpotential der Endröhre schwimmen zu lassen.
Genau dies sorgt bei einem Katodyn für gleiche Ausgangsimpedanzen am Katoden- bzw. Anodenausgang im Bezug auf Masse, lässt den Ausgang schwimmen.
Wie man das machen kann ist ja schon vom Triodelington Blog (Klick) her bekannt:

These technologie was used in a conventional SE to eliminate the sonic influence of the cathode bypass cap. Now is is used again to realize the mucathodyne circuit:
Diese Topologie ist für ein niedrig-µ-Katodyn wie geschaffen! Ich habe mit der 6080=ECC230 eine Schaltung für einen line-pre versuchsweise aufgebaut:

R1_Eingangsabschluss – und Gitterableitwiderstand für die Katodenbasisstufe
R2_Arbeitswiderstand für die Katodenbasisstufe
R3_Gitterableitwiderstand für das Katodyn
R4_In Reihenschaltung mit R5, Katodenwiderstand vom Katodyn, Teilerwiderstand für die Kompensation nach Loftin u. White
R5_In Reihenschaltung mit R4, Katodenwiderstand vom Katodyn, Teilerwiderstand für die Kompensation nach Loftin u. White
R6_Gegengewicht zur katodenseitigen Belastung des Katodyn.
R7_Anodenwiderstand vom Katodyn

No negative feedback is required. The output impedance between the inverting and the non-inverting output is rp under all circumstances. The output is able to float now.
Die Gegenkopplung entfällt bei der niedrig µ-Version völlig. :-)
Im asymmetrisch- nichtinvertierenden Betrieb, d.h. invertierender Ausgang an Masse, sind zwei Katodenbasisstufen hintereinander geschaltet. Aufgrund des sehr niedrigen µ=1,5 der ECC230 kann man die Stufen praktisch fast als Anodenfolger betrachten.
In jeder Betriebsart - ob symmetrisch oder asymmetrisch, ob invertierend oder nicht – entspricht der Betrag der Spannungsverstärkung immer dem der beiden hintereinandergeschalteten Katodenbasisstufen ohne irgendwelche Rückkopplung.

Im asymmetrisch- invertierenden Betrieb, d.h. nicht-invertierender Ausgang an Masse, erhält man eine Katodenbasisstufe mit anschließender Anodenbasisstufe.
Erst durch die Mitkopplung wird die Anodenbasisstufe, bei Trioden mit extrem niedrigem µ, überhaupt katodenfolger-gleich in Analogie zum Anodenfolger oben.

Die Verstärkungsziffer der Anodenbasisschaltung beträgt µ/(µ+1) bei der 6080:
vu= µ/(µ+1)= 1,5/(1,5+1)= 0,6
Und bei diesem Wert kann man wohl schwerlich behaupten, dass die Katode da noch dem Gitter folgt. Deshalb halte ich bei solchen niedrig-µ-Röhren die Begriffe Katodenfolger und Anodenbasis ganz klar auseinander.

Bemerkungen zur Experimentier- Schaltung mit der 6080:

Der Ausgangswiderstand zwischen den Klemmen beträgt nicht 1/s wie bei den vorhergehenden Schaltungen, sondern ri der Triode in Katodenbasisschaltung. Damit ist diese Schaltung speziell auf Trioden mit extrem niedrigem µ zugeschnitten. Der Anodenfolger ohne Gegenkopplung ist hier die Referenz.

Bei Trioden mit einem so extrem niedrigen µ werden einem selbst grobe arbeitspunkttechnische Fehler verzeihen.
Ich habe da bei der Katodenbasisstufe minus 40V am Gitter gegenüber der Katode und die Spannung zwischen Anode und Katode ist sogar noch kleiner als die am Arbeitswiderstand R2.

R2 ist also immer noch 'long tail'. Man kann praktisch ohne Rücksicht auf den Arbeitspunkt am Spannungsteiler R5;R4 spielen, was die Arbeit an der Schaltung sehr leicht macht.
Wer einen Eingangskondensator nit scheut, kann den Gitterableitwiderstand an einen Abgriff von R4 legen um so den Faktor der Triode weiter zu verbessern. Es genügt eigentlich die Gittervorspannung so niedrig zu wählen, dass man zum Gitterstrombereich etwas Reserve hat. Die Passende Anodenspannung stellt sich die Triode selbst ein, egal wie hochohmig R2 gewählt wird. Stromquellen sind bei solchen Röhren nutzloses Beiwerk weil sich bei den üblichen Betriebsspannungen immer ein long-tail realisieren lässt.

Schon lange vom Tisch auch die Behauptung, dass solche Röhren nicht linear seien und eines hohen Anodenstroms bedürfen um 'linear' zu arbeiten.

Bei der Auslegung von R2 muss man beachten, dass er die Wechselstromlast von R3 treiben kann ohne den Faktor zu verschlechtern. Von einer DC-Kopplung würde ich an dieser Stelle absehen, da ich ja schon Cgh Klick weggelassen habe, was mir besser gefällt.

Interessant ist, dass der Wert des Gegengewichtes R6 dem Wert R2/µ parallel R3 entspricht. Da der Abgriff an R4;R5 bei dem extrem niedrigen µ ja sehr hoch liegt kann man wohl mit dieser Näherung rechnen.

Zum Abgleich schließt man den Katodenausgang an Masse und merkt sich den Betrag der Ausgangsspannung am Anodenausgang. Diesen Wert stellt man dann am Katodenausgang bei an Masse liegendem Anodenausgang durch Verschieben des Abgriffs an den Teilerwiderständen R4;R5 ein. Danach nochmal etwas Feinschliff mit Wechselseitigem Kurzschließen wie bekannt.

Ich denke mal so richtig zum Durchbruch wird das LW-Katodyn erst kommen, wenn passende Röhren zur Verfügung stehen. Die 6080 ist ja nicht gerade schnuckelig. Immerhin passt ja die Bezeichnung ECC230 zum Einsatzgebiet hier.

Letztes Update 05. Oktober 2014 12:24 (Link hinzugefürt)

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