strane oscillazioni di amplificatori operazionali

Sto cercando di costruire un oscillatore sinusoidale usando opamp, ma sto ottenendo un output strano. Hai bisogno di aiuto per ottenere un'uscita sinusoidale pura.

Schema del circuito:

Descrizione del circuito:

Il circuito è simile al normale oscillatore a sfasamento RC tamponato a 3 stadi (ispirato da qui ). L'amplificatore operazionale U2B viene aggiunto in modo che la resistenza dell'amplificatore U1A ( R1, R2 e R3 ) abbia valori in dieci di chilo-ohm (non 100 di Kohm). L'uscita dell'oscillatore è osservata sul pin 7 (OUT) U2B . Due alimentatori indipendenti sono collegati come mostrato nello schema per ottenere + 15V / 0V / -15V .

R3 viene utilizzato per variare il guadagno dell'amplificatore. R4 e R5 sono usati per variare la frequenza dell'oscillatore. La frequenza di uscita target è 400Hz.

Problema:

• Forma d'onda superiore: IC U2B pin 5 (ingresso non invertente) con GND
• Forma d'onda inferiore: IC U2B pin 7 (Output) wrt GND

Il ciclo negativo dell'onda sinusoidale sul pin 7 (output) U2B (forma d'onda inferiore) è distorto. Questa distorsione è una sorta di oscillazioni di ondulazione / tensione. Qual è la causa? E come posso liberarmene?

Finora ho provato:

1. La mia prima ipotesi è stata che si è verificato un problema nell'alimentazione a -15V. Quindi ho scambiato gli alimentatori, ma la distorsione è rimasta nel ciclo negativo. (Mi aspetto che se si fosse verificato un problema con l'alimentatore, la distorsione avrebbe dovuto essere nel ciclo positivo dopo aver scambiato l'alimentatore)
2. IC U2 modificato (LM358 doppio op-amp). Sempre la stessa distorsione esatta.
3. IC U1 modificato (LM358 Dual op-amp). Sempre la stessa distorsione esatta.
4. Aggiunto IC U3 come mostrato di seguito. L'uscita sul pin 1 U3A (uscita) è un'onda sinusoidale pura come la forma d'onda superiore (nell'oscilloscopio). Quindi ho rimosso la connessione dell'amplificatore (R1) da U2B e l'ho collegata a U3A. Quindi anche l'output di U3A è stato distorto come la forma d'onda inferiore (nell'oscilloscopio) e la forma d'onda di U2B è diventata un'onda sinusoidale pura.
5. Usato IC U3B come mostrato di seguito. Anche in questo caso l'output sul pin 1 (Output) U3A viene distorto.
6. Dallo schema sopra ho rimosso U3B e ho aggiunto solo un carico di 1 Kohm sul pin 1 (output) U3A, anche in questo caso l'uscita è distorta, ma questa volta la distorsione è inferiore.

La domanda è un po 'lunga, ma volevo fornire quanti più dettagli possibili. Mi sto spaccando la testa da due giorni. Per favore aiuto. TIA.

Modificare:

1. Come suggerito da Bimpelrekkie nei commenti, ho aggiunto un condensatore da 100nF vicino a ciascun IC (dual-opamp) e anche due condensatori da 1uF tra + 15V / 0v e -15V / 0V. Ciò non ha avuto alcun effetto sulla distorsione. Ho anche aggiunto un condensatore da 22pf su R2 e R3. Ciò ha ridotto la distorsione ma non l'ha eliminata come mostrato di seguito:

Ciclo positivo: nessuna distorsione

Ciclo negetivo: ridotto ma esiste ancora - distorsione Ma questo non è qualcosa che voglio fare in quanto influenza la frequenza delle onde sinusoidali.

Anche qualcosa che non ho menzionato prima, pensavo che i resistori variabili (preimpostati) potessero causare il problema, quindi li ho messi in cortocircuito, ma senza successo.

EDIT 2: (Problema risolto)

Dopo aver letto i tuoi commenti e le risposte ho provato quanto segue:

1. (Esperimento 7) Olin Lathrop e analogsystemsrf (come menzionato nella risposta di analogsystemsrf il problema riguardava la stabilità / il margine di fase ma l'uscita di U2B non era vicina alle rotaie (+ 15 V o -15 V), è da 2 V a 3 V da picco a picco centrato a 0V) le risposte mi hanno suggerito di comprendere stabilità e margini ( tutorial ). Quindi ho provato il circuito come indicato di seguito: L'uscita era oscillante (quindi la distorsione erano oscillazioni come indicato da molti di voi ragazzi) e non era un'uscita CC stabile. Quindi ho disconnesso R13 da -15 V e collegato a + 15 V e l'uscita era stabile. Quindi qualcosa stava spingendo l'opamp in una regione instabile durante il semiciclo negativo dell'onda sinusoidale (non so cosa).

2. (Esperimento 8) Quindi ho compensato l'opamp usando uno snubber (come mostrato qui ). Il circuito finale è come mostrato di seguito. E BRAVO !! problema risolto. Le uscite sono ora stabili (senza oscillazioni / distorsioni indesiderate).

Ora, anche se il problema è stato risolto, la domanda ora diventa ...

1. Perché LM358 è stabile ai guadagni unitari per tensioni positive e non negative?
2. Questo tipo di problemi potrebbe essere evitato solo scegliendo un opamp adeguato? Se sì, come posso scegliere un opamp adeguato?
3. La stabilità deve essere spiegata (matematicamente) in tutti i circuiti opamp o potrebbe intuitivamente (senza calcoli) decidere che un circuito sarà stabile? (Come?)
4. U2B aveva problemi di stabilità, perché U1B o U2A non avevano lo stesso problema? (Ho controllato l'output di questi opamp e li ho trovati essere seno stabile / puro.)

Infine, vorrei ringraziare ognuno di voi per avermi aiutato a risolvere questo problema. Grazie mille!

Probabilmente stai sprofondando troppa corrente. Ecco una sezione della scheda tecnica TI LM358: Supponendo che si abbia un'oscillazione di circa 10 V, si otterrà una sorgente / dissipatore di circa 10 mA.

Ci piace pensare che il comportamento di opamp sia indipendente dalla corrente di uscita, ma non è sempre così. Quando la corrente di source / sink aumenta, le prestazioni di opamp diminuiscono. Quindi un opamp stabile a 1 mA può diventare instabile a 10 mA.

Prova a ripetere l'esperimento dello scenario 6 ma sostituisci invece la resistenza da 1k con una resistenza da 10k.

Il problema di base è che U2B sta oscillando.

Nota che lo stai usando al guadagno unitario. Sembra che questi amplificatori siano intesi per ottenere un guadagno unitario stabile, ma ovviamente ci sarà meno margine lì rispetto ad altri guadagni.

Quindi ora dovresti guardarti intorno e vedere perché questo amplificatore sta oscillando quando non dovrebbe esserlo. Ciò è probabilmente dovuto all'accoppiamento all'interno del pacchetto. Questo dovrebbe essere un indizio forte che ti fa controllare i cappucci di bypass. Fu allora che avresti dovuto schiaffeggiarti sulla testa mentre esclamava "D'oh! Ho dimenticato i cappucci di bypass!" .

Dato che il circuito non ha nulla per limitare la crescita dell'ampiezza, sto pensando che le tensioni di picco stanno forzando uno degli opamp in un funzionamento vicino a rotaia e il margine di fase scende in una regione instabile.