연산 증폭기 발진기 이상한 출력

opamp를 사용하여 사인파 발진기를 만들려고하는데 이상한 출력이 나타납니다. 순수한 사인파 출력을 얻는 데 도움이 필요합니다.

회로도 :

회로 설명 :

이 회로는 일반 3 단계 버퍼 RC 위상 편이 발진기와 유사합니다 ( 여기 에서 영감을 얻음 ). 연산 증폭기 U2B 가 추가되어 U1A 증폭기 저항 ( R1, R2 및 R3 )은 10의 킬로 옴 (100의 Kohm이 아님) 값을 갖습니다. 발진기 출력은 U2B 핀 7 (OUT) 에서 관찰됩니다 . + 15V / 0V / -15V 를 얻기 위해 회로도와 같이 두 개의 독립적 인 전원 공급 장치가 연결됩니다 .

R3 은 증폭기 게인을 변화시키는 데 사용됩니다. R4 및 R5 는 오실레이터 주파수를 변경하는 데 사용됩니다. 목표 출력 주파수는 400Hz입니다.

문제:

• 상단 파형 : IC U2B 핀 5 (비 반전 입력) wrt GND
• 하단 파형 : IC U2B 핀 7 (출력) wrt GND

U2B 핀 7 (출력) (하단 파형)에서 사인파의 음의주기가 왜곡됩니다. 이 왜곡은 일종의 리플 / 전압 발진입니다. 이것의 원인은 무엇입니까? & 어떻게 제거합니까?

지금까지 나는 시도했다 :

1. 내 첫 번째 추측은 -15V 전원 공급 장치에 문제가 있다는 것입니다. 그래서 나는 전원 공급 장치를 교환했지만 왜곡은 여전히 ​​음의 사이클로 남아 있습니다. (전원 공급 장치에 문제가있는 경우 전원 공급 장치를 교환 한 후 왜곡이 양의 사이클에 있었을 것으로 예상합니다)
2. IC U2 (LM358 듀얼 연산 증폭기)를 변경했습니다. 여전히 똑같은 왜곡.
3. IC U1 변경 (LM358 Dual op-amp). 여전히 똑같은 왜곡.
4. 아래와 같이 IC U3을 추가했습니다. U3A 핀 1의 출력 (출력)은 Top Waveform (오실로스코프)과 같은 순수한 사인파입니다. 그래서 U2B에서 앰프 연결 (R1)을 제거하고 U3A에 연결했습니다. 그런 다음 U3A의 출력도 Bottom Waveform (오실로스코프)처럼 왜곡되고 U2B의 파형은 순수한 사인파가되었습니다.
5. 아래 그림과 같이 IC U3B를 사용했습니다. 다시 U3A 핀 1의 출력 (출력)이 왜곡됩니다.
6. 위 회로도에서 U3B를 제거하고 U3A 핀 1 (출력)에 1 Kohm 부하 만 추가하면 출력이 왜곡되지만 이번에는 왜곡이 줄어 듭니다.

질문은 약간 길지만 가능한 한 많은 세부 정보를 제공하고 싶었습니다. 나는 이틀 동안 내 머리를 부수고있다. 도와주세요. 티아.

편집하다:

1. Bimpelrekkie가 의견에서 제안했듯이 각 IC (이중 opamp) 근처에 100nF 커패시터 1 개와 + 15V / 0v와 -15V / 0V 사이에 2 개의 1uF 커패시터를 추가했습니다. 이것은 왜곡에 영향을 미치지 않았습니다. 또한 R2 및 R3에 22pf 커패시터를 추가했습니다. 이렇게하면 왜곡이 줄어들었지만 다음과 같이 제거 할 수 없었습니다.

포지티브 사이클 : 왜곡 없음

Negetive Cycle : 감소되었지만 여전히 존재합니다-왜곡 그러나 이것은 사인파 주파수에 영향을 미치기 때문에 내가하고 싶은 것이 아닙니다.

또한 내가 이전에 언급하지 않은 것, 가변 저항 (사전 설정)이 문제를 일으킬 수 있다고 생각했기 때문에 단락 시키지만 성공하지 못했습니다.

편집 2 : (문제 해결)

귀하의 의견과 답변을 읽은 후 다음을 시도했습니다.

1. (실험 7) Olin Lathrop & analogsystemsrf 's (analogsystemsrf의 답변에서 언급했듯이 문제는 안정성 / 위상 마진에 관한 것이지만 U2B의 출력은 레일 (+ 15V 또는 -15V)에 가깝지 않았으며 피크 대 피크를 중심으로 2V ~ 3V입니다 0V) 답변은 안정성과 마진을 이해하라는 힌트를 얻었습니다 ( 자습서 ). 그래서 나는 아래 주어진 회로를 시도했다 . 그래서 나는 -15V에서 R13을 분리하고 + 15V에 연결했으며 출력은 안정적이었습니다. 그래서 사인파의 음의 반주기 동안 불안정한 지역에서 opamp를 밀고있는 것이 있습니다 (무엇을 모르겠습니다).

2. (실험 8) 따라서 스 너버를 사용하여 opamp를 보정했습니다 ( 여기 참조 ). 최종 회로는 다음과 같습니다. 그리고 브라보 !! 문제 해결됨. 출력은 이제 안정적입니다 (원치 않는 진동 / 왜곡 없음).

이제 문제가 해결되었지만 이제는 질문이됩니다.

1. LM358이 양의 전압에 대해 단일 이득에서 안정적이며 왜 음이 아닌가?
2. 적절한 opamp를 선택하여 이러한 유형의 문제를 피할 수 있습니까? 그렇다면 올바른 opamp를 어떻게 선택합니까?
3. 모든 연산 증폭기 회로에서 (수학적으로) 안정성이 고려되어야합니까, 아니면 계산없이 직관적으로 회로가 안정적이라고 결정할 수 있습니까? (어떻게?)
4. U2B에 안정성 문제가 있는데 왜 U1B 또는 U2A에 동일한 문제가 없었습니까? (이 opamp의 출력을 확인하여 안정적이고 순수한 사인임을 발견했습니다.)

마지막으로이 문제를 해결하는 데 도움을 주신 모든 분들께 감사드립니다. 대단히 감사합니다!

전류가 너무 많이 가라 앉고 있습니다. TI LM358 데이터 시트의 섹션은 다음과 같습니다. 약 10V의 스윙을 가정하면 약 10mA의 소스 / 싱크를 얻게됩니다.

우리는 opamp 동작이 출력 전류와 독립적이라고 생각하지만 항상 그런 것은 아닙니다. 소스 / 싱크 전류가 증가하면 opamp 성능이 저하됩니다. 따라서 1mA의 안정적인 opamp는 10mA에서 불안정해질 수 있습니다.

시나리오 6 실험을 반복하되 대신 1k 저항기를 10k 저항기로 교체하십시오.

기본적인 문제는 U2B가 진동하고 있다는 것입니다.

단일 게인으로 사용하고 있습니다. 이 앰프는 단일 게인 안정을위한 것으로 보이지만 다른 게인보다 마진이 적습니다.

이제 주위를 둘러보고이 앰프가 왜 안될 때 진동하는지 확인해야합니다. 패키지 내의 커플 링 때문일 수 있습니다. 바이 패스 캡을 확인하는 강력한 단서가되어야합니다. 영탄하는 동안 머리에 자신을 때렸다해야 때이다 "오 D'! 내가 바이 패스 캡을 잊었다!" .

회로가 진폭 성장을 제한 할 것이 없기 때문에, 피크 전압이 opamp 중 하나를 레일-레일-레일 동작으로 강제하고 위상 마진이 불안정한 영역으로 떨어질 것이라고 생각합니다.