¿Por qué este oscilador es inestable?

Diseñé un oscilador de onda triangular simple basado en una fuente de corriente conmutable. Funciona durante algunos ciclos, luego se vuelve inestable y finalmente deja de funcionar por completo. ¿Por qué es esto?

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Si alguien quiere simular esto, aquí está el enlace .

Otra cosa: ocasionalmente, el oscilador administrará 20 ciclos, otras veces no completará ni uno solo. ¿Por qué la simulación aparentemente no es determinista?

Respuestas (4)

Alternativamente, en lugar del comparador de ventana, simplemente use un comparador con retroalimentación positiva.

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Tiene la ventaja de ser MUCHO más simple, en términos de partes. Además, debería ser MUY estable, gracias a los comentarios positivos del comparador.

Puede hacerlo aún más simple simplemente deshaciéndose del interruptor analógico, así como de dos de los amplificadores operacionales.

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Ok, me estoy divirtiendo ahora.

Entonces, este circuito nunca hace una onda triangular perfecta, porque estás cargando el capacitor con un voltaje a través de una resistencia.

Para que funcione como un verdadero generador de ondas triangulares, necesitamos hacer una cantidad significativa de refactorización.

Básicamente, necesitamos cargar el capacitor con una fuente de corriente.

Esto es bastante simple de hacer, todo lo que tiene que hacer es colocar la tapa en la retroalimentación del amplificador operacional.

Mira este

ingrese la descripción de la imagen aquí(Nota: la puesta en marcha de este oscilador es un poco rara. Básicamente se basa en fugas para cargar el capacitor lo suficiente como para que la salida del amplificador operacional inferior vaya a uno de los rieles. Esto no sería un problema en el mundo real, ya que op -los amplificadores siempre tienen un poco de compensación, lo que conduciría la salida a uno de los rieles inmediatamente al arrancar.

Básicamente, los amplificadores operacionales simulados son demasiado perfectos).

la última ya no es una onda triangular, porque la "fuente de corriente" tiene una impedancia de salida muy baja.
@markrages: cierto, pero el dibujo original tampoco es un generador de ondas triangulares perfecto. De todos modos, agregué un verdadero generador de ondas triangulares.

¡Lo que pasa es que la simulación no es determinista! ¡Qué propiedad tan emocionante para un simulador! Parece que si un evento tarda demasiado en ocurrir (computacionalmente), se retrasa un paso de tiempo. Si configura la velocidad de simulación demasiado rápido, ¡puede obtener un resultado diferente!

En cualquier caso, su flip-flop se sincroniza dos veces en uno de los picos, y eso hace que la salida se desvíe o haga otras tonterías.

Puede mejorar este circuito utilizando un pestillo SR en lugar de un flip-flop. De esa manera, incluso si tiene fallas en sus comparadores, es la primera falla la que cuenta. En segundo lugar, no hay posibles estados inválidos. Observe en su imagen cómo si la salida Q_Bar = 0 y la onda de salida está por debajo de -0.2V, su circuito está atascado permanentemente.

Lo que realmente quieres es algo así como un pestillo Set-Reset. De esa manera, no le importará que los comparadores fallen, porque su circuito seguirá funcionando. Aquí hay un enlace al simulador de Farstad , así como una captura de pantalla.

Almacenamiento de estado mejorado

Alternativamente, agregue un poco de retroalimentación positiva a los comparadores
De acuerdo: alguna histéresis adicional en los comparadores mejoraría el circuito original. Sigo manteniendo que el pestillo SR es una solución "estable".
Definitivamente sería estable. Sin embargo, no es muy eficiente en términos de piezas.
Por supuesto, siempre puedes usar un 555... Estaba respondiendo a la pregunta. La función de ventana es un poco costosa, aunque el sumidero/fuente actual sería fácil en un IC sin amplificadores operacionales.
He jugado bastante con el código del simulador Falstad. Algunos componentes están diseñados para tomar un paso de tiempo para reaccionar, mientras que otros están diseñados para ser "instantáneos" y hacen que el simulador vuelva a evaluar todo cuando cambia. Si este proceso de reevaluación se repite demasiadas veces, aparece el temido mensaje "Falló la convergencia". Una dificultad con esto es que algunos componentes que normalmente dan un paso para pasar entradas a salidas pueden cambiar su salida "a mitad de paso" cuando el simulador está reevaluando los efectos de cambiar algo. He experimentado algunos con...
... cambiando partes del simulador para que los componentes cuyas salidas se espere que se retrasen un paso solo se procesarán una vez por paso de tiempo, y también con la partición automática del esquema en "islas" de cosas que no pueden afectarse entre sí durante un paso de tiempo dado. Esto puede mejorar en gran medida la velocidad de simulación, pero dado que las versiones más nuevas de Java no ejecutarán subprogramas sin firmar y no sé nada sobre la firma de subprogramas, mi experimentación ha pasado a un segundo plano. Lástima, porque me gusta más el simulador de Falstad que el que usa SO en muchos sentidos.

No doy una respuesta completa, pero recuerdo que las simulaciones de osciladores son notoriamente difíciles de hacer. Si no configura el tiempo de paso correctamente, no verá nada en absoluto. No estoy seguro de asumir que la simulación es correcta.

Por lo general, la dificultad con las simulaciones de osciladores es ponerlas en marcha. Por lo general, las simulaciones no tienen ningún ruido, por lo que no hay nada que pueda amplificarse y filtrarse. Además, la puesta en marcha puede tardar de cientos a miles de ciclos en simularse. Esto es solo un oscilador inestable.

Si configura el control deslizante de voltaje más bajo, parece simular bien.

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Sí; pero eche un vistazo a las puntas de la forma de onda; muestran microinestabilidad (¿es esa una palabra?) Tal vez el circuito simplemente no es correcto...
Te estás preocupando por cosas bastante menores en una simulación. ¿Es este circuito tan complejo y costoso que no puede simplemente construirlo y ver si funciona?
@AngryEE, bueno, es bueno tener una ola pura. Mire la salida del amplificador operacional durante esos períodos, oscila rápidamente.