[Mr. Lime]

Grüß euch!

Laut dem Valve Wizard kann man eine Cascode annähernd an eine EF86 Pentode klingen lassen.
Soweit so gut, das funktioniert scheibar auch ganz gut in Clean Amps.

Die Cascode ist aber doch eigentlich eine Möglichkeit, besonders viel Gain aus einer Doppeltriode rauszuholen.
Bis jetzt habe ich nichts gefunden, wo eine Cascode nur als Input Stage eines High Gain Preamps verwendet wird.

Der 65 Amp Marquee geht zwar scheinbar in die Richtung, aber meine Überlegung geht noch weiter richtung hot rodded Marshall.
Sprich Cascode Eingangsstufe + 2 Gainstufen oder 1 Gainstufe + Kathodenfolger..

Was spricht dagegen?
Hat jemand sowas schon ausprobiert?

[Kpt.Maritim]

Hallo

Cascode ist erfunden worden um die Verstärkung einer Pentode aus einer Triode zu bekommen, ohne dass es so stark rauscht, wie bei einer pentode. Nachteilig ist, dass die Ukh nicht überschritten werden darf und nur die Hälfte der Signalausgangsspannung wie bei einer Pentode möglich ist. Der Headromm ist also sehr begrenzt und dazu klingt eine Cascode übersteurt besch..... Ersteres ist bei ECC82  und ECC83 und meist kein Problem, weil die UKh relativ hoch ist, oder die Heizung hochgelegt werden kann. Letzteres ist gerade bei Eingangsstufen, wo kleinste Signale verarbeiten werden sollen, ebenfalls kein Problem, wenn man den Amp nicht boostet. Das sollte aber gerade im High gain bereich nicht nötig sein.

Statt Cascode würde ich aber zu SRPP raten. Das ist einfacher zu Beschalten und die paar Nachteile gegenüber Cascode fallen bei der Anwendung als reinen Spannungsverstärker nicht ins Gewicht.

Viele Grüße
Martin

[Vix Noelopan]

Hallo Martin,

wenn der TE Wert auf die Verstärkung einer Pentode legt, ohne deren Haupt-Nachteil, das Stromverteilungsrauschen, in Kauf nehmen zu wollen, kommt er um eine Cascodeanordnung zweier Doppeltrioden nicht herum. SRPP ist hierzu keine Alternative, die Verstärkung liegt eher unter der jeder hier eingesetzten Triode, zudem ist die Beschaltung wahrlich nicht so trivial, wie sie aussehen mag, denn die Verstärkung der oberen Triode ist sehr stark lastabhängig. Mit anderen Worten: Sie ist nur für eine bestimmte Lastimpedanz vernünftig zu dimensionieren.

Beste Grüße!

[Kpt.Maritim]

Hallo

@Vix Noelopan:

die Verstärkung liegt eher unter der jeder hier eingesetzten Triode

Nöööö, wenn man sie im Quasileerlauf betreibt nicht. D.h. man braucht eine hochohmige K und möglichst konstante Last.

zudem ist die Beschaltung wahrlich nicht so trivial, wie sie aussehen mag, denn die Verstärkung der oberen Triode ist sehr stark lastabhängig. Mit anderen Worten: Sie ist nur für eine bestimmte Lastimpedanz vernünftig zu dimensionieren.

Deswegen ist SRPP keine gute Leistungsstufe, aber mit konstanter und zudem hochohmiger Last, ist ja in der geplanten Anwendung gedient. Die Klangregelung wäre zwar eine Frequenzabhängige Last dürfte aber in der Topologie eines Highgainers einige Stufen weiter weiter hinten liegen. Damit ist eine vernünftige Dimensionierung leicht möglich.

SRPP ist sehr gut und unkompliziert, wenn es als reiner Spannungsverstärker an einer Ohmschen Last eingesetzt wird. Und das ist hier der Fall. Der Schaltungsaufwand ist dabei sehr klein und erfordert sehr wenige Bauteile, das ist bei Freiverdrahtung gerade bei sensiblen Stufen wie hier am Eingang ein durchaus nicht zu verachtender Vorteil. Der MIllereffekt der Folgestufe ist zwar dann doch wieder eine Frequenzabhängige Last, aber der Verstärkungseinbruch den der Erzeugt ist hier überhaupt nicht schädlich.

Viele Grüße
Martin

[Mr. Lime]

Ich hatte bisher auch immer nur gelesen, dass SRPP sich für Gitarrenverstärker nicht eignet..

Einen sehr interessanten Artikel habe ich hier:

PRELIMINARY RESULTS OF JFET CASCODE INPUT STAGE:

From the learned hifi dudes I know on the net, the jfet cascode is the way to go when you want low noise and high gain. Of course, these are desireable features to be had in a guitar amp as well, which lead me to marry the two in a crazy synthesis.

I had previously been using a Svetlana 6n1p in cascode configuration. This started out as a fixed bias incarnation, but on the advice of Randall Aiken I tried a self bias arrangement. His suggestion was to simply tie the upper grid to its cathode through a high value resistor, and place a cap from grid to ground. The bias voltage is thereby developed INSIDE the tube itself due to it’s finite internal cathode resistance. This value is approximately 1/gm.

As he suggested, it did open the sound even more, retaining some of the conventional plate loaded stage’s warmpth and non-linearity. Strictly speaking the lowest thd came from the rigidly fixed upper grid, but who cares about that here?

When connected like this (tubes stacked on top of one another, top tube’s grid held at fixed potential, signal input to bottom tube’s grid, top tube’s plate loaded and signal output) then you are isolating the input and ouptut circuits from one another.

In a normal, plate loaded tube, because the plate and grid are out of phase with one another, as the grid goes negative, the plate goes positive, and vice versa. You can see how the plate voltage will have an effect on the current through the tube, such that when the plate voltage is high the plate current will tend to rise, and vice versa. This is a measure, or more precisely a function of the internal plate impedance of the tube. A pentode, as you may well know, has a very high plate impedance due to the electrostatic screening effect of the screen grid. Thus the plate voltage has very little to do with the plate current. We know how pentodes can have VERY high values of mu for this very reason–the pentode’s plate doesn’t have much of a “say” in the plate current. A triode, on the other hand, is not like this, exhibiting some lower level of plate impedance.

In a nutshell, the lower your plate impedance is, the lower your gain is going to be, since the plate voltage will thereby have a larger bearing on the plate current. There are other factors like transconductance to contend with: a high transconductance tube can have high gain AND low plate impedance. Remember that mu=gm*rp. The mechanism of plate impedance is not hard to understand, since as the tube tries to turn on harder, the plate voltage will drop, and thus the tube is NOT able to turn on quite so hard. It is a sort of degenerative feedback, this plate impedance, and it is what makes the triode stand alone as such a low distortion device. This mechanism does NOT happen to anywhere near the same degree in SS devices that I am aware of.

Now, in the cascode connection, as I’ve said, the input and output circuits are isolated from one another. The bottom tube is operating with a fixed voltage across it, since it’s plate is attached directly to the upper tube’s cathode, and the upper tube’s grid is fixed, thereby fixing the cathode’s voltage as well. The upper tube will keep a relatively stable votlage from grid to cathode, and that keeps the cathode’s potential very stable. So the plate voltage of the lower tube will be essentially unchanging.

When operated in this way, the lower tube is merely changing the CURRENT that it is passing. Since the plate voltage is fixed, the measure of mu never enters the equation. There is no voltage gain at all from this stage. The only parameter of immediate consequence for the lower tube is the transconductance, which is a measure of how much the plate CURRENT will change when you vary the VOLTAGE on it’s grid. This plate current is fed directly into the cathode of the upper tube.

Now, the upper tube does not care what kind of mu it has either. Since the grid is not changing in potential, the grid/cathode voltage is not changing. Instead a varying number of electrons is fed into its CATHODE, and these electrons have to go somewhere. When a greater number flow into the cathode, you can think of it almost as if the cathode is made more negative… there is now a surplus of electrons. Saying that the cathode is made more negative with a surplus of electrons is functionally the same thing as saying the grid has been made more POSITIVE. And as you know, a positive grid leads to an increase in plate current. On the other half of the cycle, as the lower tube shuts off, there will be a deficit of electrons flowing into the top tube’s cathode. Therefore it will have fewer electrons, and the effect is similar to the cathode being made more positive, which is, of course, like the grid being made NEGATIVE, which shuts off the current flow through the tube.

Now, if the upper tube’s plate voltage is allowed to droop too much during turn on, you will have a form of distortion, since the electrons that have collected on its cathode will not be drawn with such force towards the plate. But it will not be very drastic–as you can imagine you cannot have a continual build up of electrons without some kind of current flow occuring, since the effective grid bias on that top tube will continue to change (as I just described above).

Remember though that the ACTUAL voltage, on the upper tube, from its grid to its cathode, will not change much at all. I only mentioned the “effects” to give a better understanding of what’s going on. By now, you should be able to see why they call the cascode a current mode of operation. Only the lower tube’s Vgk (as the input signal voltage), and the voltage on the upper plate (as the output voltage) really change during operation. The upper assembly of a cascode connection is a TRANSIMPEDANCE device, since you feed it a CURRENT signal, and it outputs a VOLTAGE signal. Really, a plate resistor is also a TRANSIMPEDANCE device, but the active device, when paired with the plate resistor above it, completely isolates the bottom tube from the output voltage. That’s the main benefit here.

One downside to the cascode connection is the output impedance is fairly high. Remember you can’t get something for nothing. Just like adding an unbypassed cathode resistor will raise the plate impedance of a conventional plate loaded stage, the same thing happens here. This time the cathode “sees” an impedance equal to the plate impedance of the bottom tube, which can be rather high. As a result, the output impedance of the cascode circuit is approximately equal to the plate load resistance.

In the lastest design, I have replaced the bottom transconductance device with a VERY low noise JFET, the 2sk170. The added benefit of this change is that the jfet has a quite high transconductance of 22mS, compared to the 6n1p’s gm of 7.5 mS, and the 12ax7′s of 1.4 mS. This transconductance is the operative parameter for the lower device, and thus nets me a LARGE ultimate voltage gain. Here’s a picture:

Adding the jfet freed up a single 6n1p stage, which I had contemplated using as an active current source to load the cascode. I had also considered using it as a mu-follower, which is a modified form of the SRPP stack. The only issue here was that the voltage gain from the stage was going to be HUGE (calculated gains of >4000x!) so that would have meant immediate supply-limited clipping.

What I finally settled on was a good old cathode follower, to lower the output impedance down to <200 ohms. This keeps the bandwidth very high and allows me to disregard any loading issues downstream.

If you’re paying attention you’d have noticed that the upper tube’s grid IS held at a rigidly fixed potential. This had to be done in order to keep the Vds of the JFET within reason.

Ultimately, the circuit measured 180Vp-p square wave output for a square wave input of 1Vp-p. This yields a voltage gain of 180x, or approximately 45 dB. That’s NICE gain from a single tube socket and a cheap jfet! For comparison, you can get that kind of voltage gain from an ef86, run from 300V B+, and a 220k plate resistor. The MAJOR difference is that the “downstream” load impedance of the ef86 can only be about 500k, whereas the cascode circuit with cathode follower will EASILY drive 2k load impedances. Admittedly, you COULD just run the jfet off of the ef86 as a source follower, and get low Zout. Thanks to Steve Conner for pointing that out.

As for circuit parameters:

tube type: Svetlana 6N1P

jfet type: 2SK170

B+: 290VDC

cascode tube rp: 47k

rk (follower): 47k

rs (jfet): 100R

cascode tube grid bias: 6.1VDC

cascode tube vp: 190VDC

cascode tube vk: 10VDC

input Z: 2m2

measured voltage gain: 180x

output Z: <200R

output coupling cap: 220nF

I heartily recommend this circuit to everyone! My thanks to Jeremy Epstein for the jfet.

KG

Noch ein paar andere Ansätze zur Cascode hier:

[haebbe58]

Hi,

warum denn eigentlich überhaupt eine EF86 durch eine Doppeltriode ersetzen? Ist doch eine klasse Röhre ...! ....siehe Vox und Konsorten.
Und genau deswegen wähle ich doch die EF86.... wegen des Sounds und des Verhaltens .... Und wenn ich dann so eine Pentode tatsächlich gar nicht will, dann brauch ich mir doch keinen Gedanken über den Ersatz zu machen, sondern dann greif ich doch lieber auf andere herkömmliche und bewährte Lösungen mit Trioden zurück.

Ich verstehe die Diskussion nicht!

Gruß
Häbbe

[mr.bassman]

warum denn eigentlich überhaupt eine EF86 durch eine Doppeltriode ersetzen? Ist doch eine klasse Röhre ...!

... um das Rauschen zu vermindern...?

... und die EF86 neigt nun gerne mal zur Mikrofonie - oder?

Gruß - Bernd

[haebbe58]

Komisch,

ich hatte bei meinen EF86 noch nie Probleme mit dem Rauschen und auch noch nie welche wegen der angeblichen Mikrofonie .... ich höre immer nur davon, kenne diese Probleme aber nicht!

... aber die Frage ist ja, warum ich nicht gleich eine andere Schaltung (ohne Pentode) nehme, wenn ich die EF86 nicht haben will, anstatt die Petodenschaltung zu verwenden und dort die Pentode umständlich zu ersetzen ...

Gruß
Häbbe

[Kpt.Maritim]

Hallo,

die EF86 ist toll, es gab aber mal eine ganze Zeit, in der es keine guten mehr gab. Was sich eben in Mikrofonie usw. äußerte. Wie das bei aktueller Produktion ist, weiß ich nicht.

@Line: Danke!!!!

Viele Grüße
Martin

[kugelblitz]

Hallo,

zwar nicht Roehre aber im HV Umfeld praedistiniert waere auch der LND150, als 1. GS sollte der Sand auch nicht stoeren. Braucht zusaetzlich keine Heizung und kann sicher genug Gain liefern.

Gruss,
Sepp

[Mr. Lime]

GIng drum, vorhandene Schaltungen zu modifizieren, nicht um neue Löcher in die Chassis zu machen oder von den 12AX7 abzuweichen.

Da die Cascode scheinbar unter hoher Ausgangsimpedanz leidet, könnte man ja einfach einen Source-Follower anstelle des erwähnten Kathodenfolger als Buffer verwenden. Die Cascode sollte sowieso nicht übersteuert werden, der Source-Follower ebenfalls nicht. Reicht ein LND150 für diese Anwendung oder käme der dabei ins clippen?

Gerade als Eingangsstufe eines Trainwrecks vielleicht nicht uninteressant..

[Laurent]

Moin,

Suche mal nach '' Cascode und Aikido mojo '' . Die Idee fand ich interessant.
Sand könnte man dort auch einsetzen.

Gruß
Laurent

[bea]

Weil Du es ja schon ins LTSpice gehackt hast - was sagt denn die Simulation dazu?

[Mr. Lime]

Unter Tube CAD findet man tatsächlich einiges über Cascoden, allerdings bleibt diese Konfiguration unbehandelt.
Einen reinen High Gain Preamp erwarte ich auch nicht mehr, zudem die Cascode für Verzerrung ungeeignet scheint und eine Pentode in dieser Hinsicht nicht ersetzt.

Als Eingangsstufe jedoch dennoch spannend, vorallem wenn Platz und Trioden nur mangelhaft vorhanden sind.


Bezüglich LT Spice; bisher bin ich über Tone Stack Simulationen nicht drüber gekommen und verwende es bisher eher als Dokumentation von dem, was ich ausprobiert habe oder noch gerne möchte. Eine richtige Schaltungssimulation ist mir bisher nicht gelungen.. 
Bei mir hat sich eher das Anpassen nach Gehör bisher durchgesetzt, für speziellere Schaltungen, die nicht so alltäglich sind, bin ich froh ab und an im Forum nach Empfehlungen fragen zu dürfen.

Ist bisher auch nur eine theoretische Möglichkeit, die ich für einen Amp in Betracht ziehe, da sowas noch nicht probiert!

[Laurent]

Kann ich zu 100% bestätigen, dass eine Cascode nicht für Verzerrung geeignet ist. Hatte ich schon probiert und schnell verworfen.

Gruß
Laurent