50% CFPP

50% CFPP

Cathode follower - Push Pull


Figuren viser en standard katodefølger basert på en triode:
50% CFPP

Ac-messig er anoden det punktet som inn og utgangssignalet refereres til (tenk på batteri/strømforsyning som en kortsluttning) og koblingen kalles derfor også felles anodekobling. Kretsen har lav utgangsimpedans men forsterkningen er alltid mindre enn 1. Tenker vi oss en effektforsterker laget etter denne topologien vil den ha lav utgangsimpedans og lav forvrengning men stille veldig store krav til spenningssving fra drivertrinnet. Mange hundre volt med sving, noe som ikke er en triviell oppgave å levere.
Derfor er de fleste utgangstrinn laget etter modellen under.

50% CFPP

Inngangsignalet refereres til rørets katode og ved å rydde litt opp i symbolene ser vi at dette er en standard felles katodekobling også kalt anodefølger eller plate follower.
Fordelen med denne er moderat krav til spenningssving fra drivertrinnet siden man utnytter forsterkningen i røret. På den annen side øker både utgangsimpedans og forvrengning. Hvor mye er selvfølgelig avhengig av hvilket rør som velges men ofte er man avhengig av negativ feedback for å oppnå akseptable verdier.
Et forsøk på å bevare de gode egenskapene fra både katodefølgeren og felles katode er å gjøre begge deler på en gang.

50% CFPP

Jeg har kalt løsningen til venstre for ”50% CF” fordi inngangsignalet referer til et midtpunkt på utgangstransformatoren. Ved å rydde litt opp i tegningen ser vi at dette er en variant over unity topologi. I teorien vil et trinn basert på en ”50% CF” løsning har en utgangsimpedans som er det dobbelte av en ren katodefølger, men fortsatt betraktelig lavere enn et felles katodetrinn. Forvrengningen vil være betraktelig lavere enn et tilsvarende katodetrinn og kravet til inngangsspenning vil være halvparten av det en standard katodefølger krever.
Tja, mange gode egenskaper i en slik løsning men den kan fortsatt forbedres. Hvis jeg bytter ut trioden men en pentode vil jeg oppnå høyere forsterkning (nærmere 1 enn ved bruk av triode), og det er enklere å finne pentoder med høy steilhet (gm) enn tilfellet er i triodeverdenen. Høy steilhet (gm) er viktig i en katodefølger fordi høyere steilhet gir lavere utgangsresistans.

En vanlig måte å bruke en pentode (tetrode i eksemplet under) som katodefølger er å forbinde skjermgitteret (g2) til katoden ved hjelp av en kondensator og mate g2-spenningen til røret via en krets med høy impedans, for eksempel en drossel (til venstre i figuren). På den måten vil en hver variasjon i katodepotensialet overføres til g2 slik at spenning mellom katode og g2 er konstant, noe som er en betingelse for å jobbe i pentodemodus.

50% CFPP

En annen måte å gjøre dette på er å utstyre utgangstrafoen med en ekstra vikling med like mange tørn som primærsiden. Ved å gjøre dette oppnår man at spenningen på g2 følger variasjonene i katoden og egentlig kunne man utelatt kondensatoren C. Grunnen til å beholde C er at en eller annet plass høyt opp i frekvens (over det hørbare området) vil lekkasjeinduktansen i trafoen bli såpass høy at koblingen mellom viklingene opphører og man risikerer at g2 svever i sin egen høyimpedante verden. Det høres slett ikke ut som en god ting, noe det heller ikke er, så derfor er kondensatoren fortsatt der. Men det er viktig å forså at C har to forskjellige oppgaver i de to kretsene.

OK, hvis vi kombinerer alt som er skrevet overfor og litt til så blir resultatet dette:
50% CFPP:
50% CFPP


Kretsanalyse 50%CFPP
For å gjøre ting mindre komplisert er trafoen byttet ut med motstander hvor R1=R2, men grunnprinsippet er det samme, så la oss forsøke å analysere denne kretsen.

50% CFPP

Kretsens gain (A):
Hvis vi påtrykker et signal Vi på inngangen vil det samme signalet ligge over R1 (se for øyeblikket bort fra at forsterkningen er litt mindre enn 1). Strømmen gjennom R1 (Ik) er lik strømmen gjennom R2 og utgangsspenningen mellom jord og katode blir da {Vo=IkxR1+R2}. Siden R1=R2 kan dette skrives som {Vo=Ikx2R1} og siden {Ik=Vi/R1} får vi at {Vo=Vix2R1/R1=2Vi} Altså er gain i kretsen lik 2.

Kretsens utgangsresistans (Ro):
Røret som katodefølger har i utgangspunket en utgangsresistans lik 1/gm, som eksempel kan vi i dette tilfellet si 100 ohm. Så hvis jeg forsøker å dytte et signal inn på utgangen vil dette se en last/utgangsresistans på 100 ohm (i parallell med R1+R2).

I en "50% CF" vil følgende skje: R1 og R2 utgjør en spenningsdeler som fører halvparten (husk R1=R2) av signalet som forsøkes dyttet inn i utgangen tilbake til inngangen (rørets gitter). Røret har fortsatt en utgangsresistans på 100 ohm som eksemplet ovenfor men referansen (gitterspenningen) endres i takt med signalet som påtrykkes utgangen. Påtrykkes 2V på utgangen endes inngangen med 1V. Det vil si at røret har fått en tilsynelatende utgangsresistans som kan beregnes på følgende måte: 2V spenning inn på utgangen medfører at det ligger 1V over utgangsresistansen i røret. 1V over 100ohm tilsvarer en strøm på 10mA. For den eksterne kilden som mater 2V inn på utgangen vil tilsynelatende utgangsresistans være 2V/10mA=200 ohm (også dette i parallell med R1+R2).

Vi har gjort noen tilnærminger under veis men for en "50% CF" gjelder følgende:
A = ~2
Ro = ~2/gm


Resultater i praksis:
Følgende rør ble brukt i forsterkeren: E80CC som inngang/fasesplitter, 6BL7 til drivere og som utgangsrør kan EL34, 6L6, KT66, 6550, KT88, KT90 eller tilsvarende benyttes. Selv har jeg bare testet 6550/KT88 og KT90.
Resultatene jeg oppnådde med 6550 var som følger:

Bilder av ferdig forsterker..
50% CFPP

Her med Golden Dragon KT90
50% CFPP


(c) Jan Erling Veiset, 10-FEB-2009 - E-mail: valhalla[at]mikke-mus.com
Akersora 2
N-6600 Sunndalsora
Norway