Если беспорядок на столе означает беспорядок в голове, то что же тогда означает пустой стол?
Альберт Эйнштейн

Меню навигации для мобильных

Bubba oscillator

Автор Slabovik, 13 Июнь, 2023, 14:38

« предыдущая - следующая »

Slabovik

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).
Общением на форуме подпитываю свою эгоистичную, склонную к самолюбованию сущность.

Nikopol

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?

Slabovik

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
Общением на форуме подпитываю свою эгоистичную, склонную к самолюбованию сущность.