salida extraña de los osciladores del amplificador operacional

Estoy tratando de construir un oscilador de onda sinusoidal usando opamp, pero obtengo un resultado extraño. Necesito ayuda para obtener una salida de onda sinusoidal pura.

Esquema del circuito: ingrese la descripción de la imagen aquí

Descripción del circuito:

El circuito es similar al oscilador de cambio de fase RC con búfer regular de 3 etapas (inspirado en aquí ). Se agrega el amplificador operacional U2B para que la resistencia del amplificador U1A ( R1, R2 y R3 ) tenga valores en decenas de kiloohmios (no en centenas de Kohm). La salida del oscilador se observa en el pin 7 de U2B (OUT). Dos fuentes de alimentación independientes están conectadas como se muestra en el esquema para obtener +15V/0V/-15V .

R3 se utiliza para variar la ganancia del amplificador. R4 y R5 se utilizan para variar la frecuencia del oscilador. La frecuencia de salida objetivo es de 400 Hz.

Problema: ingrese la descripción de la imagen aquí

  • Forma de onda superior: IC U2B pin 5 (entrada no inversora) wrt GND
  • Forma de onda inferior: IC U2B pin 7 (Salida) wrt GND

El ciclo negativo de la onda sinusoidal en el pin 7 (salida) de U2B (forma de onda inferior) está distorsionado. Esta distorsión es una especie de ondulación/oscilaciones de voltaje. ¿Cuál es la causa de esto? & ¿Como me deshago de esto?

Hasta ahora he probado:

  1. Mi primera suposición fue que hay un problema en la fuente de alimentación de -15V. Así que intercambié las fuentes de alimentación, pero la distorsión aún permanecía en el ciclo negativo. (Supongo que si hubo un problema con la fuente de alimentación, la distorsión debería haber estado en el ciclo positivo después de intercambiar la fuente de alimentación)
  2. IC U2 cambiado (amplificador operacional doble LM358). Sigue siendo exactamente la misma distorsión.
  3. IC U1 cambiado (amplificador operacional doble LM358). Sigue siendo exactamente la misma distorsión.
  4. Se agregó IC U3 como se muestra a continuación. ingrese la descripción de la imagen aquíLa salida en el pin 1 de U3A (salida) es una onda sinusoidal pura como la forma de onda superior (en el osciloscopio). Así que eliminé la conexión del amplificador (R1) de U2B y la conecté a U3A. Luego, la salida de U3A también se distorsionó como la forma de onda inferior (en el osciloscopio) y la forma de onda de U2B se convirtió en una onda sinusoidal pura.
  5. Usó IC U3B como se muestra a continuación. ingrese la descripción de la imagen aquíNuevamente, la salida en el pin 1 de U3A (salida) se distorsiona.
  6. Del esquema anterior, eliminé U3B y solo agregué una carga de 1 Kohm en el pin 1 (salida) de U3A, nuevamente la salida está distorsionada, pero esta vez la distorsión es menor.

La pregunta es un poco larga, pero quería proporcionar la mayor cantidad de detalles posible. Me he estado rompiendo la cabeza con esto durante dos días. Por favor ayuda. TIA.

Editar:

  1. Como sugirió Bimpelrekkie en los comentarios, agregué un capacitor de 100nF cerca de cada IC (doble opamp) y también dos capacitores de 1uF entre +15V / 0v y -15V / 0V. Esto no tuvo ningún efecto sobre la distorsión. También agregué un capacitor de 22pf en R2 y R3. Esto redujo la distorsión pero no la eliminó como se muestra a continuación:

Ciclo positivo: sin distorsióningrese la descripción de la imagen aquí

Ciclo Negativo: Reducido pero aún existe - distorsión ingrese la descripción de la imagen aquíPero esto no es algo que quiero hacer ya que afecta la frecuencia de la onda sinusoidal.

También algo que no mencioné anteriormente, pensé que las resistencias variables (preestablecidas) podrían estar causando el problema, así que las acorté, pero sin éxito.

EDICIÓN 2: (Problema resuelto)

Después de leer sus comentarios y respuestas, probé lo siguiente:

  1. (Experimento 7) Olin Lathrop y analogsystemsrf (como se menciona en la respuesta de analogsystemsrf, el problema era sobre el margen de estabilidad/fase, pero la salida de U2B no estaba cerca de los rieles (+ 15 V o -15 V), es de 2 V a 3 V pico a pico centrado en 0V) las respuestas me insinuaron que comprendiera la estabilidad y los márgenes ( tutoriales ). Así que probé el circuito como se indica a continuación: ingrese la descripción de la imagen aquíla salida oscilaba (por lo que la distorsión eran oscilaciones como lo indicaron muchos de ustedes) y no era una salida de CC estable. Entonces desconecté R13 de -15V y lo conecté a +15V y la salida fue estable. Entonces, algo estaba empujando el amplificador operacional en una región inestable durante el medio ciclo negativo de la onda sinusoidal (no sé qué).

  2. (Experimento 8) Así que compensé el opamp usando un amortiguador (como se muestra aquí ). El circuito final es como se muestra a continuación. ingrese la descripción de la imagen aquíY BRAVO!! problema resuelto. Las salidas ahora son estables (sin oscilaciones/distorsiones no deseadas).

Ahora, aunque el problema está resuelto, la pregunta ahora es...

  1. ¿Por qué LM358 es estable en ganancias unitarias para voltajes positivos y no negativos?
  2. ¿Podrían evitarse este tipo de problemas simplemente eligiendo un amplificador operacional adecuado? En caso afirmativo, ¿cómo elijo un opamp adecuado?
  3. ¿Se debe tener en cuenta la estabilidad (matemáticamente) en todos los circuitos opamp, o podría intuitivamente (sin cálculos) decidir que un circuito será estable? (¿Cómo?)
  4. U2B tuvo un problema de estabilidad, ¿por qué U1B o U2A no tuvieron el mismo problema? (Revisé la salida de estos amplificadores operacionales y descubrí que eran estables/sinusoidales puras).

Por último, me gustaría agradecer a todos y cada uno de ustedes por ayudarme a resolver esto. ¡Muchos gracias!

No veo ningún condensador de desacoplamiento de la fuente de alimentación en sus esquemas. Recomendaría agregar un capacitor de 100 nF y/o 1uF en los pines de suministro de cada opamp.
¡No creo que tu pregunta sea demasiado larga! Estoy agradecido por todos los detalles que das; mucho mejor que dar muy pocos antecedentes. ¡Tenga mi voto positivo!
Excelente presentación de preguntas, como dijo @MarcusMuller. votando a favor
Además: al menos intentaste resolverlo tú mismo. No querrás saber cuántos carteles de la primera vez vienen aquí solo quejándose de que no funciona . También dedujiste que es la interacción entre U2A y U1A. +1 por usar un enfoque sistemático para encontrar el problema.
Dado que el problema parece ser la interacción entre U2A y U1A, le sugiero que intente agregar un condensador pequeño (1 nF, por ejemplo) alrededor de U1A. Por ejemplo en paralelo con R2+R3. Si eso ayuda pero la onda sinusoidal se ve afectada, pruebe con un límite de valor más pequeño. como 100 pF.
¿Su circuito está construido en una PCB o todavía está en la etapa de protoboarding?
El circuito está ensamblado en un PCB Zero.
@Lorenzo Donati Justo en. Suena como un problema de vestido de plomo. Esta es una de esas ocasiones en las que una imagen de la protoboard ayudaría. Agregar capacitores de derivación debe ser un primer paso, pero deben agregarse de la manera correcta, con cables muy cortos.
¡Creo que estoy de acuerdo con stretch! Aunque ha hecho un gran trabajo al presentar su pregunta e investigar el problema, no pudimos resolver el problema basándonos en los esquemas. Entonces, ahora es probablemente el momento óptimo para agregar fotos de su circuito
¿Está conectando el osciloscopio con una sonda X1 (directamente a un 'canal de alcance)? Pruebe con una sonda atenuadora X10. La carga capacitiva del cable al alcance podría desestabilizar un amplificador operacional.
En la primera instancia. La entrada de U3A está limpia, la salida está sucia. Así que todo esto debería tratarse de U3A. No puedo esperar a escuchar la respuesta a la pregunta de @glen_geek.
Sobre el comentario de estiramiento, la primera vez que conecté las tapas, la longitud del camino desde la tapa hasta el circuito integrado fue de alrededor de 10-15 mm (cada cable), así que los soldé justo encima del circuito integrado (no creo que podría haber acortado el plomo más que esto), pero aún así no ayudó.
Sobre el comentario de glen_geek, mi (antiguo no tan bueno) osciloscopio tiene un botón de atenuación X5, probé eso no ayudó, pero te refieres a la sonda y no tengo ninguna sonda X10 (mala suerte). Sin embargo, resolví el problema y se trataba de la carga capacitiva en la salida de U2B. Escribiré sobre ello en la Pregunta.

Respuestas (3)

Probablemente estés hundiendo demasiada corriente. Aquí hay una sección de la hoja de datos de TI LM358: LM358suponiendo que tiene una oscilación de alrededor de 10 V, obtendrá una fuente/sumidero de alrededor de 10 mA.

Nos gusta pensar que el comportamiento del amplificador operacional es independiente de la corriente de salida, pero no siempre es así. Cuando la corriente de su fuente/sumidero aumenta, el rendimiento del opamp se deteriora. Entonces, un amplificador operacional estable a 1 mA puede volverse inestable a 10 mA.

Intente repetir su experimento del escenario 6, pero reemplace la resistencia de 1k con una resistencia de 10k.

Hice lo que me pediste... probé el experimento 6 con una resistencia de 10k, las distorsiones se redujeron pero no desaparecieron por completo.
@TanmayPatil, ¿las distorsiones están presentes a lo largo de todo el ciclo negativo de la onda sinusoidal o están localizadas alrededor del canal? ¿Qué pasa con una resistencia de 100k?

El problema básico es que U2B está oscilando.

Tenga en cuenta que lo está utilizando con ganancia unitaria. Parece que estos amplificadores están destinados a ser estables en ganancia unitaria, pero, por supuesto, habrá menos margen allí que en otras ganancias.

Así que ahora deberías mirar a tu alrededor y ver por qué este amplificador está oscilando cuando no debería. Esto probablemente se deba al acoplamiento dentro del paquete. Esa debería ser una pista sólida que le haga revisar las tapas de derivación. Ahí es cuando deberías haberte dado una palmada en la cabeza mientras exclamabas "¡D'oh! ¡Olvidé las tapas de derivación!" .

Señor, al principio el circuito no tenía tapas de derivación (que debería haber agregado), después de encontrar el problema, me aseguré de verificar la forma de onda en los pines de suministro +ve y -ve (que eran estables). Después de que Bimpelrekkie comentó sobre las mayúsculas, las agregué pero no fueron útiles (como se menciona en la sección de edición de la pregunta). (Supongo que Bypass Caps te refieres a los límites entre +15V / 0V / -15V).
@Tan: su esquema aún no muestra ningún límite de derivación.

Dado que el circuito no tiene nada que restrinja el crecimiento de la amplitud, creo que los voltajes máximos están obligando a uno de los amplificadores operacionales a operar cerca del riel y el margen de fase cae en una región inestable.

salida extraña de los osciladores del amplificador operacional
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v