osciladores op-amp saída estranha

Estou tentando construir um oscilador de onda senoidal usando opamp, mas estou obtendo uma saída estranha. Precisa de ajuda para obter uma saída pura de onda senoidal.

Diagrama esquemático do circuito:

Descrição do circuito:

O circuito é semelhante ao oscilador RC de mudança de fase regular com buffer de 3 estágios (inspirado aqui ). O amplificador operacional U2B é adicionado para que o resistor do amplificador U1A ( R1, R2 e R3 ) possua valores em dez segundos de quilo-ohms (não em 100 segundos de Kohm). A saída do oscilador é observada no pino U2B 7 (OUT). Duas fontes de alimentação independentes são conectadas, como mostrado no esquema, para obter + 15V / 0V / -15V .

R3 é usado para variar o ganho do amplificador. R4 e R5 são usados ​​para variar a frequência do oscilador. A frequência de saída alvo é 400Hz.

Problema:

• Forma de onda superior: pino 5 do IC U2B (entrada não inversora) wrt GND
• Forma de onda inferior: Pino 7 do IC U2B (saída) wrt GND

O ciclo negativo da onda senoidal no pino U2B 7 (saída) (Forma de onda inferior) está distorcido. Essa distorção é algum tipo de oscilação de ondulação / tensão. O que é causar isso? & Como faço para me livrar dele?

Até agora eu tentei:

1. Meu primeiro palpite foi que há um problema na fonte de alimentação de -15V. Então, troquei as fontes de alimentação, mas a distorção ainda permaneceu no ciclo negativo. (Espero que, se houver um problema com a fonte de alimentação, a distorção deveria estar no ciclo positivo após a troca da fonte de alimentação)
2. IC U2 alterado (LM358 Dual op-amp). Ainda é exatamente a mesma distorção.
3. IC U1 alterado (LM358 Dual op-amp). Ainda é exatamente a mesma distorção.
4. Adicionado IC U3 como mostrado abaixo. A saída no pino 1 do U3A (Saída) é uma onda senoidal pura como a Top Waveform (no osciloscópio). Então, removi a conexão do amplificador (R1) do U2B e o conectei ao U3A. A saída do U3A também ficou distorcida como a forma de onda inferior (no osciloscópio) e a forma de onda do U2B se tornou pura onda senoidal.
5. Utilizou o IC U3B como mostrado abaixo. Novamente, a saída no pino 1 do U3A (Saída) fica distorcida.
6. No esquema acima, removi o U3B e adicionei apenas uma carga de 1 Kohm no pino 1 do U3A (saída), novamente a saída está distorcida, mas desta vez a distorção é menor.

A pergunta é um pouco longa, mas eu queria fornecer o máximo de detalhes possível. Eu tenho rachado minha cabeça por isso por dois dias. Por favor ajude. TIA.

Editar:

1. Como Bimpelrekkie sugeriu nos comentários, adicionei um capacitor de 100nF perto de cada IC (dual-opamp) e também dois capacitores de 1uF entre + 15V / 0v e -15V / 0V. Isso não teve efeito sobre a distorção. Também adicionei capacitor 22pf em R2 e R3. Isso reduziu a distorção, mas não a eliminou, como mostrado abaixo:

Ciclo positivo: sem distorção

Ciclo Negetivo: Reduzido, mas ainda existe - distorção Mas isso não é algo que quero fazer, pois afeta a frequência das ondas senoidais.

Também algo que eu não mencionei anteriormente, achei que os resistores variáveis ​​(predefinidos) poderiam estar causando o problema, então os abreviaram, mas sem sucesso.

EDIT 2: (Problema resolvido)

Depois de ler seus comentários e respostas, tentei o seguinte:

1. (Experiência 7) de Olin Lathrop e analogsystemsrf (como mencionado na resposta do analogsystemsrf, o problema era sobre estabilidade / margem de fase, mas a saída do U2B não estava próxima dos trilhos (+ 15V ou -15V), é de 2V a 3V de pico a pico, centrada em 0V) me sugeriram entender estabilidade e margens ( tutoriais ). Então eu tentei o circuito como indicado abaixo: A saída estava oscilando (então a distorção era oscilação, conforme indicado por muitos de vocês) e não era uma saída DC estável. Então eu desconectei o R13 de -15V e conectei a + 15V e a saída foi estável. Então, algo estava empurrando o opamp na região instável durante o meio ciclo negativo da onda senoidal (não sei o quê).

2. (Experiência 8) Então eu compensei o opamp usando um amortecedor (como mostrado aqui ). O circuito final é como mostrado abaixo. E BRAVO !! problema resolvido. As saídas agora são estáveis ​​(sem oscilações / distorções indesejadas).

Agora, mesmo que o problema esteja resolvido, a questão agora se torna ..

1. Por que o LM358 é estável em ganhos de unidade para tensões positivas e não negativas?
2. Esse tipo de problema poderia ser evitado apenas com a escolha de um opamp adequado? Se sim, como escolho um opamp adequado?
3. A estabilidade deve ser considerada (matematicamente) em todos os circuitos de opamp, ou poderia intuitivamente (sem cálculos) decidir que um circuito será estável? (Quão?)
4. O U2B teve um problema de estabilidade. Por que o U1B ou o U2A não tiveram o mesmo problema? (Eu verifiquei a saída desses opamps e os achei estável / puro seno.)

Por fim, gostaria de agradecer a todos e a todos por me ajudarem a resolver isso. Muito obrigado!

Você provavelmente está afundando demais. Aqui está uma seção da folha de dados da TI LM358: Supondo que você tenha um balanço de cerca de 10V, você receberá uma fonte / dissipador de cerca de 10mA.

Gostamos de pensar que o comportamento do opamp é independente da corrente de saída, mas esse nem sempre é o caso. Quando a corrente da fonte / coletor aumenta, o desempenho do opamp se deteriora. Portanto, um opamp estável a 1mA pode se tornar instável a 10mA.

Tente repetir o experimento do cenário 6, mas substitua o resistor de 1k por um de 10k.

O problema básico é que o U2B está oscilando.

Observe que você o está usando com ganho de unidade. Parece que esses amplificadores pretendem manter o ganho de unidade estável, mas é claro que haverá menos margem do que em outros ganhos.

Então agora você deve olhar ao redor e ver por que esse amplificador está oscilando quando não deveria estar. Provavelmente isso se deve ao acoplamento dentro do pacote. Essa deve ser uma pista forte, fazendo com que você verifique as tampas de desvio. Foi quando você deveria ter dado um tapa na cabeça enquanto exclamava "D'oh! Eu esqueci as tampas de derivação!" .

Dado que o circuito não tem nada para restringir o crescimento da amplitude, acho que as tensões de pico estão forçando um dos opamps a entrar em operação quase ferroviário-ferroviário e a margem da fase cai para uma região instável.