Осцилатор на Хартли

С прости думи, осцилаторът е верига, която преобразува постояннотокова мощност от източника на захранване към променливотоковото захранване към товара. Осцилаторната система е изградена с използване както на активни, така и на пасивни компоненти и се използва за производство на синусоидални или всякакви други повтарящи се форми на вълната на изхода без прилагане на външен входен сигнал. Обсъдихме няколко осцилатора в предишните ни уроци:

• Осцилатор на Colpitts
• RC фазов осцилатор
• Wein Bridge Oscillator
• Кварцов кристален осцилатор
• Верига за осцилатор на фазово изместване
• Осцилатор с контролирано напрежение (VCO)

Всеки вид радио-телевизионен предавател или приемник или лабораторно оборудване за изпитване има осцилатор. Това е основният компонент за генериране на тактовия сигнал. Обикновено осцилаторно приложение може да се види в много често срещано устройство като часовник. Часовниците използват осцилатор, за да произвеждат тактов сигнал от 1 Hz.

Осцилаторите се класифицират като синусоидален осцилатор или релаксационен осцилатор в зависимост от изходната форма на вълната. Ако осцилаторът произвежда синусоидална вълна с определена честота през изхода, осцилаторът се нарича синусоидален осцилатор. Релаксационните осцилатори осигуряват несинусоидални вълни като квадратна вълна или триъгълна вълна или всякакъв подобен тип вълна през изхода.

Освен класификациите на осцилаторите, базирани на изходния сигнал, осцилаторите могат да бъдат класифицирани, като се използва конструкцията на веригата като осцилатор с отрицателно съпротивление, осцилатор с обратна връзка и т.н.

В осцилатор Хартли е един от тип LC (Inductor-кондензатор) обратна връзка осцилатор, който е изобретен през 1915 г. от американския инженер Ралф Хартли. В този урок ще обсъдим конструкцията и приложението на осцилатора Хартли.

Цистерната на резервоара

Осцилаторът на Хартли е LC осцилатор. LC осцилатор се състои от резервоарна верига, която е съществена част за произвеждане на необходимото трептене. Резервоарната верига използва три компонента, две индуктори и кондензатор. Кондензаторът е свързан паралелно с две последователни индуктори. По-долу е схемата на Harley Oscillator:

Защо комбинацията индуктор-кондензатор се нарича верига на резервоара? Тъй като LC веригата съхранява честотата на трептене. Във веригата на резервоара кондензаторът и две последователни индуктори се зареждат и разреждат един от друг многократно, което предизвиква трептене. Времето за зареждане и разреждане или с други думи, стойността на кондензатора и индукторите е основният определящ фактор за честотата на трептене.

Базиран на транзистор

На горното изображение е показана практична осцилаторна схема на Хартли, където активен компонент е PNP транзистор. Във веригата изходното напрежение се появява през веригата на резервоара, която е свързана към колектора. Напрежението на обратната връзка обаче също е част от изходното напрежение, което се обозначава като V1, появяващо се през индуктора L1.

На честотата е пряко пропорционален на съотношението на кондензатор и индуктори стойности.

Работа на осцилаторната верига на Хартли

Активният компонент в осцилатора на Хартли е транзисторът. Работната точка на постояннотока в активната област на характеристиките се управлява от резисторите R1, R2, RE и захранващото напрежение на колектора VCC. Кондензаторът CB е блокиращ кондензатор, а CE е великденски байпасен кондензатор.

На транзистор конфигуриран в общата конфигурация емитер. В тази конфигурация входното и изходното напрежение на транзистора имат фазово изместване от 180 градуса. Във веригата изходното напрежение V1 и напрежението за обратна връзка V2 имат фазово изместване от 180 градуса. Чрез комбинирането на тези две получаваме общо 360 градуса фазово изместване, от съществено значение за трептенето (наричано критерий на Баркхаузен).

Друго съществено нещо, за да започнете трептенето във веригата, без да прилагате външен сигнал, е да създадете шумово напрежение във веригата. Когато захранването е включено, се създава шумово напрежение с широк спектър на шума и то има необходимия компонент на напрежението на честотата, необходима за осцилатора.

Работата на променлив ток на веригата не се влияе от съпротивлението R1 и R2 за голяма стойност на съпротивлението. Тези два резистора се използват за отклонение на транзистора. Земята и CE се използват за устойчивост на цялостната верига и тези два резистора и кондензатор се използват като резистор на емитер и кондензатор на емитер.

Работата на променлив ток до голяма степен се влияе от резонансната честота на веригата на резервоара. Честотата на трептене може да се определи, като се използва формулата по-долу

F = 1 / 2π√L _T C

Общата индуктивност на веригата на резервоара е L _T = L ₁ + L ₂

Хартли осцилатор, базиран на Op-Amp

В горното изображение е показан осцилаторът на Хартли, базиран на операционен усилвател, където кондензаторът C1 е свързан паралелно с L1 и L2 последователно.

Op-усилвателят е свързан в инвертираща конфигурация, където резисторите R1 и R2 са резистор с обратна връзка. Усилването на напрежението на усилвателя може да се определи по посочената по-долу формула -

A = - (R2 / R1)

Напрежението на обратната връзка и изходното напрежение също са обозначени в горната верига на осцилатора на Хартли, базирана на оп-усилвател.

Честотата на трептенето може да се изчисли, като се използва същата формула, която се използва в транзисторната осцилаторна секция на Хартли.

Осцилаторът на Хартли обикновено се колебае в радиочестотния диапазон. Честотата може да варира чрез промяна на стойността на индуктор или кондензатори или и двете. За избора на променлив компонент, кондензаторите се избират над индукторите, тъй като те могат лесно да се променят от индукторите. Честотата на трептене може да се променя в съотношение 3: 1 за плавни вариации.

Пример за осцилатор Хартли

Да предположим, че осцилатор на Хартли с променлива честота от 60-120 KHz се състои от тример кондензатор (100 pF до 400 pF). Резервоарната верига има две индуктори, където стойността на една индуктивност е 39uH. Така че, за да намерим стойността на други индуктори, ще следваме следната процедура:

Честотата на осцилатора на Хартли е-

F = 1 / 2π√L _T C

В тази ситуация, когато честотата варира между 60 и 120 kHz, което е съотношение 1: 2. Вариацията на честотата може да бъде получена чрез двойка намотки, тъй като капацитетът варира в съотношение 100pF: 400 pF, което е съотношение 1: 4.

Така че, когато честотата F е 60 kHz, капацитетът е 400 pF.

Сега,

И така, общият капацитет е 17,6 mH, а стойността на другия индуктор е

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

Разлики между осцилатора Хартли и осцилатора Колпитс

Осцилаторът на Colpitts е много подобен на осцилатора на Хартли, но има разлика в конструкцията между тези два. Въпреки че Хартли и Колпитс и двата осцилатора имат три компонента в резервоарната верига, осцилаторът на Колпитс използва един индуктор успоредно с два кондензатора последователно, докато осцилаторът Хартли използва точно противоположно, един единичен кондензатор успоредно с два индуктора последователно.

Предимства и недостатъци на осцилатора Хартли

Предимства:

1. Изходната амплитуда не е пропорционална на променливия честотен диапазон и амплитудата остава почти постоянна.

2. Честотата е лесно контролируема с помощта на тример вместо фиксиран кондензатор в резервоарната верига.

3. Добре подходящ за приложения с радиочестотен обхват поради стабилното генериране на RF честота.

Недостатъци

1. Осцилаторът Хартли осигурява изкривена синусоида и не е подходящ за операции, свързани с чиста синусоида. Основната причина за този недостатък е голямото количество хармоници, индуцирани в изхода.

2. При ниска честота стойността на индуктора става голяма.

Осцилаторна верига на Хартли се използва главно за генериране на синусоида в различни устройства като радиопредавател и приемници.