Осциллятор Хартли

Проще говоря, генератор - это схема, которая преобразует мощность постоянного тока от источника питания в мощность переменного тока для нагрузки. Система осциллятора построена с использованием как активных, так и пассивных компонентов, и она используется для создания синусоидальных или любых других повторяющихся сигналов на выходе без какого-либо применения внешнего входного сигнала. В предыдущих уроках мы обсуждали несколько осцилляторов:

• Осциллятор Колпитца
• RC-фазовый генератор
• Осциллятор моста Вайна
• Кварцевый кварцевый осциллятор
• Цепь генератора с фазовым сдвигом
• Генератор, управляемый напряжением (ГУН)

Любой вид радиотелевизионного передатчика или приемника или любое лабораторное испытательное оборудование имеет генератор. Это основной компонент для создания тактового сигнала. Приложение простого генератора можно увидеть внутри очень распространенного устройства, такого как часы. В часах используется осциллятор для генерации тактового сигнала 1 Гц.

Осцилляторы классифицируются как синусоидальные или релаксационные в зависимости от формы выходного сигнала. Если генератор генерирует синусоидальную волну с определенной частотой на выходе, генератор называется синусоидальным генератором. Осцилляторы релаксации выдают несинусоидальные волны, такие как прямоугольная волна, треугольная волна или любой аналогичный вид волны на выходе.

Помимо классификации генераторов, основанной на выходном сигнале, генераторы могут быть классифицированы по конструкции схемы, например, генератор отрицательного сопротивления, генератор обратной связи и т. Д.

Генератор Хартли является один из типа LC (Индуктор-емкостное) генератора обратной связи, который изобретен в 1915 году американским инженером Хартли. В этом руководстве мы обсудим создание и применение осциллятора Хартли.

Цепь танка

Генератор Хартли - это генератор LC. Генератор LC состоит из контура резервуара, который является важной частью для создания необходимых колебаний. Цепь резервуара состоит из трех компонентов, двух катушек индуктивности и конденсатора. Конденсатор подключен параллельно двум последовательным индукторам. Ниже приведена принципиальная схема Harley Oscillator:

Почему комбинация индуктора и конденсатора называется баковой цепью? Потому что LC-контур хранит частоту колебаний. В контуре резервуара конденсатор и две последовательные катушки индуктивности периодически заряжаются и разряжаются друг другом, что вызывает колебания. Время заряда и разряда или, другими словами, стоимость конденсатора и катушек индуктивности является основным определяющим фактором для частоты колебаний.

На базе транзисторов

На изображении выше показана практическая схема генератора Хартли, в которой активным компонентом является транзистор PNP. В цепи выходное напряжение появляется в цепи резервуара, подключенной к коллектору. Однако напряжение обратной связи также является частью выходного напряжения, которое обозначается как V1, возникающего на индукторе L1.

Частота прямо пропорциональна отношению конденсатора и катушки индуктивности значений.

Работа схемы осциллятора Хартли

Активным компонентом осциллятора Хартли является транзистор. Рабочая точка постоянного тока в активной области характеристик определяется резисторами R1, R2, RE и напряжением питания коллектора VCC. Конденсатор CB - это блокирующий конденсатор, а CE - пасхальный байпасный конденсатор.

Транзистор сконфигурирован в общей конфигурации эмиттера. В этой конфигурации входное и выходное напряжение транзистора имеют фазовый сдвиг на 180 градусов. В схеме выходное напряжение V1 и напряжение V2 обратной связи имеют фазовый сдвиг на 180 градусов. Объединив эти два параметра, мы получаем полный сдвиг фазы на 360 градусов, необходимый для колебаний (называемый критерием Баркгаузена).

Еще одна важная вещь для запуска колебаний внутри схемы без подачи внешнего сигнала - это создание шумового напряжения внутри схемы. При включении питания создается шумовое напряжение с широким спектром шума, которое имеет необходимую составляющую напряжения на частоте, необходимой для генератора.

На работу схемы переменного тока не влияет сопротивление R1 и R2 при большом значении сопротивления. Эти два резистора используются для смещения транзистора. Земля и CE используются для защиты всей цепи, и эти два резистора и конденсатор используются в качестве резистора эмиттера и конденсатора эмиттера.

На работу переменного тока в значительной степени влияет резонансная частота контура резервуара. Частоту колебаний можно определить по следующей формуле:

F = 1 / 2π√L _T C

Общая индуктивность цепи резервуара L _T = L ₁ + L _2.

Осциллятор Хартли на базе операционного усилителя

На приведенном выше изображении показан генератор Хартли на базе операционного усилителя, в котором конденсатор C1 подключен параллельно с L1 и L2 последовательно.

Операционный усилитель подключен по инвертирующей схеме, где резисторы R1 и R2 являются резисторами обратной связи. Коэффициент усиления напряжения усилителя можно определить по следующей формуле -

А = - (R2 / R1)

Напряжение обратной связи и выходное напряжение также обозначены в вышеупомянутой схеме генератора Хартли на основе операционного усилителя.

Частоту колебаний можно рассчитать по той же формуле, которая используется в транзисторной секции генератора Хартли.

Генератор Хартли обычно колеблется в радиочастотном диапазоне. Частоту можно изменять, изменяя номинал катушки индуктивности или конденсаторов или того и другого. Для выбора переменного компонента конденсаторы выбираются над катушками индуктивности, поскольку их можно легко изменить, чем катушки индуктивности. Частоту колебаний можно изменять в соотношении 3: 1 для плавных изменений.

Пример осциллятора Хартли

Предположим, генератор Хартли с переменной частотой 60–120 кГц состоит из подстроечного конденсатора (от 100 пФ до 400 пФ). Цепь бака имеет две индуктивности, мощность одной из которых составляет 39 мкГн. Итак, чтобы найти значение другого индуктора, мы будем следовать следующей процедуре:

Частота генератора Хартли -

F = 1 / 2π√L _T C

В этой ситуации, когда частота изменяется от 60 до 120 кГц, что составляет соотношение 1: 2. Изменение частоты может быть получено с помощью пары катушек, поскольку емкость изменяется в соотношении 100 пФ: 400 пФ, что составляет соотношение 1: 4.

Итак, когда частота F составляет 60 кГц, емкость составляет 400 пФ.

В настоящее время,

Таким образом, общая емкость составляет 17,6 мГн, а значение другого индуктора равно

17,6 мГн - 0,039 мГн = 17,56 мГн.

Различия между осциллятором Хартли и осциллятором Колпитца

Осциллятор Колпитца очень похож на осциллятор Хартли, но между ними есть разница в конструкции. Хотя Хартли и Колпиттс, оба генератора имеют три компонента в баковой цепи, в генераторе Колпитца используется одна индуктивность, включенная параллельно, с двумя последовательно включенными конденсаторами, тогда как в генераторе Хартли используется прямо противоположный, один единственный конденсатор, подключенный параллельно с двумя последовательно включенными индукторами.

Преимущества и недостатки осциллятора Хартли

Преимущества:

1. Амплитуда выходного сигнала не пропорциональна изменяемому частотному диапазону, и амплитуда остается почти постоянной.

2. Частота легко регулируется с помощью подстроечного резистора вместо конденсатора постоянной емкости в цепи резервуара.

3. Хорошо подходит для приложений диапазона RF из-за стабильной генерации частоты RF.

Недостатки

1. Осциллятор Хартли выдает искаженную синусоиду и не подходит для операций, связанных с чистой синусоидой. Основная причина этого недостатка - большое количество гармоник, наведенных на выходе.

2. На низкой частоте значение индуктора становится большим.

Схема осциллятора Хартли в основном используется для генерации синусоидальной волны в различных устройствах, таких как радиопередатчики и приемники.