ออสซิลเลเตอร์ op-output แปลก ๆ

ฉันพยายามสร้าง oscillator คลื่นไซน์โดยใช้ opamp แต่ฉันได้รับผลลัพธ์ที่แปลก ต้องการความช่วยเหลือในการรับสัญญาณไซน์บริสุทธิ์

แผนผังวงจร:

คำอธิบายวงจร:

วงจรนี้คล้ายกับออสซิลเลเตอร์แบบปรับเปลี่ยนเฟส 3 เฟสบัฟเฟอร์ (ได้รับแรงบันดาลใจจากที่นี่ ) Op-amp U2Bถูกเพิ่มเพื่อให้ตัวต้านทานแอมป์ U1A ( R1, R2 & R3 ) มีค่าเป็นสิบกิโลโอห์ม (ไม่ใช่ 100 ของ Kohm) ออสซิลเลเตอร์เอาท์พุตอยู่ที่U2Bพิน 7 (OUT) สองอุปกรณ์ไฟฟ้าอิสระมีการเชื่อมต่อดังแสดงในแผนผังที่จะได้รับ+ 15V / 0V / -15V

R3ใช้เพื่อเพิ่มความแตกต่างของแอมป์ R4 & R5ใช้เพื่อเปลี่ยนความถี่ออสซิลเลเตอร์ ความถี่เอาต์พุตเป้าหมายคือ 400Hz

ปัญหา:

• รูปคลื่นด้านบน: IC U2B พิน 5 (อินพุตที่ไม่แปลงกลับ) wrt GND
• รูปคลื่นด้านล่าง: IC U2B พิน 7 (เอาท์พุต) wrt GND

วงจรเชิงลบของคลื่นไซน์ที่ U2B พิน 7 (เอาท์พุต) (รูปคลื่นด้านล่าง) จะผิดเพี้ยน การบิดเบี้ยวนี้เป็นความผันผวนของระลอกคลื่น / แรงดันไฟฟ้า อะไรทำให้เกิดสิ่งนี้ ฉันจะกำจัดมันได้อย่างไร

จนถึงตอนนี้ฉันได้ลอง:

1. การเดาครั้งแรกของฉันคือว่ามีปัญหาในการจ่ายไฟ -15V ดังนั้นฉันจึงสับเปลี่ยนพาวเวอร์ซัพพลาย แต่ความเพี้ยนยังคงอยู่ในวงจรเชิงลบ (ฉันคาดหวังว่ามีปัญหากับแหล่งจ่ายไฟความผิดเพี้ยนควรอยู่ในวัฏจักรบวกหลังจากการสับเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ)
2. เปลี่ยน IC U2 (LM358 Dual op-amp) ยังคงมีการบิดเบือนที่แน่นอน
3. เปลี่ยน IC U1 (LM358 Dual op-amp) ยังคงมีการบิดเบือนที่แน่นอน
4. เพิ่ม IC U3 ตามที่แสดงด้านล่าง เอาต์พุตที่ U3A pin 1 (Output) เป็นคลื่นไซน์บริสุทธิ์เช่น Top Waveform (เป็นออสซิโลสโคป) ดังนั้นฉันจึงลบการเชื่อมต่อแอมป์ (R1) ออกจาก U2B และเชื่อมต่อกับ U3A จากนั้นเอาท์พุทของ U3A ก็บิดเบี้ยวเช่น Bottom Waveform (ในสโคป) และรูปคลื่นของ U2B ก็กลายเป็นคลื่นไซน์บริสุทธิ์
5. ใช้ IC U3B ตามที่แสดงด้านล่าง เอาต์พุตอีกครั้งที่ U3A pin 1 (Output) จะผิดเพี้ยน
6. จากแผนผังข้างต้นฉันลบ U3B และเพิ่มโหลด 1 Kohm ที่ U3A pin 1 (เอาต์พุต) เท่านั้นเอาต์พุตจะผิดเพี้ยนอีกครั้ง แต่ครั้งนี้การบิดเบือนจะลดลง

คำถามยาวไปหน่อย แต่ฉันต้องการให้รายละเอียดมากที่สุด ฉันทุบหัวของฉันมากกว่านี้สองวัน กรุณาช่วย. TIA

แก้ไข:

1. ตามที่ Bimpelrekkie แนะนำในความคิดเห็นฉันเพิ่มตัวเก็บประจุ 100nF หนึ่งตัวใกล้กับ IC แต่ละตัว (dual-opamp) และตัวเก็บประจุ 1uF สองตัวระหว่าง +15V / 0v และ -15V / 0V สิ่งนี้ไม่มีผลต่อการบิดเบือน ฉันยังเพิ่มตัวเก็บประจุ 22pf ใน R2 & R3 เรื่องนี้ลดความผิดเพี้ยน แต่ไม่ได้กำจัดมันดังแสดง:

วงจรบวก: ไม่มีการบิดเบือน

วงจรการลบ: ลดลง แต่ยังคงมีอยู่ - การบิดเบือน แต่นี่ไม่ใช่สิ่งที่ฉันต้องการทำเพราะมันมีผลต่อความถี่คลื่นไซน์

บางสิ่งที่ฉันไม่ได้กล่าวถึงก่อนหน้านี้ฉันคิดว่าตัวต้านทานแปรผัน (ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า) อาจทำให้เกิดปัญหาจึงทำให้พวกมันสั้นลง แต่ไม่ประสบความสำเร็จ

แก้ไข 2: (แก้ไขปัญหา)

หลังจากอ่านความคิดเห็นและคำตอบของคุณฉันลองต่อไปนี้:

1. (การทดลอง 7) Olin Lathrop & analogsystemsrf's (ดังที่ได้กล่าวไว้ในคำตอบของ analogsystemsrf ปัญหาเกี่ยวกับความเสถียร / ระยะขอบ แต่เอาท์พุทของ U2B ไม่ใกล้กับราง (+ 15V หรือ -15V) มันคือ 2V ถึง 3V 0V) คำตอบทำให้ฉันเข้าใจถึงความมั่นคงและระยะขอบ ( บทเรียน ) ดังนั้นฉันจึงลองใช้วงจรตามที่ระบุด้านล่าง: ผลลัพธ์คือการสั่น (ดังนั้นการบิดเบือนจึงเป็นสัญญาณสั่นตามที่ระบุโดยพวกคุณหลายคน) และมันไม่ได้เป็นเอาท์พุท DC ที่มั่นคง ดังนั้นฉันจึงตัดการเชื่อมต่อ R13 จาก -15V และเชื่อมต่อกับ + 15V และเอาต์พุตก็เสถียร ดังนั้นสิ่งที่ผลักดัน opamp ในภูมิภาคที่ไม่เสถียรในระหว่างรอบครึ่งลบของคลื่นไซน์ (ฉันไม่รู้ว่าอะไร)

2. (การทดลอง 8) ดังนั้นฉันชดเชย opamp โดยใช้ snubber (ดังที่แสดงไว้ที่นี่ ) วงจรสุดท้ายดังแสดงด้านล่าง และ BRAVO !! แก้ไขปัญหา. ตอนนี้เอาต์พุตมีความเสถียร (โดยไม่มีการแกว่ง / การบิดเบือนที่ไม่ต้องการ)

ถึงแม้ว่าปัญหาจะได้รับการแก้ไข แต่คำถามก็จะกลายเป็น ..

1. ทำไม LM358 จึงมีความเสถียรที่ความเป็นเอกภาพสำหรับแรงดันไฟฟ้าบวกและไม่เป็นลบ?
2. สามารถหลีกเลี่ยงปัญหาประเภทนี้ได้เพียงแค่เลือก opamp ที่เหมาะสมหรือไม่ ถ้าใช่ฉันจะเลือก opamp ที่เหมาะสมได้อย่างไร
3. มีความเสถียรที่จะคิด (ทางคณิตศาสตร์) สำหรับในทุกวงจร opamp หรืออาจสังหรณ์ใจ (โดยไม่ต้องคำนวณ) ตัดสินใจว่าวงจรจะมีเสถียรภาพ? (อย่างไร)
4. U2B มีปัญหาด้านความเสถียรทำไม U1B หรือ U2A ถึงไม่มีปัญหาเดียวกัน (ฉันตรวจสอบผลลัพธ์ของ opamps เหล่านี้และพบว่ามันเสถียร / ไซน์บริสุทธิ์)

สุดท้ายนี้ฉันขอขอบคุณทุกคนและทุกคนที่ช่วยฉันแก้ไขปัญหานี้ ขอบคุณมาก!

คุณกำลังจมอยู่ในปัจจุบันมากเกินไป นี่คือส่วนของแผ่นข้อมูล TI LM358: สมมติว่าคุณมีการแกว่งประมาณ 10V คุณจะได้รับแหล่งที่มา / อ่างประมาณ 10mA

เราชอบที่จะคิดว่าพฤติกรรมของ opamp นั้นขึ้นอยู่กับกระแสไฟขาออก แต่มันก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป เมื่อแหล่งที่มาของคุณ / ซิงค์ปัจจุบันเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ opamp ลดลง ดังนั้น opamp ที่เสถียรที่ 1mA จึงไม่เสถียรที่ 10mA

ลองทำซ้ำการทดลองของคุณในสถานการณ์ที่ 6 แต่แทนที่ตัวต้านทาน 1k ด้วยตัวต้านทาน 10k แทน

ปัญหาพื้นฐานคือ U2B กำลังสั่น

โปรดทราบว่าคุณกำลังใช้งานด้วยความสามัคคี ดูเหมือนว่าแอมป์เหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อให้ได้มาซึ่งความเป็นเอกภาพที่มั่นคง แต่แน่นอนว่าจะมีระยะขอบที่น้อยกว่าที่ผลกำไรอื่น ๆ

ตอนนี้คุณควรมองไปรอบ ๆ และดูว่าทำไมแอมป์ตัวนี้สั่นเมื่อไม่ควร อาจเป็นเพราะการมีเพศสัมพันธ์ภายในแพ็คเกจ นั่นควรเป็นเงื่อนงำที่ทำให้คุณต้องตรวจสอบตัวพิมพ์ใหญ่ นั่นคือเมื่อคุณควรตบหัวตัวเองในขณะที่อุทาน"D'oh! ฉันลืมหมวกบายพาส!" .

เนื่องจากวงจรไม่มีอะไร จำกัด การเติบโตของแอมพลิจูดฉันคิดว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดกำลังบังคับให้หนึ่งในการทำงานของโอเปอเรเตอร์ใกล้กับรางรถไฟและระยะขอบเฟสลดลงในภูมิภาคที่ไม่เสถียร