oscylatory wzmacniaczy operacyjnych dziwne wyjście

Próbuję zbudować oscylator fali sinusoidalnej za pomocą opampa, ale otrzymuję dziwną moc wyjściową. Potrzebujesz pomocy w uzyskaniu czystej fali sinusoidalnej.

Schemat obwodu:

Opis obwodu:

Obwód jest podobny do zwykłego 3-stopniowego buforowanego oscylatora z przesunięciem fazowym RC (zainspirowany stąd ). Wzmacniacz operacyjny U2B dodaje się tak, że wzmacniacz U1A rezystor ( R1, R2 i R3 ) mają wartości w tych dziesięciu na kilogram omów (nie 100 z kiloomów). Wyjście oscylatora jest obserwowane na styku 7 U2B (OUT). Dwa niezależne zasilacze są połączone, jak pokazano na schemacie, aby uzyskać + 15V / 0V / -15V .

R3 służy do zmiany wzmocnienia wzmacniacza. R4 i R5 służą do zmiany częstotliwości oscylatora. Docelowa częstotliwość wyjściowa wynosi 400 Hz.

Problem:

• Top Waveform: IC U2B pin 5 (wejście nieodwracające) wrd GND
• Dolny przebieg: styk 7 IC U2B (wyjście) wrd GND

Ujemny cykl fali sinusoidalnej na pinie 7 U2B (wyjście) (przebieg dolny) jest zniekształcony. To zniekształcenie jest rodzajem oscylacji tętnienia / napięcia. Co to jest przyczyną? I jak się tego pozbyć?

Do tej pory próbowałem:

1. Po raz pierwszy zgadłem, że jest problem z zasilaniem -15 V. Wymieniłem więc zasilacze, ale zniekształcenie wciąż pozostawało w ujemnym cyklu. (Spodziewam się, że jeśli był problem z zasilaczem, zniekształcenie powinno być w dodatnim cyklu po wymianie zasilacza)
2. Zmieniono układ scalony U2 ​​(podwójny wzmacniacz operacyjny LM358). Nadal dokładnie to samo zniekształcenie.
3. Zmieniono układ scalony U1 (podwójny wzmacniacz operacyjny LM358). Nadal dokładnie to samo zniekształcenie.
4. Dodano IC U3, jak pokazano poniżej. Wyjście na pinie 1 U3A (Wyjście) jest czystą falą sinusoidalną, taką jak Top Waveform (w oscyloskopie). Więc usunąłem połączenie wzmacniacza (R1) z U2B i podłączyłem je do U3A. Następnie sygnał wyjściowy U3A również został zniekształcony, podobnie jak kształt fali dolnej (w oscyloskopie), a kształt fali U2B stał się czystą falą sinusoidalną.
5. Użyto IC U3B, jak pokazano poniżej. Znów wyjście na U3A pin 1 (Wyjście) ulega zniekształceniu.
6. Z powyższego schematu usunąłem U3B i dodałem tylko obciążenie 1 Kohm na styku 1 U3A (wyjście), ponownie wyjście jest zniekształcone, ale tym razem zniekształcenie jest mniejsze.

Pytanie jest trochę długie, ale chciałem podać jak najwięcej szczegółów. Łamałem nad tym głowę przez dwa dni. Proszę pomóż. TIA

Edytować:

1. Jak zasugerował Bimpelrekkie w komentarzach, dodałem jeden kondensator 100nF w pobliżu każdego układu scalonego (podwójny opamp), a także dwa kondensatory 1uF między + 15 V / 0 V a -15 V / 0 V. Nie miało to wpływu na zniekształcenie. Dodałem również kondensator 22pf na R2 i R3. Zmniejszyło to zniekształcenie, ale nie wyeliminowało go, jak pokazano poniżej:

Cykl dodatni: brak zniekształceń

Cykl wegetatywny: zmniejszony, ale nadal istnieje - zniekształcenie Ale nie chcę tego robić, ponieważ wpływa na częstotliwość fali sinusoidalnej.

Również coś, o czym nie wspomniałem wcześniej, myślałem, że przyczyną mogą być zmienne rezystory (ustawienia wstępne), więc zwarłem je, ale bez powodzenia.

EDYCJA 2: (Problem rozwiązany)

Po przeczytaniu twoich komentarzy i odpowiedzi spróbowałem:

1. (Eksperyment 7) Olin Lathrop i analogsystemsrf (jak wspomniano w odpowiedzi analogsystemsrf, problem dotyczył stabilności / marginesu fazowego, ale moc wyjściowa U2B nie była zbliżona do szyn (+ 15 V lub -15 V), to od 2 V do 3 V od szczytu do szczytu wyśrodkowany na Odpowiedzi 0V) podpowiadały mi o zrozumieniu stabilności i marginesów ( samouczki ). Wypróbowałem więc układ, jak podano poniżej: Wyjście oscylowało (więc zniekształcenia były oscylacjami, jak wskazało wielu z was) i nie było to stabilne wyjście prądu stałego. Więc wtedy odłączyłem R13 od -15 V i podłączyłem do + 15 V, a wyjście było stabilne. Więc coś popychało opamp w niestabilnym regionie podczas ujemnego pół cyklu fali sinusoidalnej (nie wiem co).

2. (Eksperyment 8) Więc skompensowałem opamp za pomocą tłumika (jak pokazano tutaj ). Ostatni obwód jest pokazany poniżej. I BRAVO !! problem rozwiązany. Wyjścia są teraz stabilne (bez niepożądanych oscylacji / zniekształceń).

Teraz, mimo że problem został rozwiązany, pytanie staje się teraz ...

1. Dlaczego LM358 jest stabilny przy zyskach jedności dla napięć dodatnich, a nie ujemnych?
2. Czy można tego rodzaju problemów uniknąć, wybierając odpowiedni opamp? Jeśli tak, to jak wybrać odpowiedni opamp?
3. Czy stabilność należy uwzględnić (matematycznie) we wszystkich obwodach opampa, czy może intuicyjnie (bez obliczeń) zdecydować, że obwód będzie stabilny? (W jaki sposób?)
4. U2B miał problem ze stabilnością, dlaczego U1B lub U2A nie miały tego samego problemu? (Sprawdziłem moc wyjściową tych wzmacniaczy i stwierdziłem, że są stabilne / czysto sinusoidalne).

Na koniec chciałbym podziękować każdemu z was za pomoc w rozwiązaniu tego problemu. Dziękuję Ci bardzo!

Prawdopodobnie toniesz za dużo prądu. Oto część arkusza danych TI LM358: Zakładając, że masz wahanie około 10 V, otrzymasz źródło / ujście około 10 mA.

Lubimy myśleć, że zachowanie opampa jest niezależne od prądu wyjściowego, ale nie zawsze tak jest. Zwiększenie prądu źródła / ujścia pogarsza działanie opampa. Tak więc stabilny opamp przy 1mA może stać się niestabilny przy 10mA.

Spróbuj powtórzyć eksperyment ze scenariusza 6, ale zamiast tego zastąp opornik 1k rezystorem 10k.

Podstawowym problemem jest to, że U2B oscyluje.

Zauważ, że używasz go do wzmocnienia jedności. Wygląda na to, że wzmacniacze te mają być stabilne w zakresie wzmocnienia jedności, ale oczywiście będzie tam mniejszy margines niż przy innych zyskach.

Więc teraz powinieneś się rozejrzeć i zobaczyć, dlaczego ten jeden wzmacniacz oscyluje, kiedy nie powinien. Jest to prawdopodobnie spowodowane sprzężeniem w pakiecie. To powinna być mocna wskazówka, która sprawi, że sprawdzisz czapki obwodnicy. Właśnie wtedy powinieneś uderzyć się w głowę, wykrzykując „D'oh! Zapomniałem zaślepek!” .

Biorąc pod uwagę, że obwód nie ma nic, co mogłoby ograniczać wzrost amplitudy, myślę, że napięcia szczytowe zmuszają jednego z wzmacniaczy do pracy w pobliżu szyny, a margines fazowy spada do niestabilnego regionu.