Oscylator Hartley

Mówiąc prościej, oscylator jest obwodem, który przekształca prąd stały ze źródła zasilania na moc prądu przemiennego do obciążenia. Układ oscylatora jest zbudowany z komponentów aktywnych i pasywnych i służy do wytwarzania sinusoidalnych lub innych powtarzalnych przebiegów na wyjściu bez stosowania zewnętrznego sygnału wejściowego. Omówiliśmy kilka oscylatorów w naszych poprzednich samouczkach:

• Oscylator Colpittsa
• Oscylator przesunięcia fazowego RC
• Oscylator Wein Bridge
• Oscylator kwarcowy
• Obwód oscylatora przesunięcia fazy
• Oscylator sterowany napięciem (VCO)

Oscylator jest wyposażony w dowolny nadajnik lub odbiornik radiowo-telewizyjny lub jakikolwiek laboratoryjny sprzęt testowy. Jest to główny składnik do wytwarzania sygnału zegarowego. Prostą aplikację oscylatora można zobaczyć wewnątrz bardzo powszechnego urządzenia, takiego jak zegarek. Zegarki wykorzystują oscylator do generowania sygnału zegarowego 1 Hz.

Oscylatory są klasyfikowane jako oscylator sinusoidalny lub oscylator relaksacyjny w zależności od kształtu fali wyjściowej. Jeśli oscylator wytwarza falę sinusoidalną o określonej częstotliwości na wyjściu, oscylator nazywany jest oscylatorem sinusoidalnym. Oscylatory relaksacyjne wytwarzają fale niesinusoidalne, takie jak fala prostokątna lub trójkątna lub jakikolwiek podobny rodzaj fali na wyjściu.

Oprócz klasyfikacji oscylatorów na podstawie sygnału wyjściowego, oscylatory można sklasyfikować za pomocą konstrukcji obwodu, takiej jak oscylator o ujemnej rezystancji, oscylator ze sprzężeniem zwrotnym itp.

Hartley oscylator jest jednym z typ LC (cewka-kondensator) oscylatora sprzężenia zwrotnego, który jest wymyślony w 1915 roku przez amerykańskiego inżyniera Ralpha Hartleya. W tym samouczku omówimy budowę i zastosowanie oscylatora Hartley.

Obwód zbiornika

Oscylator Hartley to oscylator LC. Oscylator LC składa się z obwodu zbiornika, który jest niezbędną częścią do wytworzenia wymaganych oscylacji. Obwód zbiornika wykorzystuje trzy komponenty, dwie cewki i kondensator. Kondensator jest połączony równolegle z dwoma cewkami szeregowymi. Poniżej znajduje się schemat obwodu oscylatora Harley:

Dlaczego kombinacja cewki i kondensatora nazywana jest obwodem zbiornika? Ponieważ obwód LC przechowuje częstotliwość oscylacji. W obwodzie zbiornika kondensator i dwie szeregowe cewki indukcyjne są wielokrotnie ładowane i rozładowywane, co powoduje oscylacje. Czas ładowania i rozładowania lub innymi słowy, wartość kondensatora i cewek jest głównym czynnikiem determinującym częstotliwość oscylacji.

Oparty na tranzystorach

Na powyższym obrazie praktyczny obwód oscylatora Hartley jest pokazany, w którym aktywnym elementem jest tranzystor PNP. W obwodzie napięcie wyjściowe pojawia się w obwodzie zbiornika, który jest podłączony do kolektora. Jednak napięcie sprzężenia zwrotnego jest również częścią napięcia wyjściowego, które jest oznaczone jako V1, pojawiające się na cewce indukcyjnej L1.

Częstotliwość jest proporcjonalna do stosunku wartości kondensatora i cewki.

Działanie obwodu oscylatora Hartley

Aktywnym elementem oscylatora Hartleya jest tranzystor. Punkt pracy DC w aktywnym obszarze charakterystyki jest regulowany przez rezystory R1, R2, RE i napięcie zasilania kolektora VCC. Kondensator CB jest kondensatorem blokującym, a CE jest kondensatorem obejściowym wielkanocnym.

Tranzystor skonfigurowane w układzie wspólnego emitera. W tej konfiguracji napięcie wejściowe i wyjściowe tranzystora ma przesunięcie fazowe o 180 stopni. W obwodzie napięcie wyjściowe V1 i napięcie sprzężenia zwrotnego V2 mają przesunięcie fazowe o 180 stopni. Łącząc te dwa, otrzymujemy całkowite 360 ​​stopni przesunięcia fazowego, niezbędnego dla oscylacji (określane jako kryterium Barkhausena).

Inną istotną rzeczą do rozpoczęcia oscylacji w obwodzie bez stosowania zewnętrznego sygnału jest wytworzenie napięcia szumowego w obwodzie. Po włączeniu zasilania wytwarzane jest napięcie szumowe o szerokim spektrum szumów i o wymaganej składowej napięciowej o częstotliwości wymaganej dla oscylatora.

Na działanie AC obwodu nie ma wpływu rezystancja R1 i R2 przy dużej wartości rezystancji. Te dwa rezystory służą do polaryzacji tranzystora. Uziemienie i CE służą do zapewnienia odporności całego obwodu, a te dwa rezystory i kondensator są używane jako rezystor emitera i kondensator emitera.

Na działanie prądu przemiennego duży wpływ ma częstotliwość rezonansowa obwodu zbiornika. Częstotliwość oscylacji można określić za pomocą poniższego wzoru:

F = 1 / 2π√L _T C

Całkowita indukcyjność obwodu zbiornika wynosi L _T = L ₁ + L ₂

Oscylator Hartley oparty na wzmacniaczu operacyjnym

Na powyższym obrazie pokazano oscylator Hartley oparty na wzmacniaczu operacyjnym, w którym kondensator C1 jest połączony równolegle z L1 i L2 szeregowo.

Wzmacniacz operacyjny jest podłączony w konfiguracji odwracającej, w której rezystor R1 i R2 jest rezystorem sprzężenia zwrotnego. Wzmocnienie napięcia wzmacniacza można określić za pomocą poniższego wzoru -

A = - (R2 / R1)

Napięcie sprzężenia zwrotnego i napięcie wyjściowe są również oznaczone w powyższym obwodzie oscylatora Hartley opartym na wzmacniaczu operacyjnym.

Częstotliwość oscylacji można obliczyć za pomocą tego samego wzoru, który jest używany w sekcji oscylatora Hartley na bazie tranzystora.

Oscylator Hartleya zwykle oscyluje w zakresie RF. Częstotliwość można zmieniać, zmieniając wartość cewki indukcyjnej lub kondensatorów lub obu. Aby wybrać składnik zmienny, kondensatory są wybierane nad cewkami indukcyjnymi, ponieważ można je łatwo zmieniać niż cewki indukcyjne. Częstotliwość oscylacji można zmieniać w stosunku 3: 1, aby uzyskać płynne zmiany.

Przykład oscylatora Hartley

Załóżmy, że oscylator Hartleya o zmiennej częstotliwości 60-120 kHz składa się z kondensatora trymera (100 pF do 400 pF). Obwód zbiornika ma dwie cewki indukcyjne, przy czym wartość jednej cewki wynosi 39uH. Aby znaleźć wartość innego induktora, postępujemy zgodnie z poniższą procedurą:

Częstotliwość oscylatora Hartleya wynosi-

F = 1 / 2π√L _T C

W tej sytuacji, gdy częstotliwość zmienia się między 60 a 120 kHz, co jest stosunkiem 1: 2. Zmienność częstotliwości można uzyskać za pomocą pary cewek, ponieważ pojemność zmienia się w stosunku 100 pF: 400 pF, co jest stosunkiem 1: 4.

Tak więc, gdy częstotliwość F wynosi 60 kHz, pojemność wynosi 400 pF.

Teraz,

Tak więc całkowita pojemność wynosi 17,6 mH, a wartość innego cewki wynosi

17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.

Różnice między oscylatorem Hartley a oscylatorem Colpittsa

Oscylator Colpittsa jest bardzo podobny do oscylatora Hartleya, ale istnieje różnica w budowie między tymi dwoma. Chociaż Hartley i Colpitts, oba oscylatory mają trzy elementy w obwodzie zbiornika, oscylator Colpitts wykorzystuje pojedynczą cewkę równoległą z dwoma kondensatorami połączonymi szeregowo, podczas gdy oscylator Hartley wykorzystuje dokładnie przeciwne, jeden kondensator równoległy z dwoma cewkami połączonymi szeregowo.

Zalety i wady oscylatora Hartley

Zalety:

1. amplituda wyjściowa nie jest proporcjonalna do zmiennego zakresu częstotliwości, a amplituda pozostaje prawie stała.

2. Częstotliwość można łatwo regulować za pomocą trymera zamiast stałego kondensatora w obwodzie zbiornika.

3.Dobrze nadaje się do zastosowań w zakresie RF ze względu na stabilną generację częstotliwości RF.

Niedogodności

1. oscylator Hartleya zapewnia zniekształconą falę sinusoidalną i nie nadaje się do operacji związanych z czystą falą sinusoidalną. Główną przyczyną tej wady jest duża ilość harmonicznych indukowanych na wyjściu.

2. Przy niskiej częstotliwości wartość cewki indukcyjnej staje się duża.

Obwód oscylatora Hartley jest używany głównie do generowania fali sinusoidalnej w różnych urządzeniach, takich jak nadajniki i odbiorniki radiowe.