オペアンプ発振器の奇妙な出力

私はオペアンプを使用して正弦波発振器を構築しようとしていますが、奇妙な出力を得ています。純粋な正弦波出力を得るために助けが必要です。

回路図：

回路の説明：

この回路は、通常の3ステージバッファードRC位相シフト発振器（ここからヒントを得ています）に似ています。オペアンプU2Bが追加され、U1Aアンプの抵抗（R1、R2およびR3）の値が数十キロオーム（100キロオームではない）になるようになりました。発振器出力はU2Bピン7（OUT）で観察されます。回路図に示すように、+ 15V / 0V / -15Vを得るために2つの独立した電源が接続されています。

R3は、アンプのゲインを変えるために使用されます。R4とR5は、発振器の周波数を変えるために使用されます。ターゲット出力周波数は400Hzです。

問題：

• 上部波形：IC U2Bピン5（非反転入力）wrt GND
• 下の波形：IC U2Bピン7（出力）wrt GND

U2Bピン7（出力）（ボトム波形）の正弦波の負のサイクルが歪んでいます。この歪みは、ある種のリップル/電圧振動です。これは何が原因ですか？＆どうすればそれを取り除くことができますか？

これまで私は試しました：

1. 私の最初の推測は、-15V電源に問題があるということでした。そのため、電源を交換しましたが、歪みは依然として負のサイクルのままでした。（電源に問題があった場合、電源を交換した後、歪みは正のサイクルにあったはずです）
2. 変更されたIC U2（LM358デュアルオペアンプ）。それでもまったく同じ歪み。
3. 変更されたIC U1（LM358デュアルオペアンプ）。それでもまったく同じ歪み。
4. 以下に示すように、IC U3を追加しました。U3Aピン1の出力（出力）は、（オシロスコープの）トップ波形のような純粋な正弦波です。そのため、U2Bからアンプ接続（R1）を取り外し、U3Aに接続しました。次に、U3Aの出力も（オシロスコープの）Bottom Waveformのように歪み、U2Bの波形は純粋な正弦波になりました。
5. 以下に示すように、IC U3Bを使用しました。再びU3Aピン1の出力（出力）が歪みます。
6. 上記の回路図からU3Bを削除し、U3Aのピン1（出力）に1 Kohmの負荷を追加しただけですが、やはり出力は歪みますが、今回は歪みが小さくなっています。

質問は少し長めですが、できるだけ詳細に説明したかったのです。私は2日間これに頭を割っていました。助けてください。TIA。

編集：

1. Bimpelrekkieがコメントで示唆したように、各IC（デュアルオペアンプ）の近くに1つの100nFコンデンサと、+ 15V / 0v〜-15V / 0Vの間に1uFコンデンサを2つ追加しました。これは歪みに影響しませんでした。また、R2とR3の間に22pfのコンデンサを追加しました。これにより、歪みは減少しましたが、以下に示すように歪みは除去されませんでした。

ポジティブサイクル：歪みなし

Negetive Cycle：減少していますが、まだ存在しています-歪み しかし、これは正弦波の周波数に影響するため、私がやりたいことではありません。

また、私が以前に言及しなかったもの、可変抵抗器（プリセット）が問題を引き起こしているかもしれないと思ったので、それらを短絡させましたが、成功しませんでした。

編集2 ：（問題解決）

あなたのコメントと回答を読んだ後、私は次のことを試しました：

1. （実験7）Olin Lathropとanalogsystemsrf（analogsystemsrfの回答で述べたように、問題は安定性/位相マージンに関するものでしたが、U2Bの出力はレール（+ 15Vまたは-15V）に近くありませんでした。 0V）答えは、安定性とマージンを理解するように私にほのめかしました（チュートリアル）。そこで、以下に示す回路を試しました 。出力が発振しているため（歪みは多くの人が示すように発振でした）、安定したDC出力ではありませんでした。そのため、R13を-15Vから切断し、+ 15Vに接続しましたが、出力は安定していました。そのため、サイン波の負の半サイクル中に、何かが不安定な領域でオペアンプを押し上げていました（何がわからない）。

2. （実験8）そこで、スナバを使用してオペアンプを補正しました（ここに示すように）。最終的な回路は以下のとおりです。 そしてブラボー!! 問題が解決しました。これで、出力は安定しました（不要な発振/歪みはありません）。

さて、問題は解決されたにもかかわらず、問題は次のようになりました。

1. LM358は、負電圧ではなく正電圧に対してユニティゲインで安定しているのはなぜですか？
2. 適切なオペアンプを選択するだけで、この種の問題を回避できますか？はいの場合、適切なオペアンプを選択するにはどうすればよいですか？
3. 安定性はすべてのオペアンプ回路で（数学的に）考慮されるべきですか、または回路が安定することを直感的に（計算なしで）決定できますか？（どうやって？）
4. U2Bには安定性の問題がありましたが、なぜU1BまたはU2Aにも同じ問題がなかったのですか？（これらのオペアンプの出力を確認したところ、安定/純粋な正弦波であることがわかりました。）

最後に、これを解決するのを手伝ってくれたあなた方一人一人に感謝したいと思います。どうもありがとうございました！

おそらくあなたはあまりにも多くの電流をシンクしています。TI LM358データシートのセクションは次のとおり です。約10Vの振幅があると仮定すると、約10mAのソース/シンクが得られます。

オペアンプの動作は出力電流に依存しないと考えていますが、常にそうであるとは限りません。ソース/シンク電流が増加すると、オペアンプのパフォーマンスが低下します。したがって、1mAで安定したオペアンプは10mAで不安定になる可能性があります。

シナリオ6の実験を繰り返しますが、代わりに1k抵抗を10k抵抗に置き換えてください。

基本的な問題は、U2Bが振動していることです。

ユニティゲインで使用していることに注意してください。これらのアンプはユニティゲインで安定しているように見えますが、もちろん他のゲインよりもマージンが少なくなります。

だから今、あなたは周りを見回して、この1つのアンプが本来あるべきではないときに発振している理由を見てください。これはおそらく、パッケージ内のカップリングによるものです。これは、バイパスキャップを確認するための強力な手がかりになるはずです。それは、「D'oh！バイパスキャップを忘れてしまった！」と叫びながら頭を平手打ちすべきだったときです。。

回路が振幅の増加を制限するものがないことを考えると、ピーク電圧がオペアンプの1つをレールに近いレール動作に強制し、位相マージンが不安定な領域に落ちていると考えています。