Operationsverstärker Oszillatoren seltsame Ausgabe

Ich versuche, einen Sinus-Oszillator mit Opamp zu bauen, aber ich erhalte eine seltsame Ausgabe. Benötigen Sie Hilfe bei der Erzielung eines reinen Sinusausgangs?

Schaltplan:

Schaltungsbeschreibung:

Die Schaltung ähnelt einem regulären 3-stufigen gepufferten RC-Phasenverschiebungsoszillator (inspiriert von hier ). Der Operationsverstärker U2B wird so hinzugefügt, dass der Widerstand des Verstärkers U1A ( R1, R2 & R3 ) Werte in Zehnerkiloohm (nicht Hunderte von Kohm) aufweist. Der Oszillatorausgang wird an U2B- Pin 7 (OUT) beobachtet. Zwei unabhängige Stromversorgungen werden wie im Schaltplan gezeigt angeschlossen, um +15 V / 0 V / -15 V zu erhalten .

R3 wird verwendet, um die Verstärkung des Verstärkers zu variieren. R4 & R5 werden verwendet, um die Oszillatorfrequenz zu variieren. Die Zielausgangsfrequenz beträgt 400Hz.

Problem:

• Top Waveform: IC U2B Pin 5 (nicht invertierender Eingang) mit GND
• Bottom Waveform: IC U2B Pin 7 (Ausgang) mit GND

Der negative Zyklus der Sinuswelle an U2B Pin 7 (Ausgang) (Bottom Waveform) ist verzerrt. Diese Verzerrung ist eine Art von Welligkeit / Spannungsschwankungen. Was ist der Grund dafür? & Wie werde ich es los?

Bisher habe ich versucht:

1. Meine erste Vermutung war, dass es ein Problem mit der -15V-Stromversorgung gibt. Also habe ich die Netzteile ausgetauscht, aber die Verzerrung blieb im negativen Zyklus. (Ich gehe davon aus, dass bei einem Problem mit der Stromversorgung die Verzerrung nach dem Austauschen der Stromversorgung im positiven Zyklus gewesen sein sollte.)
2. IC U2 geändert (LM358 Dual-Operationsverstärker). Immer noch die exakt gleiche Verzerrung.
3. IC U1 geändert (LM358 Dual-Operationsverstärker). Immer noch die exakt gleiche Verzerrung.
4. IC U3 wie unten gezeigt hinzugefügt. Der Ausgang an U3A Pin 1 (Ausgang) ist eine reine Sinuswelle wie Top Waveform (im Oszilloskop). Also habe ich den Verstärkeranschluss (R1) von U2B entfernt und an U3A angeschlossen. Dann wurde auch der Ausgang des U3A verzerrt wie die untere Wellenform (im Oszilloskop) und die Wellenform des U2B wurde zu einer reinen Sinuswelle.
5. Verwenden Sie den IC U3B wie unten gezeigt. Der Ausgang an U3A Pin 1 (Output) wird wieder verzerrt.
6. Aus dem obigen Schema entfernte ich U3B und fügte nur eine 1-Kohm-Last an U3A-Pin 1 (Ausgang) hinzu, wieder ist der Ausgang verzerrt, aber dieses Mal ist die Verzerrung geringer.

Die Frage ist etwas lang, aber ich wollte so viele Details wie möglich angeben. Ich habe zwei Tage lang meinen Kopf darüber geknackt. Bitte helfen Sie. TIA.

Bearbeiten:

1. Wie Bimpelrekkie in den Kommentaren angedeutet hat, habe ich einen 100-nF-Kondensator in der Nähe jedes IC (Dual-Opamp) sowie zwei 1-uF-Kondensatoren zwischen + 15 V / 0 V und -15 V / 0 V hinzugefügt. Dies hatte keinen Einfluss auf die Verzerrung. Ich habe auch 22pf Kondensator über R2 & R3 hinzugefügt. Dies verringerte die Verzerrung, beseitigte sie jedoch nicht, wie nachstehend gezeigt:

Positiver Zyklus: Keine Verzerrung

Negetiver Zyklus: Reduziert, aber immer noch vorhanden - Verzerrung Aber das ist etwas, was ich nicht tun möchte, da es die Frequenz der Sinuswelle beeinflusst.

Auch etwas, das ich vorher nicht erwähnt habe, dachte ich, dass die variablen Widerstände (voreingestellt) das Problem verursachen könnten, also habe ich sie kurzgeschlossen, aber ohne Erfolg.

EDIT 2: (Problem gelöst)

Nach dem Lesen Ihrer Kommentare und Antworten habe ich Folgendes versucht:

1. (Experiment 7) Olin Lathrop's & analogsystemsrf's (wie in der Antwort von analogsystemsrf erwähnt, bestand das Problem in der Stabilität / Phasenreserve, aber die Ausgabe von U2B lag nicht in der Nähe von Schienen (+15 V oder -15 V), sie beträgt 2 V bis 3 V Spitze zu Spitze, zentriert bei 0V) Antworten ließen mich Stabilität und Margen verstehen ( Tutorials ). Also habe ich die Schaltung wie folgt ausprobiert: Der Ausgang war oszillierend (also waren die Verzerrungen Oszillationen, wie von vielen von euch angegeben) und es war kein stabiler Gleichstromausgang. Also habe ich R13 von -15V getrennt und an + 15V angeschlossen und der Ausgang war stabil. Während des negativen Halbzyklus der Sinuswelle hat etwas den Opamp in eine instabile Region getrieben (ich weiß nicht was).

2. (Experiment 8) Also habe ich den Opamp mit einem Snubber kompensiert (wie hier gezeigt ). Die endgültige Schaltung ist wie folgt. Und BRAVO !! Problem gelöst. Die Ausgänge sind jetzt stabil (ohne unerwünschte Schwingungen / Verzerrungen).

Nun, obwohl das Problem gelöst ist, wird die Frage jetzt ..

1. Warum ist der LM358 bei Eins-Verstärkungen für positive Spannungen stabil und nicht negativ?
2. Könnte diese Art von Problemen vermieden werden, wenn nur ein geeigneter Operationsverstärker ausgewählt wird? Wenn ja, wie wähle ich einen geeigneten Opamp aus?
3. Ist die Stabilität in allen Operationsverstärkerschaltungen (mathematisch) zu berücksichtigen, oder kann intuitiv (ohne Berechnung) entschieden werden, dass eine Schaltung stabil ist? (Wie?)
4. U2B hatte Stabilitätsprobleme, warum hatten U1B oder U2A nicht das gleiche Problem? (Ich habe die Ausgabe dieser Opamps überprüft und festgestellt, dass sie stabil / reiner Sinus sind.)

Zuletzt möchte ich jedem von Ihnen dafür danken, dass Sie mir bei der Lösung dieses Problems geholfen haben. Vielen Dank!

Sie sinken wahrscheinlich zu viel Strom. Hier ist ein Abschnitt des Datenblattes des TI LM358: Angenommen, Sie haben einen Spannungshub von ca. 10 V, erhalten Sie eine Stromquelle / Stromsenke von ca. 10 mA.

Wir glauben gerne, dass das Verhalten von Operationsverstärkern unabhängig vom Ausgangsstrom ist, aber dies ist nicht immer der Fall. Wenn der Strom von Quelle und Senke zunimmt, nimmt die Leistung des Operationsverstärkers ab. So kann ein stabiler Operationsverstärker bei 1 mA bei 10 mA instabil werden.

Versuchen Sie, das Experiment in Szenario 6 zu wiederholen, aber ersetzen Sie stattdessen den 1k-Widerstand durch einen 10k-Widerstand.

Das Grundproblem ist, dass U2B oszilliert.

Beachten Sie, dass Sie es mit Einheitsgewinn verwenden. Es scheint, als ob diese Verstärker für eine stabile Verstärkung der Einheit gedacht sind, aber es wird dort natürlich weniger Spielraum geben als bei anderen Verstärkungen.

Jetzt sollten Sie sich umschauen und sehen, warum dieser eine Verstärker oszilliert, wenn es nicht sein sollte. Dies liegt wahrscheinlich an der Kopplung innerhalb des Pakets. Das sollte ein starker Hinweis sein, der Sie veranlasst, die Bypasskappen zu überprüfen. Dann hättest du dich auf den Kopf schlagen sollen, während du "D'oh! Ich habe die Bypasskappen vergessen!" .

Angesichts der Tatsache, dass die Schaltung das Amplitudenwachstum nicht einschränkt, denke ich, dass die Spitzenspannungen einen der Opamps in einen Betrieb nahe der Schiene zwingen und der Phasenrand in einen instabilen Bereich abfällt.