Занятная самоосциллирующая схема. Позволяет получить достаточно чистый "синус", да ещё и с бонусом: можно снимать несколько сигналов со сдвигом фазы между ними 45°. Удобно получается, когда нужен "синус" и "косинус".
Bubba_oscillator.png
Как она работает - можно почитать во вложениях (ну, или подумать самостоятельно, там не сложно :) )
Но я захотел посмотреть поближе, что там. Сделал модель в MicroCAP
Bubba_model_1.png
Расчётная частота 50 Гц, в качестве ОУ выбран TL082
осциллограммы на выходах ОУ
Bubba_model_1_OSC.png
Тут неочевидный очевидный сюрпризик. Оказывается, первый ОУ, который обеспечивает усиление, работает с клиппингом. Из-за этого, несмотря на то, что между ОУ2 и ОУ1 есть RC цепочка, которая по совметительству убирает гармоники, выход ОУ2 также весьма искажён. Вот, как выглядит спектр гармоник
Bubba_model_1_Harm.png
Выход ОУ2 достаточно грязен. ОУ4 выглядит лучше - это как раз за счёт фильтрации.
Можно свести клиппинг к минимуму, тщательно подобрав резисторы, обеспечивающие усиление, но сразу скажу, что полностью избавиться от клипа таким способом не получится. В какой-то момент перестанет хватать усиления и схема перестанет генерировать.
Bubba_model_1v2.png
Bubba_model_1v2_OSC.png
Bubba_model_1v2_Harm.png
При R7=430к усиления уже не хватает, хотя Kу ОУ1 ещё больше 4. Сказывается паразитное шунтирование входом ОУ 1 последней RC цепочки. Там получается банальный делитель, который тоже нужно компенсировать. Но видно, что снижение усиления положительно сказывается на уровне гармоник.
Задача: мне нужны два синусоидальных сигнала, сдвинутые на 90° (синус и косинус), одного уровня и желательно одного качества.
Как видно, Bubba обеспечивает правильно соотношение фаз, но с уровнем и с качеством есть некоторые проблемы. Попробуем решить.
В исходном варианте последняя RC цепочка никак не используется, только для сдвига. Добавим один ОУ после неё. Как следствие - с выхода этого ОУ можно будет снимать сигнал, получаемый с последней RC цепочки. Он должен быть чище.
Поскольку каждая RC цепочка на частоте генерации сдвигает сигнал, она же его ослабляет на 3 дБ. Попросим последний ОУ компенсировать ослабление сигнала - пусть он его усиливает в 2 раза (точнее, чуть больше, чем в 2, т.к. паразитный конденсатор, отсекающий постоянку, тоже нуждается в компенсации)
Bubba_model_2.png
Получилось так
Bubba_model_2_OSC.png
Видно, что выходы ОУ3 и ОУ5 можно использовать в качестве выходных сигналов (до этого были ОУ2 и ОУ4). Сдвиг положительно сказался на форме.
По поводу клиппинга. Припоминается мне решение, основанное на том, что диод имеет нелинейную зависимость своего сопротивления от протекающего через него тока. Внедрим это в ОУ1
Bubba_model_3.png
Слегка подобрав соотношения резисторов, получаем такую картинку
Bubba_model_3_OSC.png
Клипа у ОУ1 уже нет. Уровень сигнала тоже несколько снизился, что закономерно. Но у ОУ2 уже совсем не видно искажения формы. Гармонический анализ на выходах ОУ3 и ОУ5 нам показывает вот это
Bubba_model_3_Harm.png
А это очень и очень недурно.
Кстати, благодаря внедрённой диодной цепочке, уровень генерации практически отвязался от напряжения питания. Т.е. амплитуда стабилизировалась. Её можно стало регулировать, выбирая соотношение резисторов (на схеме модели это R7,R8,R12).
Круто! Можно вопрос по диодам? Их сопротивление вычисляется по формуле d(R)=ϕT/I, и падает с увеличением тока, а значит при большем токе растет ООС и получается чем больше тока тем меньше тока? Я прав?
Точнее, R=dU/dI
При линейном росте I, зависимость U имеет близкий к логарифмической характер, соответственно, при линейном росте U, I растёт по экспоненте.
На этом свойстве делают аналоговые логарифмизаторы значений, что бывает полезно, когда на приборе (стрелочном) нужно адекватно отображать очень широкий диапазон каких-либо значений.
При росте разницы напряжений между выходом ОУ и входом, диоды приоткрываются, уменьшая сопротивления цепи ООС, усиление уменьшается.
Di_sch.png
Di_tre_00-05.png
Di_tre_00-50.png
Di_tre_05-05.png