Estoy tratando de construir un oscilador de onda sinusoidal usando opamp, pero obtengo una salida extraña. Necesita ayuda para obtener una salida de onda sinusoidal pura.
Esquema de circuito:
Descripción del circuito:
El circuito es similar al oscilador de desplazamiento de fase RC amortiguado de 3 etapas (inspirado a partir de aquí ). El amplificador operacional U2B se agrega para que la resistencia del amplificador U1A ( R1, R2 y R3 ) tenga valores en decenas de kiloohmios (no en cientos de Kohm). La salida del oscilador se observa en el pin 7 de U2B (OUT). Se conectan dos fuentes de alimentación independientes como se muestra en el esquema para obtener + 15V / 0V / -15V .
R3 se usa para variar la ganancia del amplificador. R4 y R5 se utilizan para variar la frecuencia del oscilador. La frecuencia de salida objetivo es de 400Hz.
Problema:
- 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 de U2B (salida) (Forma de onda inferior) está distorsionado. Esta distorsión es algún tipo de oscilaciones de tensión / ondulación. ¿Cuál es la causa de esto? & ¿Como me deshago de esto?
Hasta ahora he intentado:
- Mi primera suposición fue que hay un problema en la fuente de alimentación de -15V. Así que cambié las fuentes de alimentación, pero la distorsión aún permaneció en el ciclo negativo. (Espero que si hubiera un problema con la fuente de alimentación, la distorsión debería haber estado en el ciclo positivo después de intercambiar la fuente de alimentación)
- IC U2 modificado (amplificador operacional dual LM358). Sigue siendo exactamente la misma distorsión.
- IC U1 modificado (amplificador operacional dual LM358). Sigue siendo exactamente la misma distorsión.
- Se agregó IC U3 como se muestra a continuación.
La salida en el pin 1 U3A (salida) es una onda sinusoidal pura como la forma de onda superior (en 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 onda sinusoidal pura. - Utiliza IC U3B como se muestra a continuación.
Nuevamente, la salida en el pin 1 de U3A (Salida) se distorsiona. - Del esquema anterior eliminé U3B y solo agregué una carga de 1 Kohm en el pin 1 U3A (salida), nuevamente la salida está distorsionada pero esta vez la distorsión es menor.
La pregunta es un poco larga, pero quería proporcionar tantos detalles como sea posible. He estado crujiendo mi cabeza por esto durante dos días. Por favor ayuda. TIA
Editar:
- Como Bimpelrekkie sugirió en los comentarios, agregué un condensador de 100nF cerca de cada IC (doble amplificador) y también dos condensadores de 1uF entre + 15V / 0v y -15V / 0V. Esto no tuvo efecto en la distorsión. También agregué un condensador de 22pf en R2 y R3. Esto redujo la distorsión pero no la eliminó como se muestra a continuación:
Ciclo Positivo: sin distorsión
Ciclo Negetivo: Reducido pero aún existe - distorsión 
Pero esto no es algo que quiera hacer ya que afecta la frecuencia de la onda sinusoidal.
También algo que no mencioné antes, pensé que las resistencias variables (preestablecidas) podrían estar causando el problema, por lo que las acorté, pero no tuve éxito.
EDIT 2: (Problema resuelto)
Después de leer sus comentarios y respuestas probé lo siguiente:
(Experimento 7) Olin Lathrop's y analogsystemsrf's (como se menciona en la respuesta de analogsystemsrf, el problema era sobre la estabilidad / margen de fase pero la salida de U2B no estaba cerca de los rieles (+ 15V o -15V), es de 2V a 3V de pico a pico centrado en 0V) las respuestas me insinuaron que entendía la estabilidad y los márgenes ( tutoriales ). Así que probé el circuito como se indica a continuación:
la 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 me conecté a + 15V y la salida fue estable. Entonces, algo empujaba al opamp en una región inestable durante el medio ciclo negativo de la onda sinusoidal (no sé qué).(Experimento 8) Así que compensé el opamp usando un amortiguador (como se muestra aquí ). El circuito final es como se muestra a continuación.
Y BRAVO !! problema resuelto. Las salidas ahora son estables (sin oscilaciones / distorsiones no deseadas).
Ahora, aunque el problema está resuelto, la pregunta ahora se convierte en ...
- ¿Por qué el LM358 es estable con ganancias de unidad para voltajes positivos y no negativos?
- ¿Se podrían evitar este tipo de problemas simplemente eligiendo un amplificador operacional adecuado? En caso afirmativo, ¿cómo elijo un opamp adecuado?
- ¿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?)
- U2B tuvo un problema de estabilidad, ¿por qué U1B o U2A no tuvieron el mismo problema? (Verifiqué la salida de estos opamps y descubrí que eran seno estable / puro).
Por último, me gustaría agradecer a todos y cada uno de ustedes por ayudarme a resolver esto. ¡Muchas gracias!
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Respuestas:
Probablemente esté hundiendo demasiada corriente. Aquí hay una sección de la hoja de datos de TI LM358:
Suponiendo que tenga una oscilación de alrededor de 10 V, obtendrá una fuente / sumidero de alrededor de 10 mA.
Nos gusta pensar que el comportamiento opamp es independiente de la corriente de salida, pero este no es siempre el caso. Cuando su fuente / sumidero aumenta, el rendimiento de opamp se deteriora. Por lo tanto, un opamp 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.
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El problema básico es que U2B está oscilando.
Tenga en cuenta que lo está utilizando para ganar la unidad. Parece que estos amplificadores están destinados a ser una ganancia de unidad estable, pero por supuesto habrá menos margen allí que en otras ganancias.
Entonces, ahora debería mirar a su alrededor y ver por qué este amplificador oscila cuando no debería serlo. Esto probablemente se deba al acoplamiento dentro del paquete. Esa debería ser una pista fuerte que haga que verifique las tapas de derivación. Ahí es cuando deberías haberte dado una palmada en la cabeza mientras exclamabas " Oh! ¡Olvidé las tapas de derivación!" .
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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 carril y el margen de fase cae en una región inestable.
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