Осцилятор Хартлі

Простіше кажучи, генератор - це схема, яка перетворює потужність постійного струму від джерела живлення до джерела змінного струму до навантаження. Система генераторів побудована з використанням як активних, так і пасивних компонентів, і вона використовується для виробництва синусоїдальних або будь-яких інших повторюваних сигналів на виході без будь-якого зовнішнього вхідного сигналу. У попередніх підручниках ми обговорювали кілька генераторів:

• Осцилятор Колпітта
• RC осцилятор фазового зсуву
• Мостовий генератор Вайна
• Кварцовий кристалічний генератор
• Схема генератора фазового зсуву
• Осцилятор з керованою напругою (VCO)

Будь-який вид радіо-телевізійного передавача або приймача або будь-яке лабораторне випробувальне обладнання має генератор. Це головний компонент для формування тактового сигналу. Просте осциляторне додаток можна побачити всередині такого поширеного пристрою, як годинник. Годинники використовують генератор для створення тактового сигналу 1 Гц.

Осцилятори класифікуються як синусоїдальний генератор або релаксаційний осцилятор залежно від вихідної форми хвилі. Якщо генератор виробляє синусоїдальну хвилю з певною частотою на виході, генератор називається синусоїдальним генератором. Релаксаційні генератори забезпечують несинусоїдальні хвилі, такі як квадратна хвиля або трикутна хвиля, або будь-який подібний тип хвилі на виході.

Окрім класифікацій генераторів, що базуються на вихідному сигналі, генератори можуть класифікуватися за допомогою конструкції схеми, наприклад, генератора негативного опору, генератора зворотного зв'язку тощо.

Генератор Хартлі є один з типу LC (Індуктор-ємнісний) генератора зворотного зв'язку, який винайдений в 1915 році американським інженером Хартлі. У цьому підручнику ми поговоримо про побудову та застосування осцилятора Хартлі.

Танкова схема

Генератор Хартлі - це РК-генератор. LC-генератор складається з резервуарного контуру, який є важливою частиною для створення необхідних коливань. Схема резервуара використовує три компоненти, дві котушки індуктивності та конденсатор. Конденсатор з'єднаний паралельно з двома послідовними котушками індуктивності. Нижче наведена принципова схема осцилятора Harley:

Чому комбінацію індуктор-конденсатор називають ланцюгом резервуара? Оскільки ланцюг LC зберігає частоту коливань. У контурі резервуара конденсатор і дві послідовні дроселі заряджаються і розряджаються один одним повторно, що створює коливання. Час заряду і розряду, або іншими словами, значення конденсатора та індуктивності є основним визначальним фактором для частоти коливань.

На основі транзисторів

На зображенні вище показано практичну схему генератора Хартлі, де активним компонентом є транзистор PNP. У ланцюзі вихідна напруга з'являється на контурі бака, який підключений до колектора. Однак напруга зворотного зв'язку є також частиною вихідної напруги, яка позначається як V1, що з'являється на індукторі L1.

Частота прямо пропорційна відношенню конденсатора і котушки індуктивності значень.

Працює схема осцилятора Хартлі

Активним компонентом осцилятора Хартлі є транзистор. Робоча точка постійного струму в активній області характеристик регулюється резисторами R1, R2, RE та напругою живлення колектора VCC. Конденсатор СВ є блокувальним конденсатором, а СЕ - великоднім обхідним конденсатором.

Транзистор налаштований в загальній конфігурації емітера. У цій конфігурації вхідна та вихідна напруга транзистора мають зсув фази на 180 градусів. У ланцюзі вихідна напруга V1 і напруга зворотного зв'язку V2 мають зсув фази на 180 градусів. Поєднуючи ці два, ми отримуємо загальний 360-градусний зсув фази, необхідний для коливань (іменований критерієм Баркхаузена).

Інша необхідна річ для коливання всередині схеми без подання зовнішнього сигналу - це створення шумової напруги всередині схеми. При включенні живлення створюється шумова напруга з широким спектром шуму, і вона має необхідну складову напруги на частоті, необхідній для генератора.

На роботу схеми змінного струму не впливає опір R1 і R2 при великому значенні опору. Ці два резистори використовуються для зміщення транзистора. Земля та CE використовуються для захисту від загальної схеми, і ці два резистори та конденсатор використовуються як емітерний резистор та емітерний конденсатор.

На роботу змінного струму значною мірою впливає резонансна частота контуру бака. Частоту коливань можна визначити, використовуючи формулу нижче

F = 1 / 2π√L _T C

Загальна індуктивність контуру бака становить L _T = L ₁ + L ₂

Осцилятор Хартлі на основі операційних підсилювачів

На зображенні вище показано генератор Хартлі на базі операційного підсилювача, де конденсатор C1 підключений паралельно L1 і L2 послідовно.

Операційний підсилювач підключений в інвертуючій конфігурації, де резистори R1 і R2 є резистором зворотного зв'язку. Підсилення напруги підсилювача можна визначити за згаданою нижче формулою -

A = - (R2 / R1)

Напруга зворотного зв'язку та вихідна напруга також позначаються у вищеописаному ланцюзі генератора Хартлі на базі операційного підсилювача.

Частоту коливань можна розрахувати за тією ж формулою, яка використовується в транзисторній секції осцилятора Хартлі.

Генератор Хартлі зазвичай коливається в діапазоні ВЧ. Частоту можна варіювати, змінюючи значення індуктивності або конденсаторів або обох. Для вибору змінної складової конденсатори вибираються над індукторами, оскільки їх можна легко змінювати, ніж індуктори. Частоту коливань можна змінювати у співвідношенні 3: 1 для плавних коливань.

Приклад осцилятора Хартлі

Припустимо, осцилятор Хартлі зі змінною частотою 60-120 кГц складається з тримерного конденсатора (від 100 пФ до 400 пФ). Контур резервуара має дві котушки індуктивності, де значення однієї котушки індуктивності становить 39 мкГн. Отже, щоб знайти значення індуктивності, ми будемо дотримуватися наведеної нижче процедури:

Частота осцилятора Хартлі -

F = 1 / 2π√L _T C

У цій ситуації, коли частота коливається від 60 до 120 кГц, що є співвідношенням 1: 2. Змінення частоти можна отримати за допомогою пари котушок, оскільки ємність змінюється у співвідношенні 100pF: 400 pF, що є співвідношенням 1: 4.

Отже, коли частота F дорівнює 60 кГц, ємність становить 400 пФ.

Зараз,

Отже, загальна ємність становить 17,6 мГн, а значення іншого індуктора становить

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

Відмінності між осцилятором Хартлі та осцилятором Колпітта

Генератор Колпітса дуже схожий на осцилятор Хартлі, але між ними існує різниця у конструкції. Хоча Хартлі і Колпіттс обидва генератори мають три компоненти в контурі резервуара, генератор Колпітса використовує одну індуктивність паралельно з двома конденсаторами послідовно, тоді як генератор Хартлі використовує прямо протилежні, один конденсатор паралельно з двома індукторами послідовно.

Переваги та недоліки осцилятора Хартлі

Переваги:

1.Вихідна амплітуда не пропорційна змінному діапазону частот, і амплітуда залишається майже постійною.

2.Частота легко регулюється за допомогою тримера замість фіксованого конденсатора в контурі бака.

3.Ну добре підходить для застосування в діапазоні ВЧ завдяки стабільному генеруванню частоти ВЧ.

Недоліки

1. Осцилятор Хартлі забезпечує спотворену синусоїду і не підходить для операцій, пов'язаних із чистою синусоїдою. Основною причиною цього недоліку є велика кількість гармонік, наведених на виході.

2.Знизькою частотою значення індуктора стає великим.

Схема осциляторів Хартлі в основному використовується для генерації синусоїди в різних пристроях, таких як радіопередавач та приймачі.