运算放大器振荡器输出奇怪


14

我正在尝试使用运算放大器构建一个正弦波振荡器,但输出却很奇怪。需要帮助获得纯正弦波输出。

电路原理图: 在此处输入图片说明

电路说明:

该电路类似于常规的3级缓冲RC相移振荡器(从此处启发)。运算放大器 U2B,以使U1A放大器电阻(R1,R2和R3)的电阻值以千欧为单位(而不是Kohm为100)。在U2B引脚7(OUT)处观察到振荡器输出。如图所示,两个独立的电源连接得到+ 15V / 0V / -15V

R3用于改变放大器增益。R4和R5用于改变振荡器频率。目标输出频率为400Hz。

问题: 在此处输入图片说明

  • 顶部波形:IC U2B引脚5(同相输入),带GND
  • 底部波形:IC U2B引脚7(输出)wrt GND

U2B引脚7(输出)(底波形)处的正弦波的负周期失真。这种失真是某种形式的纹波/电压振荡。是什么原因造成的?&我如何摆脱它?

到目前为止,我已经尝试过:

  1. 我的第一个猜测是-15V电源存在问题。因此,我更换了电源,但失真仍然保持在负周期内。(我希望如果电源出现问题,则在更换电源后失真应该在正周期内)
  2. 更改了IC U2(LM358双运算放大器)。还是完全一样的失真。
  3. 更改了IC U1(LM358双运算放大器)。还是完全一样的失真。
  4. 如下所示添加了IC U3。在此处输入图片说明U3A引脚1(输出)上的输出是纯正弦波,如Top Waveform(在示波器中)。因此,我从U2B上删除了放大器连接(R1)并将其连接到U3A。然后,U3A的输出也像底部波形(在示波器中)一样失真,并且U2B的波形变成纯正弦波。
  5. 如下所示使用了IC U3B。在此处输入图片说明再次,U3A引脚1的输出(输出)失真。
  6. 从上面的示意图中,我删除了U3B,仅在U3A引脚1(输出)处增加了1 Kohm负载,再次使输出失真,但这一次失真较低。

问题有点长,但是我想提供尽可能多的细节。我已经为此努力了两天。请帮忙。TIA。

编辑:

  1. 正如Bimpelrekkie在评论中所建议的那样,我在每个IC(双运放)附近添加了一个100nF电容器,还在+ 15V / 0v和-15V / 0V之间添加了两个1uF电容器。这对失真没有影响。我还在R2和R3两端添加了22pf电容器。如下所示,这减少了失真,但并未消除它:

正周期:无失真在此处输入图片说明

消极周期:减少但仍然存在-失真在此处输入图片说明 但这不是我要执行的操作,因为它会影响正弦波频率。

还有我之前没有提到的东西,我以为可变电阻器(预设)可能会引起问题,所以将它们短路,但没有成功。

编辑2 :(已解决问题)

阅读您的评论和答案后,我尝试了以下操作:

  1. (实验7)奥林·拉斯罗普(Olin Lathrop)和模拟系统(Analogsystemsrf)的回答(问题在于稳定性/相位裕度,但U2B的输出不接近电源轨(+ 15V或-15V),它是2V至3V的峰峰值集中于峰值0V)的答案提示我要了解稳定性和边距(教程)。因此,我尝试了如下所示的电路:在此处输入图片说明 输出在振荡(因此失真是许多人所表示的振荡),并且它不是稳定的DC输出。因此,我将R13从-15V断开,并连接到+ 15V,输出稳定。因此,在正弦波的负半周期内,某些因素将运算放大器推向不稳定的区域(我不知道是什么)。

  2. (实验8)因此,我补偿使用缓冲器(如图所示运算放大器这里)。最终电路如下所示。在此处输入图片说明 还有BRAVO!问题解决了。现在,输出稳定(没有不必要的振荡/失真)。

现在,即使问题解决了,问题也变成了..

  1. 为什么LM358在单位增益下对于正电压稳定而不是负电压?
  2. 是否可以通过选择合适的运算放大器来避免这类问题?如果是,我如何选择合适的运算放大器?
  3. 是要在所有运算放大器电路中(数学上)考虑稳定性,还是可以直观地(无需计算)确定电路将是稳定的?(怎么样?)
  4. U2B存在稳定性问题,为什么U1B或U2A没有相同的问题?(我检查了这些运算放大器的输出,发现它们是稳定/纯正弦的。)

最后,我要感谢你们每个人帮助我解决了这个问题。非常感谢你!


1
我在原理图中没有看到任何电源去耦电容器。我建议在每个运算放大器的电源引脚之间添加一个100 nF和/或一个1uF电容器。
Bimpelrekkie

6
我认为您的问题不会太长!我感谢您提供的所有细节;比给背景太少要好得多。有我的支持!
MarcusMüller18年

3
就像@MarcusMuller所说的那样,是很好的问题陈述。正在投票。
TonyM

4
另外:至少您尝试自己解决问题。您不想抱怨多少第一次来这里的海报,只是抱怨说这没用。您还推断出这是U2A和U1A之间的相互作用。+1用于使用系统的方法来发现问题。
Bimpelrekkie

1
您的电路是建立在PCB上还是仍处于试验阶段?
Lorenzo Donati支持Monica 18'3

Answers:


1

您可能正在吸收太多电流。这是TI LM358数据表的一部分: LM358 假设您的摆幅约为10V,您将获得约10mA的源极/漏极。

我们喜欢认为运算放大器的行为与输出电流无关,但是并非总是如此。当您的源极/灌电流增大时,运算放大器的性能就会下降。因此,在1mA时稳定的运放在10mA时可能变得不稳定。

尝试重复您的方案6的实验,但是用10k电阻代替1k电阻。


我按照您的要求做了...尝试了10k电阻的实验6,失真减少了,但并没有完全消失。
Tanmay Patil

@TanmayPatil是在整个正弦波的整个负周期中都存在失真,还是仅在波谷附近定位?用100k电阻怎么样?
user110971 '18

0

基本问题是U2B振荡。

请注意,您正在以统一增益使用它。看来这些放大器旨在保持单位增益稳定,但与其他增益相比,那里的利润当然会更少。

因此,现在您应该环顾四周,看看为什么这个放大器在不应该振荡时会振荡。这可能是由于封装内的耦合。这应该是导致您检查旁路盖的有力线索。那是当您应该大喊“ D'哦!我忘记了旁路盖!”的时候打了自己的头


7
先生,在开始时,电路没有旁路电容(我应该添加旁路电容),遇到问题后,我确保检查+ ve和-ve电源引脚上的波形(稳定)。在Bimpelrekkie评论了上限之后,我确实添加了上限,但它们没有用(如问题的编辑部分所述)。(我假设“旁路电容”是指+ 15V / 0V / -15V之间的电容。)
Tanmay Patil,

@Tan:您的原理图仍然没有显示任何旁路帽。
奥林·拉斯特罗普

0

鉴于电路没有任何约束幅度增长的条件,我认为峰值电压正迫使运算放大器之一进入近轨工作,并且相位裕量下降至不稳定区域。

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.