Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Фазоинвертор с катодной связью (long tail phaseinverter) известен с конца 30-х годов. Очень простая схема, имеющая высокое усиление при минимуме деталей (см. рис. 1). Описание, см., например, Лэнди, Дэвис, Албрехт: Справочник радиоинженера. М. 1961, с. 124.
На основе этой схемы М. Лейбовиц в 1961 году предложил компактный HiFi PP усилитель, где выходной PP каскад является и фазоинвертором (см. рис. 2)
При работе каскада, ток через первую лампу создает напряжение на анодной нагрузке первой лампы и на катодном резисторе Rобщ. Напряжение на Rобщ является входным напряжением для второй лампы, которая включена по схеме с общей сеткой. Ток через вторую лампу противофазен току через первую лампу и протекая через анодную нагрузку и Rобщ, создает проивофазные напряжения. Каскад обладает высоким усилением (чувствительностью), так как через катодный резистор протекают противофазные токи и компенсируют местную ООС, возникающую на Rобщ, который не зашунтирован конденсатором.
Вопрос в следующем: С одной стороны напряжение на Rобщ является входным напряжением для второй лампы, с другой стороны, напряжение на этом резисторе равно практически нулю, так как оно компенсируется током второй лампы, который создает противофазное напряжение на этом резисторе. Интрига!
Так как же работает этот каскад?

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Именно на этой "интриге" он и работает, но криво. Поэтому, по памяти, в первом случае кривизну ровняют Rа. А во второй схеме я не уверен, что отвод будет от центра обмотки. Там же ещё и выходное сопротивление каскада общей сетки будет другим... Картина, как если бы мы ткнули две разные по выходному сопротивлению лампы. Лень Лэнди открывать - он тяжёлый гад.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Селф-сплит http://dalmura.com.au/projects/Valve%20Info.php

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Криво работает, или не криво, судить можно только по измерениям конкретного макета. Но не это сейчас важно.
Интрига в том, что работать усилитель не должен вообще, так как напряжение возбуждения для второй лампы компенсируется ее же током. Но схема-то работает. Вопрос - как?
Здесь приводится множество схем и статей по PP. Но Интрига не раскрыта!

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Мне кажется нет никакой интриги.
При уменьшении тока через первую (слева) лампу, уменьшается (а не увеличивается) ток и через вторую. Т.к. каскад с общей сеткой инвертирующий и на входе (т.е. катоде) напряжение совпадает по фазе с входным напряжением на сетке первой (слева) лапы

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Т.к. без переменного напряжения на резисторе 2-я лампа работать не может, то компенсация будет неполной и какая то ООС тоже будет.
По звуку слышал, лучшие при хорошем исполнении фазонверторы-на фазоинвертирующем трансе, потом идут типа того, что АМЛ публиковал. Потом на разделенной нагрузке и потом все остальные. Получаем-фазик с катодной связью-один из худших по звуку.
Патенты прошли патентное бюро, поэтому все работает и причем в противофазе, и при уменьшении тока в первой лампе -ток во второй-увеличивается из-за уменьшения смещения на падении напряжения на резисторе. А про каскад с общей сеткой =вы правы,но на резисторе (на входе 2-й лампы ) напряжение уже инвертировано.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Как на катоде первой лампы может быть инвертированное напряжение?

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Оно инвертировано относительно катода, а не относительно земли. При уменьшения смещения сетки в первой лампе, ток в ней увеличивается, и увеличивается падение напряжения на резисторе в катоде, отсюда увеличивается смещение катода 2-й лампы относительно земли, что вызывает уменьшение тока во второй.
Результат один -противофазный сигнал на этих 2-х лампах, при увеличении тока в первой, во второй-ток уменьшается.
Все это описывается теорией ООС. Из-за действия второй лампы величина ООС для первой уменьшается, но не до нуля, иначе где будет браться сигнал для второй? :)

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Это мой вопрос.
Это Ваш ответ.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Как?
Да так, это же ООС (на этот счет возражений нет, не ПОС? ), а ООС содержит в себе слово отрицательная, значит инвертирована. Вот и все.
Все относительно. Относительно 1 сетки падение на резисторе, то самое ООС, инвертировано, на катоде напряжение относительно земли в фазе с сеточным, а то же напряжение относительно сетки-в противофазе. На противоположных концах резистора напряжение противофазно, если брать левый край относительно правого и наоборот.:)
Вроде бы в школе это изучалось, самые же основы цепей.
Принцип работы резистора смещения таков же. На катоде плюс относительно земли при работе лампы, но относительно сетки-на сетке минус, если катод принять за нулевой потенциал.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Ток в лампе всегда совпадает по фазе с напряжением на сетке. Если в цепи анода и катода включены резисторы, то относительно общего провода, напряжение на аноде будет инвертировано, а на катоде будет синфазным.
В рассматриваемой схеме, на аноде первой лампы действует инвертированное напряжение по отношению к ее сетке. На аноде второй лампы напряжение синфазно с напряжением на сетке первой лампы, так как ни катодный резистор, ни каскад с общей сеткой не инвертируют фазу. При выборе ламп с высокой крутизной и точного подбора катодного резистора (Лейбовиц применил EL84 с крутизной 11мА/В и катодный резистор 130 Ом с точностью ±5%), каскад получается сбалансированным настолько, что получил звание HiFi. Так как каскад сбалансирован, значит токи через первую и вторую лампу, во-первых одинаковы, а во-вторых противофазны.
Это означает, что они компенсируют друг друга на катодном резисторе, и если мы подключим вольтметр (понятно, через конденсатор) параллельно катодному резистору (реально или на симуляторе), то напряжение на нем будет равно нулю или на несколько порядков меньше (из-за не идеальной сбалансированности) чем необходимое напряжение для раскачки второй лампы.
Получаем парадокс, в случае хорошей балансировки каскада, он не должен работать. Почему же он работает даже при идеальной балансировке?

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Я не прав. Интрига есть. Она в том, что у каскада с общей сеткой коэффициент усиления по току равен 1. Тогда как у каскада с общим катодом больше 1.

Схема рис.2 (пост 1) работает как дифкаскад, перераспределяя ток, определяемый резистором в катоде (этот резистор является источником тока). Схема работает в теории абсолютно симметрично в два такта, а на практике симметричность неполна из-за неидеальности ИТ и самих ламп.

На анодах ламп - противофазное напряжение.
Отчего?
Оттого что левая лампа инвертирует сигнал, а правая нет.
Включив между анодами нагрузку, получаем усилитель.

В аттаче вполне рабочая схема с коэффициентом усиления чуть более 10.
Резистор R6 добавлен, чтобы уравнять базовые токи транзисторов. В ламповой схеме он не нужен (или может быть антизвонным, т.к. правая часть работает с общей сеткой, и полоса её усиления весьма широка).

Сергей, в данном пункте ошибка. На катодах будет (в идеале) ровно 1/2 входного сигнала.
Из-за неидеальности источника тока будет небольшое расхождение с теорией.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Следует заметить, однако, что выходной каскад, построенный таким образом (как теперь говорят - "сэлфсплиттер") - работает паршиво с т.з. звуковой... Да и "звук" традиционного "ФИ с длинным хвостом" также нравится далеко не всем подряд... Почему, в частности, и Маркович рекомендовал применение "бесхвостого" ФИ.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

В дифференциальном каскаде происходит усиление дифференциального сигнала и подавление синфазного. Происходит это за счет общего катодного/эмиттерного резистора. В случае дифф. сигнала ООС на этом резисторе компенсируется, а в случае синфазного ООС не компенсируется, поэтому коэф. усиления для синфазного сигнала падает.

Никакой ошибки нет.
Так как происходит усиление дифференциального сигнала, то ООС на общем резисторе отсутствует. Из-за отстутствия ООС, на R6 (схема Лейбовица) анодный ток первой лампы создает сигнал равный произведению крутизны и сопротивления катодной нагрузки. Сопротивление резистора R6 таково, что этот сигнал равен входному, т.е. сигналу на сетке первой лампы. Этот же сигнал действует и между сеткой и катодом второй лампы, поэтому токи в лампах равны и противофазны. Именно благодаря этому не возникает ООС на R6, так как напряжение на нем близко к нулю. Но с другой стороны, если напряжение на нем 0, то вторая лампа ничего не усиливает, кроме этого 0. Значит в ней не должен возникнуть сигнальный анодный ток.
В этом и состоит парадокс.
Может кто-нибудь с Вегалаба построит в симуляторе выходной каскад усилителя Лейбовица и измерит переменное напряжение на резисторе R6?

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Именно так.
То есть, схема усиливает напряжение между сетками обоих ламп.
Т.к. одна из сеток заземлена, то ОБЕ ЛАМПЫ усиливают напряжение между незаземленной сеткой и землею. Причем в равной степени, и всё это естественно в классе А (по другому и быть не может).

Если оторвать сетку от земли, и подать сигнал между сетками, то в этом включении на катодах будет действительно лишь очень малое переменное напряжение сигнала, обусловленное небольшой несимметричностью практической схемы.
Не возникает ни в одном из рассмотренных включений.
Резистор можно заменить (и теоретически это нужно сделать, для более "правильной" работы схемы) источником тока, и понятно, что никакой ОООС на этом "длинном хвосте" не может быть в принципе.
Нет тут катодной нагрузки. Это источник тока, одним из основных свойств которого является весьма большое выходное сопротивление.

Нет никакого смысла. Всё так, как описано мною выше.
На резисторе либо почти никакого сигнала, либо близкое к 1/2.
Не обязательно ведь лампы рисовать, чтобы понять принцип, верно?
Я попробую набрать в симуляторе, 2А3 устроит?...

Только я понятия не имею, какой номинальный ток у данной лампы (да и вообще у разных ламп).
Так что подсказывайте.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Не работает в симуляторе, а почему - предположительно два варианта.
Либо модель лампы корявая, либо (что вероятнее) резистор как ИТ плох (мал?).
Теоретически верная схема наткнулась на ограничения физических элементов.
Впрочем, в ламповых схемах я могу ошибаться, запросто.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Давайте исследуем Вашу схему из поста № 13
Если в библиотеке есть EL84 или 6BQ5, то лучше использовать их, у них усиление побольше, а значит балансировка будет лучше. Режимы на рисунке:

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Вот я и предлагаю разобраться как работает "хвостатый" ФИ. Тогда станет ясно, почему самый лучший ФИ трансформаторный.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

И так, результатов исследования фазоинвертора с катодной связью (ФИКС - от слова фикция) или его транзисторного аналога на симуляторе, могут быть три:
1. Напряжение на катодном резисторе (ИТ) равно нулю.
2. Напряжение на катодном резисторе (ИТ) равно по величине и фазе входному.
3. Какое-то синфазное, но промежуточное по величине напряжение между нулем и входным, и достаточное для возбуждения второй лампы (или транзистора)

Если материализуется первый сценарий, то какой сигнал усиливает вторая лампа (транзистор)?
Если - второй или третий, то почему токи на общем резисторе не компенсируются?

П.С. Мое Предсказание: все симуляторы, вольтметры и осциллографы этой вашей планеты, покажут на общем резисторе ноль!

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Сергей!
Изложенное мною выше, на 100% верно в отношении транзисторных схем. Либо нулевое на резисторе, либо пол/сигнала.
Что будет с лампами, ввиду их специфики?
К сожалению, в симуляторе нет SIT-транзисторов, являющихся почти полным аналогом ламп.

Симулятор на ламповой схеме подвис, не считает... :(
Пришлось снимать задачу в Диспетчере задач.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Я ошибся в своем Предсказании: симулятор в ступоре, комп завис. Но этот вариант мне даже нравиться больше, уважаю Ваш симулятор, хотя бы не дал ложного ответа...
Окей, давайте промеряем на простых транзисторах.
И все же, если напряжение на резисторе ноль, то что усиливает второй транзистор (лампа)?

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Ia1=Iк+Ia2
Г.В. Войшвилло. "УНЧ на электронный лампах" Связьиздат, 1959 г. стр.431.
Т.е. в динамическом режиме токи ламп не равны.
Т.е. моё утверждение в посте #12 верно.

Сергей, так я промерил, и уже ответил.
Прочитайте выше мои сообщения.
Частично дублирую, заменив лампу на транзистор.
Итак:

1. Дифкаскад усиливает напряжение между базами обоих транзисторов.

2. В случае, когда одна из баз заземлена, то ОБА ТРАНЗИСТОРА усиливают напряжение между незаземленной базой и землею. Причем в равной степени, и всё это естественно в классе А (по другому и быть не может).
В этом режиме на резисторе в эмиттерах 1/2 входного сигнала.

3. Если оторвать базу от земли, и подать сигнал между базами, то в этом включении на резисторе будет действительно лишь очень малое переменное напряжение сигнала, обусловленное небольшой несимметричностью практической схемы.


Собственно, для правильного ответа и симулировать-то незачем (по крайней мере транзисторный ДК). Это базовые знания.
Но если хотите, приведу графики симуляции, набрав схему в симуляторе.
Надеюсь, не придется.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Сергей!
Ещё один момент, по элементной базе.
В ДК можно заменить биполярные транзисторы на МОП-ы - он будет работать.
При замене МОП-ов на полевые с затвором с изоляцией p-n переходом - тоже будет работать. Естественно, снизится крутизна преобразования.
Транзисторы с изоляцией p-n переходом - например отечественные КП303 - управляются как лампы, т.е. в рабочем режиме напряжение на затворе (сетке) должно быть относительно истока (катода) отрицательным.

Это можно симульнуть в любой момент.
Симулятор вообще-то в базовых вещах не ошибается, а некорректные режимы может не считать.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Игорь, совершенно не обязательно Вам самому рисовать на симуляторе приведенную Вами же схему и доказать мне, что в диф. каскаде с одной заземленной базой напряжение на общем резисторе равно половине от входного. Я могу попросить кого-нибудь еще доказать мне Вашу правоту в транзисторных схеме.

Неравенство этих токов приводит к повышению уровня искажений. Но для нас интересен принцип работы каскада, а не его недостатки.

Что будет работать: каскад или симулятор?
То что каскад будет работать на любой элементной базе, это понятно. Интересует величина переменной составляющей напряжения на общем резисторе. Думаю, что независимо от элементной базы, это напряжение которое покажет симулятор, примерно одинаково.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

А не проще ли (и плодотворнее!) взять например Титце и Шенка?
У меня просто дома, а я в офисе... Поэтому страницу не подскажу.
Попробую найти в сети сейчас...

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Попросите!
Сформулировали вы совершенно точно.
Ещё точнее (для полного исключения разночтений) сказать, что сигнал приложен между землей и незаземленной базой.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Цыкин уже перевёл.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Если бы об этом было написано у П. Шкритека (М. 1991, с. 68) или у П. Хоровица, У. Хилла (М. 1986, Т1, с. 137) или у У. Титце, К. Шенк (М. 2008 Т1, с. 368), я бы не начинал эту тему. Ничего там у них нет по этому поводу.
У авторов ламповой эры тоже ничего нет по этому поводу.
Поэтому предлагаю, тем, кто вхож на другие форумы, предложить на симуляторе измерить переменную составляющую на общем резисторе у хвостатого фазоинвертора, на лампах, на транзисторах - неважно.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

У кого есть под рукой живой работающий приемник Фестиваль - взять да и измерить, там как раз такой кошмар в качестве вых. каскада используется :).

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Кстати, элитного класса приёмничег. С проводным ПДУ. Провод к ПДУ толщиной с большой палец. Красотища!
Если кто-то будет измерять в Фестивале, то правый конец R83 надо подключить к земле, что бы не намерять сигнал ООС от вторичной обмотки выходника (см. рис.)

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Один из самых "дурацких" советских приемников. Неудачно сделано практически всё! Словно в насмешку над той "Сабой", с которой его "сдирали".
Интересно, что у других приемников высшего класса тех же времен, напр. Люкс, Эстония - никаких "сэлфсплиттеров" нет и в помине(т.е. там "все по-честному"). Нет их и в следующей за уродцем-Фестивалем модели РРЗ - т.е. Симфонии.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Да, но ведь и трансформаторного фазоинвертора, т.е. наилучшего и начестнейшего фазоинвертора всех времен и народов в приемниках наверное и не встретишь...

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Сергей, неужели вы считаете, что симулятор в моём компе (кстати у меня MicroCap-9) какой особый, и нам с вами наврёт, а другим скажет правду? :D

У Титце и Шенка есть подробный анализ работы дифференциального каскада, с примерным расчетом, в том числе номинала эмиттерных резисторов местной ОС.
Но я опять на работе... ох, участь наша тяжкая... :)

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Телефункен 7000 и 7001, киношные Клангфильмы и даже был у меня древнейший РР усилитель LANGE в резном корпусе размером с большой чемодан на REN1104+2x RE604, то же все каскады с трансформаторной связью. Правильные РР усилители сделаны с применением наилучшего и наичестнейшего трансформатора фазоинвертора:cool:. Сделать такой трансформатор для полного звукового диапазона Hi-Fi не легко.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Ваш симмулятор совершенно правильно сделал, что завис. Если он не виснет на другой элементной базе, то приведите скриншоты!
Игорь, моя идея в том, что вольтметр (или осциллограф) симулятора не имеет права давать показания напряжений на общем резисторе, а реальный вольтметр (или осциллограф) покажет ноль. Но симулятор будет прав, не дав показаний, а реальный измеритель соврет.
В этом я и вижу парадокс. Предлагаю межфорумный мозговой штурм объяснения этого парадокса.
Для простоты, возьмем в качестве элементной базы лампы или полевики, т.е. усилительные элементы, которые в обычной рабочей точке в режиме класса А не потребляют ток по сеточной/затворной цепи. Значит есть только два тока: через первый прибор и через второй. Эти два тока текут каждый по своей выходной цепи исток-сток или катод-анод. Эти токи равны между собой, но противоположны по фазе. Других токов нет. Но если это так, значит напряжение на общем резисторе, где эти токи встречаются, равно нулю. Именно этот ноль и должен показать реальный вольтметр или осциллограф. Но это будут ложные показания! Симулятор, если он честный, не должен давать показаний, так как он все-таки анализирует ситуацию, а ситуация парадоксальная.
Все вышеизложенное применимо к любой элементной базе.
Я уже приводил список литературы, где подробно описан дифференциальный каскад: Шкритек, Хоровиц, Тице, с указанием номеров страниц. Добавлю авторов ламповый Эры: Войшвилло и Цыкин. Нигде не указано значение переменной составляющей напряжения на этом резисторе в режиме работы каскада! Поэтому не нужно отсылать нас к Тице и Шенку.
У Цыкина (М. 1963, с. 335) есть указание на то, что напряжение на общем резисторе в случае фазоинвертора равно произведению тока через первую лампу на сопротивление этого резистора. Но дальше он не идет, т.е. не пишет, что ток второй лампы создает такое же напряжение на этом резисторе, но противофазное, вероятно считая этот факт очевидным.

Ответ: Как работает фазоинвертор с катодной связью?
 

Есть причина и есть следствие. В вашей логической (не технической) задаче эти понятия перепутаны. Поэтому всё очень просто: причинным напряжением на резисторе будет напряжение катодника первого каскада. А следствием его отсутсвие из-за компенсации.
П.С. Следствие не бывает без причины. И причина не может возникнуть раньше следствия.