AK Laboratory

Электроника и радиотехника => Звукотехника => Тема начата: Slabovik от 13 Июнь, 2023, 14:38

Название: Bubba oscillator
Отправлено: Slabovik от 13 Июнь, 2023, 14:38
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).
Название: Re: Bubba oscillator
Отправлено: Nikopol от 14 Июнь, 2023, 12:43
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?
Название: Re: Bubba oscillator
Отправлено: Slabovik от 14 Июнь, 2023, 14:27
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