Warum ist die Rückkopplung von Operationsverstärker-Oszillatoren mit dem invertierenden Eingang statt mit dem positiven Eingang verbunden?

Diese Schaltung erhält am invertierenden Eingang eine positive Rückkopplung, da das Rückkopplungsnetzwerk bei einer bestimmten Frequenz eine Phasenverschiebung von 180 Grad hinzufügt.

Ich habe das Rückkopplungsnetzwerk mit einigen willkürlichen Werten simuliert. Sie können sehen, dass die Phase des Rückkopplungsnetzwerks über alle Frequenzen hinweg 0 ist, mit Ausnahme der Schwingungsfrequenz.

Dies bedeutet, dass bei dieser Frequenz (in meiner Simulation ~ 191 MHz) die Rückkopplung invertiert wird, bevor sie zum Verstärker zurückkehrt. Wenn der Eingang des Operationsverstärkers ein 191-MHz-Sinus war, würde der Ausgang normalerweise invertiert (180-Grad-Phasenverschiebung) und wieder zum Eingang hinzugefügt - dies ist eine negative Rückkopplung. Da das Rückkopplungsnetzwerk WEITERE 180 Grad Phasenverschiebung (insgesamt 360 Grad) hinzufügt, ist der zurückaddierte Sinus in Phase, was zu einer positiven Rückkopplung führt.

Um dies so einfach wie möglich zu machen, steigt beim Oszillieren eines Endes der Induktivität die Spannung an, während das andere Ende abfällt. Der Strom in der Spule lädt eine Kappe positiv auf, während er die andere negativ auflädt. Wenn sich diese Ladungen ansammeln, fällt der Strom in der Induktivität, bis er sich umkehrt und sich das Ganze in der anderen Richtung wiederholt. Das resultierende Schwanken der Strömungen lässt das Ganze mit seiner vorgesehenen Frequenz klingeln.

Da, wie oben erwähnt, die Spannungspolarität über der Induktivität umgekehrt wird, muss der Operationsverstärker als Inverter angeschlossen werden, dh mit negativer Rückkopplung wie gezeigt.

Hinweis: Bei einem anfänglichen Stimulus klingelt die Schaltung bei der Oszillationsfrequenz von selbst, ohne Operationsverstärker in der Schaltung, bis sie aufgrund von Verlusten abklingt. Der Operationsverstärker überwindet diese Verluste und lässt das Ding klingeln, solange Strom angelegt wird.

In einer typischen invertierenden Verstärkerschaltung haben Sie Recht, dass die Rückkopplung des Ausgangs zum negativen Eingang eine Form der negativen Rückkopplung wäre. Der Unterschied liegt hier in dem vorhandenen resonanten LC-Kreis. In einer solchen parallelen Anordnung erzeugen die Kondensatoren und die Induktivität eine Phasenverschiebung von 180° im Signal.

Dies bedeutet, dass, wenn Sie mit einem 0°-Eingang auf der negativen Seite beginnen, die Anordnung des Inverter-Operationsverstärkers einen um 180° verschobenen (invertierten) Ausgang erzeugt. Dieser Ausgang wird durch die LC-Schaltung um weitere 180° verschoben, und Sie erhalten am Ende wieder 360° oder effektiv 0°. Dieses Signal fügt sich konstruktiv zum Eingangssignal hinzu und Sie erhalten eine positive Rückkopplung.

Trevors Antwort erklärt ein bisschen mehr darüber, wie die Schaltung speziell funktioniert. Hoffe das hilft, Prost.

Jeder Colpitts-Oszillator verwendet zwei Kondensatoren und eine Induktivität UND eine weitere zusätzliche passive Komponente - einen Widerstand. Es mag seltsam erscheinen, dass ich das erwähne, aber mit einem perfekten Operationsverstärker, der C1 antreibt (gemäß Ihrem Schaltplan), erhalten Sie von den beiden Kondensatoren und der Induktivität keine Phasenverschiebung von 180 Grad. Hier ist die allgemeine Idee: -

Jetzt wird also der Ausgang des Operationsverstärkers zusätzlich durch R3 und C1 (in meiner Schaltung) um einige Grad phasenverschoben, und dies stellt sicher, dass das frequenzselektive Rückkopplungsnetzwerk problemlos eine Phasenverschiebung von 180 Grad erzeugen kann.

Ihre Schaltung zeigt dies nicht, daher fragen Sie sich vielleicht, wie Ihre funktionieren kann - Operationsverstärker sind nicht perfekt und bei einer beliebigen hohen Frequenz tritt eine Verzögerung durch den Operationsverstärker auf, die einer Phasenverschiebung von einigen Grad entspricht . Dadurch wird sichergestellt, dass die Phasenverschiebung von L und C2 (maximal 180 Grad bei unendlicher Frequenz) mit der zusätzlichen Phasenverschiebung von R3 und C1 verwendet werden kann.

Wenn Sie die Schaltung gebaut haben, möchten Sie vielleicht den zusätzlichen Widerstand in die Schaltung einbauen und zunächst einen Wert von 10 Ohm wählen. Wenn Sie eine übermäßig verzerrte Sinuswelle erhalten, versuchen Sie, sie zu erhöhen, aber seien Sie darauf vorbereitet, die Sinusqualität ist von Grund auf nicht so gut Colpitts-Oszillator, weil es nichts gibt, was für die Gewährleistung der Verstärkungs-/Amplitudenstabilität sorgt. Nichtsdestotrotz ist es eine ziemlich nützliche Schaltung, und trotz der Fülle von Informationen darüber, wie sie funktionieren, erwähnt kaum eine davon den zusätzlichen Widerstand oder die Verzögerung, die der Operationsverstärker verursacht, um ihn zum Schwingen zu bringen.

„Anhaltende Sinusschwingungen werden durch positive oder regenerative Rückkopplung ermöglicht. Stimmt das?“

Nicht immer. Anhaltende Oszillation tritt auf, wenn das Barkhausen-Stabilitätskriterium erfüllt ist, und eines der Kriterien ist, dass die Gesamtphasenverschiebung durch den Verstärker und seine Rückkopplungsschleife 0 Grad oder 360 oder 720 Grad usw. beträgt. Ein üblicher Weg, dies zu erreichen, ist mit 180 Grad in der Rückkopplungsschleife und 180 Grad im Verstärker. Der Verstärkerteil wird erfüllt, indem eine invertierende Verstärkungsschaltung verwendet wird.

https://en.wikipedia.org/wiki/Barkhausen_Stabilitätskriterium