我正在尝试使用运算放大器构建一个正弦波振荡器,但我得到了奇怪的输出。需要帮助获得纯正弦波输出。
电路说明:
该电路类似于常规的 3 级缓冲 RC 相移振荡器(灵感来自这里)。添加了运算放大器U2B,以便 U1A 放大器电阻器(R1、R2 和 R3)的值以十千欧为单位(而不是 100 千欧)。在U2B引脚 7 (OUT)观察到振荡器输出。如图所示连接两个独立的电源以获得+15V / 0V / -15V。
R3用于改变放大器增益。R4 & R5用于改变振荡器频率。目标输出频率为 400Hz。
- 顶部波形:IC U2B 引脚 5(同相输入)wrt GND
- 底部波形:IC U2B pin 7(输出)wrt GND
U2B 引脚 7(输出)(底部波形)处正弦波的负周期失真。这种失真是某种纹波/电压振荡。这是什么原因?&我该如何摆脱它?
到目前为止,我已经尝试过:
- 我的第一个猜测是-15V电源有问题。所以我更换了电源,但失真仍然保持在负循环中。(我预计如果电源出现问题,则在更换电源后失真应该处于正循环中)
- 更改了 IC U2(LM358 双运算放大器)。仍然是完全相同的失真。
- 更改了 IC U1(LM358 双运算放大器)。仍然是完全相同的失真。
- 如下图所示添加了 IC U3。U3A 引脚 1 的输出(输出)是纯正弦波,如 Top Waveform(在示波器中)。所以我从 U2B 中移除了放大器连接 (R1) 并将其连接到 U3A。然后U3A的输出也像Bottom Waveform(在示波器中)一样失真,U2B的波形变成纯正弦波。
- 使用的IC U3B如下图所示。U3A 引脚 1(输出)的输出再次失真。
- 从上面的示意图中,我移除了 U3B,只在 U3A 引脚 1(输出)处添加了 1 Kohm 负载,输出再次失真,但这次失真较低。
这个问题有点长,但我想提供尽可能多的细节。我已经为此绞尽脑汁两天了。请帮忙。TIA。
编辑:
- 正如 Bimpelrekkie 在评论中建议的那样,我在每个 IC(双运算放大器)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 上添加了 22pf 电容器。这减少了失真,但并没有消除它,如下所示:
负周期:减少但仍然存在 - 失真 但这不是我想做的事情,因为它会影响正弦波频率。
还有一些我之前没有提到的东西,我认为可变电阻器(预设)可能会导致问题,所以将它们短路,但没有成功。
编辑2:(问题已解决)
阅读您的评论和答案后,我尝试了以下操作:
(实验 7)Olin Lathrop's & analogsystemsrf's (如 analogsystemsrf 的回答中提到的,问题是关于稳定性/相位裕度,但 U2B 的输出不接近轨道(+15V 或 -15V),它是 2V 到 3V 的峰峰值,集中在0V)答案提示我了解稳定性和边距(教程)。所以我尝试了下面给出的电路: 输出在振荡(所以失真是你们中的许多人所表示的振荡)并且它不是稳定的直流输出。所以然后我将R13从-15V断开并连接到+15V并且输出稳定。因此,在正弦波的负半周期期间,有些东西将运算放大器推向不稳定区域(我不知道是什么)。
(实验 8)所以我使用缓冲器补偿了运算放大器(如图所示)。最终电路如下图所示。 太棒了!问题解决了。输出现在稳定(没有不需要的振荡/失真)。
现在,即使问题解决了,问题现在变成了..
- 为什么LM358在正电压的单位增益下稳定而不是负电压?
- 仅通过选择合适的运算放大器就可以避免这些类型的问题吗?如果是,我该如何选择合适的运算放大器?
- 是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)决定电路是稳定的?(如何?)
- U2B 有稳定性问题,为什么 U1B 或 U2A 没有同样的问题?(我检查了这些运算放大器的输出,发现它们是稳定的/纯正弦的。)
最后,我要感谢你们每一个人帮助我解决这个问题。非常感谢!