Máy tạo sin - Bộ dao động Bubba

Tôi đang cố gắng mô phỏng Máy tạo bọt Bubba trên MATLAB, Simulink. Vấn đề là tôi không thể tạo ra hình sin từ mạch.

Đây là mạch của tôi:

Và đây là kết quả của tôi (Mô phỏng trong 10 giây):

Kết quả thu phóng (Mô phỏng trong 10 giây):

Đã nhận được lỗi:

Tôi đã đi sai ở đâu? Làm thế nào để đạt được dạng sóng hình sin thuần túy từ bộ dao động bubba này ...

Bạn đã tạo ra một mô hình lý tưởng (OPAMP băng thông vô hạn, điện áp đầu ra vô hạn, v.v.), có điều kiện ổn định và thực hiện nó.

nhìn vào trục y của bạn, nó đã đạt tới 1,5 lần$10^{59}$ KHỔNG LỒ!. Đây là những gì gây ra một ngoại lệ ... nó hết độ phân giải để đại diện cho "oscilator" không ổn định này

NẾU gần hơn với OPAMP thực tế được sử dụng (+ -15V, được giới hạn ở mức 100.000), nó hoạt động

Nó không dao động, bạn có thể thấy rằng nó ở bên phải của cốt truyện. Nếu bạn phóng to ở phía bên trái, bạn cũng sẽ thấy dao động nhưng ở biên độ nhỏ hơn nhiều.

Quan niệm sai lầm của bạn xuất phát từ thực tế là trước tiên bạn phải hiểu lý thuyết về hoạt động của bộ dao động .

Tôi đề nghị đọc về tiêu chí ổn định Barkhausen .

Điều này nói rằng một bộ dao động dao động khi loopgain lớn hơn 1 .

Đối với bộ dao động Bubba, đây là trường hợp.

Tuy nhiên, khi loopgain vẫn cao hơn 1, biên độ dao động sẽ tăng và tiếp tục tăng.

Bạn đã sử dụng opamp lý tưởng (tôi nghi ngờ) và điều đó có nghĩa là biên độ dao động sẽ tăng và tiếp tục tăng. Đó là những gì cốt truyện của bạn thể hiện.

Trong bài viết về bộ dao động Bubba, tác giả sử dụng opamp thực . Các opamp này không thể tạo ra điện áp vô hạn nên ở một số điện áp, điện áp đầu ra của chúng sẽ nhỏ hơn mức bạn mong đợi . Và điều đó có nghĩa là loopgain trở nên nhỏ hơn. Một bộ tạo dao động như vậy với các opamp thực sẽ ổn định biên độ tín hiệu của nó tại điểm mà vòng lặp chính xác là một .

Và điều đó sẽ dẫn đến một biên độ ổn định.

Vì vậy, giải pháp cho vấn đề của bạn là: sử dụng (mô hình) các opamp ít lý tưởng hơn.

Nó đã bắt đầu dao động. Biên độ tăng theo cấp số nhân. Mô phỏng bị dừng khi một số biến hiện tại, điện áp hoặc nội bộ đạt đến giới hạn của phạm vi số có sẵn.

Lấy một vài điốt zener được kết nối thành chuỗi có cực dương chống lại nhau. Chèn mạch giới hạn đó song song với một trong các tụ điện. Biên độ không tăng thêm nữa đến vô cùng.

Đây không phải là một giải pháp tốt nếu bạn cần hình sin biến dạng thấp. Một bộ tạo dao động hình sin tương tự tốt có mạch contol được thiết kế đặc biệt để kiểm tra biên độ đầu ra và giảm mức tăng cho đến khi biên độ đầu ra là mong muốn. Bộ điều khiển tìm kiếm mức tăng đúng liên tục nhưng có quán tính thích hợp giúp ngăn ngừa sự biến dạng của các xung hình sin. Trong lý thuyết điều khiển họ gọi nó là bộ điều khiển PI. Nó cần một thành phần điện áp có mức tăng, suy giảm hoặc điện trở thay đổi. Tôi đã thấy trong các mạch thực tế ngay cả một điện trở NTC được sử dụng ở đây.

Trong Simulink, bạn có thể sử dụng bộ chỉnh lưu, đưa nó từ bộ lọc hình sin của mình, bơm đầu ra của nó sang bộ tích hợp RC thời gian dài và thay thế một trong những người theo dõi điện áp của bạn bằng một mạch có mức tăng bình thường = 1, nhưng sẽ sớm giảm mức tăng với độ dốc vì điện áp trong bộ tích hợp RC vượt quá một giới hạn nhất định.

Thật không may, tôi không có Matlab hay Simulink, chỉ bắt chước với chi phí thấp, nhưng nó hoạt động ở đó.

Chỉ cần thêm một bài viết khác về điều này. Đây là một mạch thực sự nên hoạt động, sử dụng một quad LT1631 và một đường ray cung cấp điện duy nhất:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tần số đầu ra phải gần với khoảng $\frac{1}{2\pi R C}$ hoặc gần $15.9\:\textrm{kHz}$ cho các giá trị đã cho của $R=1\:\textrm{k}\Omega$ và $C=10\:\textrm{nF}$ thể hiện trong sơ đồ trên.

Đây là đầu ra từ LTSpice:

Bạn sẽ có thể sao chép các kết quả tương tự trong trình giả lập của riêng bạn.

(Để sắp xếp rẻ hơn, thay vào đó, hãy thử thiết bị gói quad TI LMV324IPWR.)

Độ lợi không đủ để duy trì dao động. Bạn cần mức tăng tối thiểu là 4. Với các điện trở được hiển thị (1,5M và 360k mức tăng của bạn là ít hơn thế).

Tôi đã xây dựng các mạch và nó KHÔNG hoạt động. Trong thực tế, hầu hết các mạch dao động bubba trên internet không thể hoạt động (ngoại trừ trong một chương trình mô phỏng).

Hãy là khách của tôi, xây dựng chúng với các bộ phận thực sự trên một chiếc bánh mì và tự mình xem!