Hartley osciliatorius

Paprasčiau tariant, osciliatorius yra grandinė, paverčianti nuolatinę energiją nuo maitinimo šaltinio iki kintamosios srovės į apkrovą. Osciliatorių sistema yra sukurta naudojant aktyviuosius ir pasyviuosius komponentus ir naudojama sinusoidinėms ar bet kokioms kitoms pasikartojančioms bangos formoms gaminti išvestyje, netaikant išorinio įvesties signalo. Mes aptarėme keletą osciliatorių ankstesnėse mokymo programose:

• „Colpitts“ osciliatorius
• RC fazės poslinkio osciliatorius
• Veino tilto osciliatorius
• Kvarcinio kristalo osciliatorius
• Fazės poslinkio osciliatoriaus grandinė
• Valdomas įtampos osciliatorius (VCO)

Osciliatorių turi bet koks radijo televizijos siųstuvas ar imtuvas ar laboratorijos tyrimų įranga. Tai yra pagrindinis komponentas gaminant laikrodžio signalą. Paprastą osciliatoriaus taikymą galima pamatyti labai įprastame įrenginyje, pavyzdžiui, laikrodyje. Laikrodžiai naudoja osciliatorių, kad gautų 1 Hz laikrodžio signalą.

Osciliatoriai klasifikuojami kaip sinusoidiniai arba relaksaciniai osciliatoriai, priklausomai nuo išėjimo bangos formos. Jei osciliatorius sukuria sinusoidinę bangą, kurios išėjimo dažnis yra apibrėžtas, osciliatorius vadinamas sinusoidiniu osciliatoriumi. Relaksaciniai osciliatoriai išėjime skleidžia ne sinusoidines bangas, tokias kaip kvadratinė, trikampė, ar bet kokio panašaus tipo.

Išskyrus osciliatorių klasifikacijas pagal išėjimo signalą, osciliatorius galima klasifikuoti naudojant grandinės konstrukciją, pvz., Neigiamą varžos osciliatorių, grįžtamojo ryšio osciliatorių ir kt.

Hartley osciliatorius yra vienas LC tipas (Induktyvumo-kondensatorius) grįžtamojo ryšio osciliatorius, kuris išrado 1915 metais Amerikos inžinierius Robertas Hartley. Šioje pamokoje aptarsime Hartley osciliatoriaus konstrukciją ir pritaikymą.

Tanko grandinė

Hartley osciliatorius yra LC osciliatorius. LC osciliatorius susideda iš bako grandinės, kuri yra būtina dalis reikalingam svyravimui sukelti. Bako grandinėje naudojami trys komponentai, du induktoriai ir kondensatorius. Kondensatorius sujungtas lygiagrečiai su dviem serijiniais induktoriais. Žemiau yra „Harley Oscillator“ grandinės schema:

Kodėl induktoriaus ir kondensatoriaus derinys vadinamas bako grandine? Kadangi LC grandinė saugo svyravimo dažnį. Bako grandinėje kondensatorius ir du serijiniai induktoriai yra kartojami ir iškraunami vienas po kito, o tai sukelia virpesius. Įkrovimo ir iškrovimo laikas arba, kitaip tariant, kondensatoriaus ir induktorių vertė yra pagrindinis svyravimo dažnį lemiantis veiksnys.

Tranzistorių pagrindu

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta praktinė Hartley osciliatoriaus grandinė, kurioje aktyvus komponentas yra PNP tranzistorius. Kontūre išėjimo įtampa atsiranda ant bako grandinės, kuri yra prijungta prie kolektoriaus. Tačiau grįžtamoji įtampa taip pat yra išėjimo įtampos dalis, kuri žymima kaip V1, rodoma per induktorių L1.

Dažnis yra tiesiogiai proporcingas kondensatorių ir induktyvumo ritės vertybių santykį.

Hartley osciliatoriaus grandinės darbas

Aktyvus Hartley osciliatoriaus komponentas yra tranzistorius. Aktyviojoje charakteristikų srityje nuolatinės srovės veikimo tašką reguliuoja rezistoriai R1, R2, RE ir kolektoriaus maitinimo įtampa VCC. Kondensatorius CB yra blokuojantis kondensatorius, o CE - Velykų apėjimo kondensatorius.

Tranzistorius sukonfigūruotas bendro emiterio konfigūracijos. Šioje konfigūracijoje tranzistoriaus įėjimo ir išėjimo įtampa turi 180 laipsnių fazės poslinkį. Grandinėje išėjimo įtampa V1 ir grįžtamoji įtampa V2 turi 180 laipsnių fazės poslinkį. Šukuodami šias dvi gauname bendrą 360 laipsnių fazės poslinkį, būtiną svyravimui (vadinamą Barkhauzeno kriterijumi).

Kitas esminis dalykas norint pradėti virpesius grandinės viduje netaikant išorinio signalo, yra triukšmo įtampos generavimas grandinės viduje. Įjungus maitinimą, susidaro plataus triukšmo spektro triukšmo įtampa ir ji turi reikiamą įtampos komponentą, reikalingą osciliatoriui.

Grandinės kintamosios srovės veikimui didelės varžos vertės atsparumas R1 ir R2 neturi įtakos. Šie du rezistoriai naudojami tranzistoriaus įtempimui. Žemė ir CE yra naudojami visos grandinės atsparumui, o šie du rezistoriai ir kondensatorius naudojami kaip emiterio rezistorius ir emiterio kondensatorius.

Kintamosios srovės veikimą didelę įtaką daro rezervuaro grandinės rezonansinis dažnis. Svyravimo dažnį galima nustatyti naudojant šią formulę:

F = 1 / 2π√L _T C

Bendras bako grandinės induktyvumas yra L _T = L ₁ + L ₂

„Op-Amp“ pagrindu veikiantis „Hartley“ osciliatorius

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje buvo parodytas op-amp pagrindu veikiantis Hartley osciliatorius, kuriame kondensatorius C1 nuosekliai sujungtas lygiagrečiai su L1 ir L2.

Op-amp yra prijungtas atvirkštine konfigūracija, kur rezistorius R1 ir R2 yra grįžtamojo ryšio rezistorius. Stiprintuvo įtampos padidėjimą galima nustatyti pagal toliau nurodytą formulę -

A = - (R2 / R1)

Grįžtamojo ryšio įtampa ir išėjimo įtampa taip pat žymimi pirmiau pateiktoje op-amp pagrindu veikiančioje Hartley osciliatoriaus grandinėje.

Svyravimo dažnį galima apskaičiuoti naudojant tą pačią formulę, kuri naudojama tranzistoriaus pagrindu veikiančiame Hartley osciliatoriaus skyriuje.

Hartley osciliatorius dažniausiai svyruoja RF diapazone. Dažnis gali būti keičiamas keičiant induktoriaus ar kondensatorių vertę arba abu. Norint pasirinkti kintamą komponentą, kondensatoriai pasirenkami virš induktorių, nes juos galima lengvai keisti nei induktorius. Sklandiems svyravimams svyravimo dažnį galima pakeisti santykiu 3: 1.

Hartley osciliatoriaus pavyzdys

Tarkime, kad Hartley osciliatorius, kurio kintamas dažnis yra 60–120 KHz, susideda iš trimerio kondensatoriaus (nuo 100 pF iki 400 pF). Bako grandinėje yra du induktoriai, kur vieno induktoriaus vertė yra 39uH. Taigi norėdami sužinoti kito induktoriaus vertę, atliksime šią procedūrą:

Hartley osciliatoriaus dažnis yra

F = 1 / 2π√L _T C

Šioje situacijoje, kai dažnis svyruoja nuo 60 iki 120 kHz, tai yra santykis 1: 2. Dažnio kitimą galima gauti poromis ritinių, nes talpa kinta santykiu 100pF: 400 pF, kuris yra 1: 4.

Taigi, kai dažnis F yra 60 kHz, talpa yra 400 pF.

Dabar,

Taigi, bendra talpa yra 17,6 mH, o kito induktoriaus vertė yra

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

Hartley osciliatoriaus ir Colpitts osciliatoriaus skirtumai

„Colpitts“ osciliatorius yra labai panašus į „Hartley“ osciliatorių, tačiau tarp šių dviejų konstrukcijų yra skirtumų. Nors Hartley ir Colpitts, abu osciliatoriai turi tris komponentus bako grandinėje, Colpitts osciliatorius naudoja vieną induktorių lygiagrečiai su dviem serijiniais kondensatoriais, o Hartley osciliatorius naudoja visiškai priešingą, vieną kondensatorių lygiagrečiai su dviem induktoriais nuosekliai.

Hartley osciliatoriaus privalumai ir trūkumai

Privalumai:

1. Išėjimo amplitudė nėra proporcinga kintamam dažnių diapazonui, o amplitudė išlieka beveik pastovi.

2. Dažnis yra lengvai valdomas naudojant trimerį, o ne fiksuotą kondensatorių bako grandinėje.

3. gerai tinka radijo dažnių diapazonui dėl stabilaus radijo dažnių generavimo.

Trūkumai

1. Hartley osciliatorius sukuria iškraipytą sinusinę bangą ir netinka grynoms sinusinėms bangoms susijusioms operacijoms. Pagrindinė šio trūkumo priežastis yra didelis išvesties metu sukeltų harmonikų kiekis.

2. Žemu dažniu induktoriaus vertė tampa didelė.

„Hartley“ osciliatoriaus grandinė daugiausia naudojama sinusinei bangai generuoti įvairiuose įrenginiuose, pavyzdžiui, radijo siųstuvuose ir imtuvuose.