op-amp osilator keluaran aneh

14

Saya mencoba untuk membangun osilator gelombang sinus menggunakan opamp, tetapi saya mendapatkan output aneh. Butuh bantuan untuk mendapatkan output gelombang sinus murni.

Skema sirkuit: masukkan deskripsi gambar di sini

Deskripsi Sirkuit:

Rangkaian ini mirip dengan osilator pergeseran fase RC 3 tahap buffered reguler (terinspirasi dari sini ). Op-amp U2B ditambahkan sehingga resistor penguat U1A ( R1, R2 & R3 ) memiliki nilai dalam sepuluh kilo-ohm (bukan 100 di Kohm). Output Osilator diamati pada pin U2B 7 (OUT). Dua catu daya independen terhubung seperti yang ditunjukkan dalam skema untuk mendapatkan + 15V / 0V / -15V .

R3 digunakan untuk memvariasikan penguatan amplifier. R4 & R5 digunakan untuk memvariasikan frekuensi osilator. Frekuensi Output Target adalah 400Hz.

Masalah: masukkan deskripsi gambar di sini

  • Top Waveform: IC U2B pin 5 (Input Non-pembalik) wrt GND
  • Gelombang Bawah: IC U2B pin 7 (Output) wrt GND

Siklus negatif dari gelombang sinus pada pin U2B 7 (output) (Gelombang Bawah) terdistorsi. Distorsi ini adalah semacam osilasi riak / tegangan. Apa yang menyebabkan ini? & Bagaimana saya menyingkirkannya?

Sejauh ini saya sudah mencoba:

  1. Tebakan pertama saya adalah ada masalah pada catu daya -15V. Jadi saya menukar pasokan listrik, tetapi distorsi masih tetap dalam siklus negatif. (Saya berharap jika ada masalah dengan catu daya distorsi seharusnya dalam siklus positif setelah menukar catu daya)
  2. Mengubah IC U2 (LM358 Dual op-amp). Masih distorsi yang sama persis.
  3. Mengubah IC U1 (LM358 Dual op-amp). Masih distorsi yang sama persis.
  4. Menambahkan IC U3 seperti yang ditunjukkan di bawah ini. masukkan deskripsi gambar di siniOutput pada U3A pin 1 (Output) adalah gelombang sinus murni seperti Top Waveform (dalam osiloskop). Jadi saya menghapus koneksi amplifier (R1) dari U2B dan menghubungkannya ke U3A. Kemudian output U3A juga terdistorsi seperti Bottom Waveform (dalam osiloskop) dan gelombang U2B menjadi gelombang sinus murni.
  5. Digunakan IC U3B seperti yang ditunjukkan di bawah ini. masukkan deskripsi gambar di siniSekali lagi output pada pin U3A 1 (Output) terdistorsi.
  6. Dari skema di atas saya menghapus U3B dan hanya menambahkan beban 1 Kohm pada pin 1 U3A (output), sekali lagi outputnya terdistorsi tetapi kali ini distorsi lebih rendah.

Pertanyaannya agak panjang, tetapi saya ingin memberikan rincian sebanyak mungkin. Saya telah memecahkan kepala saya selama dua hari ini. Tolong bantu. TIA.

Edit:

  1. Seperti yang disarankan Bimpelrekkie dalam komentar saya menambahkan satu kapasitor 100nF di dekat masing-masing IC (dual-opamp) dan juga dua kapasitor 1uF antara + 15V / 0v dan -15V / 0V. Ini tidak berpengaruh pada distorsi. Saya juga menambahkan kapasitor 22pf pada R2 & R3. Ini mengurangi distorsi tetapi tidak menghilangkannya seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Siklus Positif: Tidak ada distorsimasukkan deskripsi gambar di sini

Siklus Negatif: Mengurangi tetapi masih ada - distorsi masukkan deskripsi gambar di sini Tapi ini bukan sesuatu yang ingin saya lakukan karena mempengaruhi frekuensi gelombang sinus.

Juga sesuatu yang tidak saya sebutkan sebelumnya, saya pikir variabel resistor (preset) mungkin menyebabkan masalah, jadi korslet mereka, tetapi tidak berhasil.

EDIT 2: (Masalah Diselesaikan)

Setelah membaca komentar dan jawaban Anda, saya mencoba yang berikut:

  1. (Eksperimen 7) Olin Lathrop's & analogsystemsrf (seperti yang disebutkan dalam analogsystemsrf jawaban masalahnya adalah tentang stabilitas / fase margin tetapi output U2B tidak dekat dengan rel (+ 15V atau -15V), itu adalah puncak 2V ke 3V puncak ke puncak berpusat di 0V) jawaban mengisyaratkan saya untuk memahami stabilitas dan margin ( tutorial ). Jadi saya mencoba rangkaian seperti yang diberikan di bawah ini: masukkan deskripsi gambar di sini Outputnya berosilasi (jadi distorsi adalah osilasi seperti yang ditunjukkan oleh banyak dari kalian) dan itu bukan output DC yang stabil. Jadi saya memutus R13 dari -15V dan terhubung ke + 15V dan hasilnya stabil. Jadi ada sesuatu yang mendorong opamp di wilayah tidak stabil selama setengah siklus negatif dari gelombang sinus (saya tidak tahu apa).

  2. (Eksperimen 8) Jadi saya mengkompensasi opamp menggunakan snubber (seperti yang ditunjukkan di sini ). Sirkuit terakhir adalah seperti yang ditunjukkan di bawah ini. masukkan deskripsi gambar di sini Dan BRAVO !! masalah terpecahkan. Outputnya sekarang stabil (tanpa osilasi / distorsi yang tidak diinginkan).

Sekarang, Meskipun masalah terpecahkan, pertanyaannya sekarang menjadi ..

  1. Mengapa LM358 stabil pada gain yang sama untuk voltase positif dan tidak negatif?
  2. Mungkinkah masalah seperti ini dihindari hanya dengan memilih opamp yang tepat? Jika ya, bagaimana cara memilih opamp yang tepat?
  3. Apakah stabilitas diperhitungkan (secara matematis) untuk semua sirkuit opamp, atau dapatkah secara intuitif (tanpa perhitungan) memutuskan bahwa suatu sirkuit akan stabil? (Bagaimana?)
  4. U2B memiliki masalah stabilitas, mengapa U1B atau U2A tidak memiliki masalah yang sama? (Saya memeriksa output dari opamps ini dan menemukannya stabil / murni sinus.)

Terakhir saya ingin mengucapkan terima kasih kepada Anda semua karena telah membantu saya menyelesaikan ini. Terima kasih banyak!

operational-amplifier oscillator distortion Tanmay Patil
sumber
1
Saya tidak melihat kapasitor decoupling catu daya dalam skema Anda. Saya akan merekomendasikan menambahkan 100 nF dan / atau kapasitor 1uF di pin pasokan setiap opamp.
Bimpelrekkie
6
Saya pikir pertanyaan Anda tidak terlalu panjang! Saya berterima kasih atas semua detail yang Anda berikan; jauh lebih baik daripada memberi terlalu sedikit latar belakang. Dapatkan upvote saya!
Marcus Müller
3
Presentasi pertanyaan luar biasa, seperti yang dikatakan @MarcusMuller. Upvoting.
TonyM
4
Juga: setidaknya Anda mencoba menyelesaikannya sendiri. Anda tidak ingin tahu berapa banyak poster pertama kali datang ke sini hanya mengeluh bahwa itu tidak berhasil . Anda juga menyimpulkan bahwa itu adalah interaksi antara U2A dan U1A. +1 untuk menggunakan pendekatan sistematis dalam menemukan masalah.
Bimpelrekkie
1
Apakah sirkuit Anda dibangun pada PCB atau apakah Anda masih pada tahap breadboarding?
Lorenzo Donati mendukung Monica

Jawaban:

1

Anda mungkin tenggelam terlalu banyak saat ini. Berikut adalah bagian dari datasheet TI LM358: LM358 Dengan asumsi Anda memiliki ayunan sekitar 10V Anda akan mendapatkan sumber / wastafel sekitar 10mA.

Kami suka berpikir bahwa perilaku opamp tidak tergantung pada arus keluaran, tetapi ini tidak selalu terjadi. Ketika arus sumber / sink Anda meningkat, kinerja opamp memburuk. Jadi opamp stabil pada 1mA bisa menjadi tidak stabil pada 10mA.

Cobalah untuk mengulang percobaan skenario 6 Anda tetapi ganti resistor 1k dengan 10k sebagai gantinya.

pengguna110971
sumber
Saya melakukan apa yang Anda minta ... mencoba percobaan 6 dengan resistor 10k, distorsi berkurang tetapi tidak sepenuhnya hilang.
Tanmay Patil
@TanmayPatil adalah distorsi yang ada di seluruh siklus negatif dari gelombang sinus atau dilokalisasi di sekitar palung? Bagaimana dengan resistor 100k?
user110971
0

Masalah dasarnya adalah bahwa U2B berosilasi.

Perhatikan bahwa Anda menggunakannya dengan keuntungan satu. Tampaknya amp ini dimaksudkan untuk mendapatkan gain yang stabil, tetapi tentu saja akan ada lebih sedikit margin di sana daripada keuntungan lainnya.

Jadi sekarang Anda harus melihat-lihat dan melihat mengapa amp yang satu ini berosilasi padahal seharusnya tidak. Ini mungkin karena kopling dalam paket. Itu harus menjadi petunjuk kuat yang menyebabkan Anda memeriksa topi pintas. Saat itulah Anda seharusnya menampar kepala sambil berseru, "Oh! Aku lupa topi pintasnya!" .

Olin Lathrop
sumber
7
Pak, pada awalnya rangkaian tidak memiliki tutup bypass (yang seharusnya saya tambahkan), setelah saya menemui masalah, saya memastikan untuk memeriksa bentuk gelombang di + ve & -ve pin pasokan (yang stabil). Setelah Bimpelrekkie berkomentar tentang topi, saya menambahkan mereka tetapi mereka tidak berguna (seperti yang disebutkan di bagian edit pertanyaan). (Saya berasumsi dengan Bypass Caps yang Anda maksud adalah caps antara + 15V / 0V / -15V.)
Tanmay Patil
@ Tan: Skematis Anda masih tidak menampilkan tutup pintasan.
Olin Lathrop
0

Mengingat sirkuit tidak memiliki apa pun untuk membatasi pertumbuhan amplitudo, saya pikir tegangan puncak memaksa salah satu opamps ke operasi dekat-rel-kereta dan fasa turun ke daerah yang tidak stabil.

analogsystemsrf
sumber