Kaskoda mocy

[Ola Boga]

To zagadnienie na razie czysto teoretyczne, ale zaprząta mi mózg na tyle mocno, że postanowiłam zasięgnąć porady osób bieglejszych w obliczeniach i symulacjach.

Wszystkie książki, które mam na ten temat, opisują kaskodę utworzoną z dwóch identycznych lamp.
A co gdyby lampy były celowo różne? Konkretnie mam na myśli na dole triodę mogącą pracować bez prądu siatki przy niskim Ua i stosunkowo wysokim prądzie, czyli coś o małym wzmocnieniu, na górze zaś odwrotnie, triodę nadawczą o większej mocy, wysokim Ua i możliwością pracy z prądem siatki, który w takim układzie nie powinien być problemem. Całość oczywiście jako stopień mocy pracujący na transformator.

Przychodzi mi do głowy na przykład 6S41S albo 6N13S na dole i jakiś potwór typu 805, albo GM70 na górze.
Na dolną lampę przypadałoby ok. 100V napięcia przy prądzie rzędu 100mA. Górna lampa wykonywałaby główny "wysiłek" pracując przy 700-800V napięcia. Całość zamknie się w zasilaczu poniżej 1000V, czyli wystarczą kondensatory 500V łączone szeregowo po dwa, a moc wyjściowa teoretycznie mogłaby dobić do 40W.

Potencjalne plusy i minusy takiego rozwiązania, jakie widzę:
-Wysoka rezystancja wewnętrzna
-Wysokie napięcie zasilania
+Duża sprawność, oczywiście jak na triodę SE
+Możliwość sterowania przez kondensator
+Wysokie wzmocnienie i niska pojemność wejściowa, czyli możliwość sterowania z bardzo prostego stopnia na zwykłej ECC

Czy ktoś testował taki układ? Czy lepiej dać sobie spokój, bo i tak zwykły PP będzie lepszy...?

[Marek7HBV]

Czy lepiej dać sobie spokój, bo i tak zwykły PP będzie lepszy...?

No nie wiem . Są ludzie dla których SE i druga harmoniczna są bezcenne, a możliwość uzyskania tego trochę taniej {tańsza lampa mocy, która w klasie A wymaga wymiany po krótszym czasie} też skusi.

Snap_001.jpg

[Misiek13]

Dawno nie bawiłem się lampami bo trochę mi się znudziły. Ten układ może być ciekawy, zwłaszcza w konfiguracji gdy górna lampa będzie pracowała z prądem siatki. Tutaj preferowałbym 805. W przybliżeniu dla Ra=10k, Ia=100ma i napięciu między siatką i anodą Ug-a=1000V napięcie sterujące to 100Vp-p, prąd anody zmienia się od 0-200mA, katody ~0-270mA. Jako dolna lampa może pracować 6N13S z obydwoma triodami połączonymi równolegle lub 2x6S19P. Napięcie sterujące dla lamy dolnej to również 100Vp-p ale bez prądu siatki. Napięcie między katodą dolnej lampy a siatką górnej to około 100-120V. Poniżej charakterystyki wybranych lamp.

805.png

6N13S.png

Układ PP na 2 EL34 będzie na pewno lepszy ale jest zbyt przewidywalny. Ten układ ma w sobie coś szalonego i mi się podoba.

[Misiek13]

Po chwili namysłu doszedłem do wniosku, że ciekawym rozwiązaniem może okazać się zastosowanie jako lampy dolnej pentody o odpowiedniej wydajności prądowej. Układ będzie miał dużo lepszą czułość. Dla EL504 (6P44S) powinno wystarczyć napięcie siatki 2 na poziomie 130V. Czułość układu będzie lepsza niż 25Vp-p. Inne, starsze lampy będą potrzebowały połączenia równoległego i w tym wypadku sprawdziłyby się 6P13S i 6P31S.

[AZ12]

Witam

Jeśli siatka górnej lampy by była zasilana z zasilacza o małej rezystancji wewnętrznej to układ ten rozwiązałby problem związany z rezystorami upływowymi statki pierwszej.

https://forum-trioda.pl/viewtopic.php?p ... ki#p423392

Coś podobnego na duotriodach mocy w występuje w książce H. Borowskiego "Oscyloskop katodowy". Układ to wzmacniacz prądu stałego na lampach 6N9S, który steruje płytkami odchylającymi znajdującymi się pod wysokim napięciem. Zasilanie wynosi 750 V.

[Misiek13]

Jeżeli są zainteresowani tematem symulacji tego układu to mogę zacząć. W sieci znalazłem tylko 1 model dla tej lampy przygotowany wg modelu Ayumi Nakabayashi. Wadą tego modelu jet fakt, że powstał on w notacji dla Spice 3f4 zrozumiałej dla Protela 99SE czy Microcap ale niezrozumiałej dla LTSpice. W modelu należało zastosować jedną małą sztuczkę polegającą na zmianie znaku potęgi ^ na **. Oto układ do symulacji:

805M test.png

Teraz wyniki dla napięć siatki od -50 do 0V. Oś X napięcie na anodzie, oś Y prąd anody.

805 -50-0.png

Oraz dla napięć siatki od 0V do 50V. Tak samo jak poprzednio oś X to napięcie anody, oś Y natomiast niebieskie linie to prąd siatki, zielone prąd anody.

805 0 50.png

Ogólnie wykresy wyglądają podobnie do wykresów z karty katalogowej zatem można się zająć dalszymi symulacjami układu dla tej lampy. Dla zainteresowanych model lampy:
.SUBCKT 805M A G K
.PARAM X1=-1 X2=0.19254103 X3=-16.929908
.PARAM X4=0.081389445 X5=4.7709859 X6=18.429908
.PARAM X7=0.00078806053 X8=58.619221 X9=5.2042766e+14
.PARAM Y1=0.00039403026 Y2=0.00041428161
BK IK 0 V=U(V(G,K)+X1)*X7*URAMP(V(G,K)+X1+URAMP(V(A,K))/X8)**1.5+(1-U(V(G,K)+X1))*X9*(X2*URAMP(V(A,K)))**X3*(X4*URAMP(V(G,K)+X1+URAMP(V(A,K))/X5))**X6
BA A K I=URAMP((Y2*URAMP(V(A,K))**1.5)-URAMP((Y2*URAMP(V(A,K))**1.5)-V(IK)+Y1*URAMP(V(G,K))**1.5*(URAMP(V(G,K))/(URAMP(V(A,K))+URAMP(V(G,K)))*1.2+.4)))+1E-10*V(A,K)
BG G K I=Y1*URAMP(V(G,K))**1.5*(URAMP(V(G,K))/(URAMP(V(A,K))+URAMP(V(G,K)))*1.2+.4)
* CAPS
CGA G A 8p
CGK G K 6.5p
CAK A K 5p
.ENDS

[Marek7HBV]

Po chwili namysłu doszedłem do wniosku, że ciekawym rozwiązaniem może okazać się zastosowanie jako lampy dolnej pentody o odpowiedniej wydajności prądowej. Układ będzie miał dużo lepszą czułość. Dla EL504 (6P44S) powinno wystarczyć napięcie siatki 2 na poziomie 130V. Czułość układu będzie lepsza niż 25Vp-p. Inne, starsze lampy będą potrzebowały połączenia równoległego i w tym wypadku sprawdziłyby się 6P13S i 6P31S.

W zasadzie dojdzie do stworzenia zamiennika GK71 i z kultowej ,,audiofilskiej,, triody wyjdzie erzac. Dobrze by było porównać układ czysto pentodowy z wersjami ,,kaskodowymi,, , a następnie pomierzyć i odsłuchać. Ale to raczej na pracę doktorską pasuje, a nie amatorski eksperyment {zbyt dużo pracy i kosztów}:roll: .

[ballasttube]

Dzień dobry.
Polecam Koleżance teoretycznie temat "dissimilar triodes",
czyli triody niesymetryczne,stosowane kiedyś w amerykańskich
telewizorach do odchylania.
Względnie lampy w rodzaju 6B5 czy 6AC5.
Dlaczego?
Bo kaskoda jest układem szeregowym.
A wtedy prąd płynie taki sam przez obie szeregowe lampy.
A dwie niesymetryczne lampy chyba bardziej lubią wtórnik?
Ciekaw jestem opinii Koleżeństwa po tym"kiju w mrowisko":-)
z mojej strony.
Pozdrawiam Wszystkich.
Jacek"b/t"

[Misiek13]

W zasadzie dojdzie do stworzenia zamiennika GK71 i z kultowej ,,audiofilskiej,, triody wyjdzie erzac. Dobrze by było porównać układ czysto pentodowy z wersjami ,,kaskodowymi,, , a następnie pomierzyć i odsłuchać. Ale to raczej na pracę doktorską pasuje, a nie amatorski eksperyment {zbyt dużo pracy i kosztów}:roll: .

Na pierwszy rzut oka mogłoby się zdawać, że tak będzie. Jednak lampa 805 pracuje z prądem siatki. Nawet w stanie spoczynkowym przy Ua=1000V i Ia=100mA napięcie na siatce 1 musi wynosić około 10V. Dolna lampa jest pentodą lub tetrodą, która charakteryzuje się dużą rezystancją wyjściową. Zmiany prądu siatki górnej lampy będą miały wpływ na sygnał sterujący – prąd anody dolnej lampy będzie dzielony na prądy anody i siatki górnej lampy. Prąd siatki górnej lampy zależy od napięcia anody i napięcia siatki i jego zależność nie jest liniowa.
Jako pierwszy narysuję układ gdzie jako lampa dolna będą pracowały 2 szt. EL86 połączone równolegle. Na początek charakterystyka EL86 dla Ug2=150V. Zielony kolor to prąd anody, niebieski prąd siatki 2.

EL86-150.png

Teraz schemat układu kaskody. Jak widać w dyrektywie napięcie anodowe zmienia się w zakresie od 0 do 2000V, napięcie sterujące od -25V do 0V.

Kaskoda.png

Charakterystyki wyjściowe. Zielony kolor prąd anody górnej lampy, niebieski prąd siatki pierwszej górnej lampy.

805 kaskoda.png

Przebiegi na EL86. Zielony napięcie na anodzie, niebieski prąd siatki 2.

Kaskoda EL86.png

[OTLamp]

Dzień dobry.
Polecam Koleżance teoretycznie temat "dissimilar triodes",
czyli triody niesymetryczne,stosowane kiedyś w amerykańskich
telewizorach do odchylania.
Względnie lampy w rodzaju 6B5 czy 6AC5.
Dlaczego?
Bo kaskoda jest układem szeregowym.
A wtedy prąd płynie taki sam przez obie szeregowe lampy.
A dwie niesymetryczne lampy chyba bardziej lubią wtórnik?
Ciekaw jestem opinii Koleżeństwa po tym"kiju w mrowisko":-)
z mojej strony.
Pozdrawiam Wszystkich.
Jacek"b/t"

Jeśli masz na myśli podwójne triody do odchylania pionowego (np. 6FM7), to niestety się nie sprawdzą. Jak sam stwierdziłeś, przez obydwie triody płynie ten sam prąd (o ile górna nie pracuje z prądem siatki) i jest to prąd lampy mocy. W duotriodach do odchylania pionowego jedna z triod pracuje jako generator i owszem, ma dość znaczny prąd anodowy ale tylko w impulsie. Statycznie jest słaba i zostałaby przeciążona.
Natomiast lampy z rodzaju 6B5 mają już wewnątrz połączone triody i wbudowany opornik katodowy wtórnika, więc nie da się ich połączyć szeregowo. Można by popróbować coś z 6AC5 i np. ECC88 z połączonymi systemami w roli dolnej lampy, ale raczej w tym wątku chodzi o coś dużego.
Sam swego czasu rozważałem podobne rozwiązanie z lampą 100TH (ma dość koślawe charakterystyki), ale na luźnych dywagacjach z samym sobą się skończyło.

[Ola Boga]

w tym wątku chodzi o coś dużego.

NIekoniecznie. W tym wątku chodziło o teoretyczne rozważanie. Po prostu w tym zakresie mocy przyszły mi do głowy lampy, które jedne mogą zapewnić duży prąd przy niskim napięciu, a drugie mają dużą moc anody, ale wymagają prądu siatki.
Szczerze mówiąc, gdybym miała budować takie coś w praktyce, to znacznie bardziej by mi się uśmiechały napięcia poniżej 500V, tylko żadne lampy o sensownie dużym prądzie mi nie przychodzą na myśl. Bo z kolei dla uzyskania mocy wyjściowej rzędu 5W szkoda zachodu, to można opędzlować choćby za pomocą zwykłej pojedynczej 300B bez prądu siatki.

Sam swego czasu rozważałem podobne rozwiązanie z lampą 100TH (ma dość koślawe charakterystyki), ale na luźnych dywagacjach z samym sobą się skończyło.

Tu pewnie będzie podobnie, więc równie dobrze możemy popuścić wodze fantazji...

Jednak lampa 805 pracuje z prądem siatki. Nawet w stanie spoczynkowym przy Ua=1000V i Ia=100mA napięcie na siatce 1 musi wynosić około 10V.

Możemy też spróbować "grzeczniejszej" lampy, na przykład 211. Bo 845 chyba w tej konfiguracji nie ma sensu z racji z jednej strony niskiego wzmocnienia/nachylenia, a z drugiej możliwości osiągnięcia sporej mocy w klasycznym układzie bez prądu siatki, bez takich sztuczek.

Dolna lampa jest pentodą lub tetrodą, która charakteryzuje się dużą rezystancją wyjściową.

A dlaczego nie chcesz tam dać triody o niskiej rezystancji wewnętrznej, jak te o których wspominałam na początku, czyli 6N13S albo 6S41S?
Wydaje mi się, że akurat w tym miejscu wysoka rw będzie źródłem problemów i zniekształceń.

[Misiek13]

Możemy też spróbować "grzeczniejszej" lampy, na przykład 211. Bo 845 chyba w tej konfiguracji nie ma sensu z racji z jednej strony niskiego wzmocnienia/nachylenia, a z drugiej możliwości osiągnięcia sporej mocy w klasycznym układzie bez prądu siatki, bez takich sztuczek.

Tak przy 845 zupełnie nie ma sensu robić kaskody, 211 będzie pracowała podobnie do 805, szczytowy prąd siatki będzie niższy i przy małych mocach będzie pracowała bez prądu siatki.

A dlaczego nie chcesz tam dać triody o niskiej rezystancji wewnętrznej, jak te o których wspominałam na początku, czyli 6N13S albo 6S41S?
Wydaje mi się, że akurat w tym miejscu wysoka rw będzie źródłem problemów i zniekształceń.

To było zaplanowane na dzisiaj. Na końcu będzie sama lampa 805 sterowana z idealnego źródła sygnału i porównamy.
Dokończę symulacje kaskody z EL86. Na początku schemat układu:

Schemat tran.png

W układzie jako obciążenie pracuje idealna indukcyjność 80H połączona równolegle z rezystorem R2=10k. Ta rezystancja jest naszym obciążeniem. Transformator wyjściowy nie jest nam potrzebny. Napicie siatki pierwszej EL86 to -11V, amplituda sygnału to 2V, 5V i 6V. Oto przebiegi na R2:

IR2.png

Zniekształcenia:

THD 10k.png

To samo dla R2=8k

IR2 8k.png

THD 8K.png

[Ola Boga]

Dokończę symulacje kaskody z EL86.

Jeżeli dobrze czytam, to na obciążeniu 10k mamy prawie 40W przy zniekształceniach poniżej 5%. To wynik lepiej, niż przyzwoity.

[Misiek13]

Teraz układ na triodzie jako lampie dolnej. Jako lampę dolną wybrałem 6080, elektryczny odpowiednik 6N13S. Ze względu na ograniczenia prądowe obie połówki 6080 pracują równolegle. Na początku układ do symulacji.

6080 805 sch.png

Charakterystyki wyjściowe układu kaskody. Napięcie siatki zmienia się w zakresie od -100V do 0V z krokiem co 10V. Górne linie są dla napięcia S1 0V, kolejne dla -10V, -20V itd.
Prąd anody górnej lampy:

6080 805 ia.png

Prąd siatki górnej lampy:

6080 805 ig.png

Widać nieco mniejszą rezystancję wyjściową układu w porównaniu z układem z pentodą.
Teraz przebiegi dla prądu zmiennego. Prąd spoczynkowy zbliżony do przykładu z pentodą. Prąd R2 dla różnych napięć sterujących:

IR2 6080.png

Zniekształcenia:

THD 6080 10k.png

Poziomy sygnału sterującego tak dobrałem aby poziom sygnału na wyjściu był zbliżony.
To samo dla R2=8k

IR2 6080 8k.png

thd 8k 6080.png

Być może punkty pracy nie są optymalne, ale wyniki nie są zachęcające.
Teraz układ SE na samej lampie 805 sterowanej z idealnego źródła sygnału. Prąd spoczynkowy podobnie jak w poprzednich przypadkach 100mA. Przebiegi i zniekształcenia dla R2=10k

IR2 solo.png

805 solo 10k.png

Podsumowując te symulacje wychodzi na to, że przy małych sygnałach najlepsze parametry uzyskujemy dla samej lampy 805 tylko musimy sterować lampę ze źródła o niskiej rezystancji wyjściowej, przy większych sygnałach lepsze parametry uzyskujemy w układzie kaskody z pentoda na dole a najgorsze parametry dla układu z triodą na dole. Temat do dalszych rozważań

[Ola Boga]

Podsumowując te symulacje wychodzi na to, że przy małych sygnałach najlepsze parametry uzyskujemy dla samej lampy 805 tylko musimy sterować lampę ze źródła o niskiej rezystancji wyjściowej, przy większych sygnałach lepsze parametry uzyskujemy w układzie kaskody z pentoda na dole a najgorsze parametry dla układu z triodą na dole. Temat do dalszych rozważań

Bardzo ciekawe. To już drugi raz, kiedy twoja symulacja pokazała wynik odwrotny do mojej intuicji.
Wydawało mi się, że sterowanie triodą z racji niskiej rezystancji wewnętrznej da niższe zniekształcenia.
Teraz pytanie, czy sterowanie 805 w układzie WK z realnej triody (czy jakiejkolwiek lampy) o niezerowej rezystancji wyjściowej może dać odpowiednio dobry wynik. Jeżeli tak, to kaskodę można chyba odłożyć na półkę jako interesującą, ale bezużyteczną ciekawostkę.

Chyba że - uwaga, plot twist - użyć jako dolnego elementu tranzystora...!?