осцилляторы ОУ странный выход

Я пытаюсь построить синусоидальный генератор с использованием операционного усилителя, но получаю странные результаты. Нужна помощь в получении чистого синусоидального сигнала.

Схема цепи:

Описание схемы:

Схема похожа на обычный трехступенчатый буферизированный RC-генератор с фазовым сдвигом (вдохновленный здесь ). Операционный усилитель U2B добавлен таким образом, чтобы резистор усилителя U1A ( R1, R2 и R3 ) имел значения в десятки килоом (не 100 кОм). Выход генератора наблюдается на выводе 7 U2B (OUT). Два независимых источника питания подключены, как показано на схеме, чтобы получить + 15В / 0В / -15В .

R3 используется для изменения усиления усилителя. R4 и R5 используются для изменения частоты генератора. Целевая выходная частота составляет 400 Гц.

Проблема:

• Верхняя форма волны: вывод U2B IC 5 (неинвертирующий вход) с заземлением
• Форма сигнала снизу: контакт U2B IC 7 (выход) с заземлением

Отрицательный цикл синусоидальной волны на выводе 7 U2B (выход) (Bottom Waveform) искажен. Это искажение является своего рода колебаниями пульсации напряжения. Что является причиной этого? & Как мне от этого избавиться?

До сих пор я пытался:

1. Мое первое предположение было, что есть проблема в источнике питания -15V. Поэтому я поменял блоки питания, но искажения все еще оставались в отрицательном цикле. (Я ожидаю, что если бы была проблема с источником питания, искажения должны были быть в положительном цикле после замены источника питания)
2. Изменена микросхема U2 (LM358 Dual ОУ). Все тот же искажение.
3. Изменена микросхема U1 (LM358 Dual ОУ). Все тот же искажение.
4. Добавлена ​​микросхема U3, как показано ниже. Выход на выводе U3A 1 (Выход) представляет собой чистую синусоидальную волну, подобную верхней форме волны (в осциллографе). Поэтому я удалил соединение усилителя (R1) из U2B и подключил его к U3A. Затем выход U3A также искажался, как Bottom Waveform (в осциллографе), и форма волны U2B стала чисто синусоидальной.
5. Используется IC U3B, как показано ниже. Снова выход на выводе U3A 1 (Выход) искажается.
6. Из приведенной выше схемы я удалил U3B и добавил нагрузку в 1 кОм на вывод 1 U3A (выход), снова выход искажен, но на этот раз искажение ниже.

Вопрос немного длинный, но я хотел предоставить как можно больше подробностей. Я ломал голову над этим два дня. Пожалуйста помоги. ТИА.

Редактировать:

1. Как Bimpelrekkie предложил в комментариях, я добавил один конденсатор 100 нФ рядом с каждой микросхемой (двойной операционный усилитель), а также два конденсатора 1 мкФ между + 15В / 0В и -15В / 0В. Это не повлияло на искажение. Я также добавил конденсатор 22 пф через R2 и R3. Это уменьшило искажение, но не устранило его, как показано ниже:

Положительный цикл: без искажений

Цикл негатива: уменьшен, но все еще существует - искажение Но это не то, что я хочу сделать, поскольку это влияет на частоту синусоидальной волны.

Также кое-что, что я не упомянул ранее, я думал, что переменные резисторы (предустановки) могут быть причиной проблемы, поэтому замкнули их, но безуспешно.

РЕДАКТИРОВАТЬ 2: (проблема решена)

Прочитав ваши комментарии и ответы, я попробовал следующее:

1. (Эксперимент 7) Олина Латропа и аналоговых систем (как уже упоминалось в ответе аналоговсистемс), проблема заключалась в стабильности / запасе по фазе, но выход U2B не был близок к рельсам (+ 15 В или -15 В), это пик от 2 В до 3 В с пиком с центром в точке 0V) ответы подсказали мне, чтобы понять стабильность и поля ( учебники ). Итак, я попробовал схему, как указано ниже: выходной сигнал был колебательным (таким образом, искажения были колебаниями, как указывают многие из вас, ребята), и он не был стабильным выходом постоянного тока. Затем я отключил R13 от -15 В и подключил к + 15 В, и выход был стабильным. Так что что-то толкало операционный усилитель в нестабильной области во время отрицательного полупериода синусоиды (я не знаю, что).

2. (Эксперимент 8) Итак, я компенсировал операционный усилитель, используя демпфер (как показано здесь ). Конечная схема, как показано ниже. И БРАВО !! проблема решена. Выходы теперь стабильны (без нежелательных колебаний / искажений).

Теперь, хотя проблема решена, вопрос теперь становится ..

1. Почему LM358 устойчив при единичном усилении для положительных напряжений, а не отрицательных?
2. Можно ли избежать подобных проблем, просто выбрав подходящий операционный усилитель? Если да, то как мне выбрать подходящий операционный усилитель?
3. Нужно ли учитывать (математически) стабильность во всех схемах операционного усилителя или можно было бы интуитивно (без расчетов) решить, что схема будет стабильной? (Как?)
4. У U2B была проблема стабильности, почему у U1B или U2A не было той же самой проблемы? (Я проверил выходные данные этих операционных усилителей и нашел их стабильными / чистыми синусами.)

Наконец, я хотел бы поблагодарить каждого из вас за помощь в решении этой проблемы. Большое спасибо!

Вы, вероятно, тонете слишком много тока. Вот раздел таблицы данных TI LM358: Предполагая, что у вас есть колебание около 10 В, вы получите источник / приемник около 10 мА.

Нам нравится думать, что поведение операционного усилителя не зависит от выходного тока, но это не всегда так. При увеличении тока источника / приемника производительность операционного усилителя ухудшается. Таким образом, стабильный операционный усилитель при 1 мА может стать нестабильным при 10 мА.

Попробуйте повторить сценарий 6 эксперимента, но вместо этого замените резистор 1 кОм резистором 10 кОм.

Основная проблема заключается в том, что U2B колеблется.

Обратите внимание, что вы используете его при получении единства. Похоже, что эти усилители предназначены для стабильного усиления единичного усиления, но, конечно, там будет меньший запас, чем при других усилениях.

Так что теперь вы должны осмотреться и понять, почему этот усилитель колеблется, когда его не должно быть. Вероятно, это связано с соединением внутри пакета. Это должно быть сильной подсказкой, заставляющей вас проверять заглушки байпаса. Именно тогда вы должны были ударить себя по голове, восклицая: «О! Я забыл заглушки!» ,

Учитывая, что в схеме нет ничего, что могло бы ограничить рост амплитуды, я думаю, пиковые напряжения заставляют одного из операционных усилителей работать в режиме, близком к рельсу, и запас по фазе падает в нестабильную область.