- A tartály áramköre
- Tranzisztor alapú
- A Hartley oszcillátor áramkör működése
- Op-Amp alapú Hartley oszcillátor
- Példa a Hartley-oszcillátorra
- Különbségek a Hartley-oszcillátor és a Colpitts-oszcillátor között
- A Hartley oszcillátor előnyei és hátrányai
Egyszerűbben fogalmazva, az oszcillátor egy áramkör, amely átalakítja az egyenáramot a tápforrástól az váltakozó áramúvá a terheléssé. Az oszcillátorrendszer aktív és passzív komponensek felhasználásával épül fel, és szinuszos vagy bármilyen más ismétlődő hullámforma előállítására szolgál a kimeneten, külső bemeneti jel alkalmazása nélkül. Korábbi oktatóanyagainkban néhány oszcillátorról beszéltünk:
- Colpitts oszcillátor
- RC fázisváltó oszcillátor
- Wein híd oszcillátor
- Kvarc-kristály oszcillátor
- Fáziseltolásos oszcillátor áramkör
- Feszültségvezérelt oszcillátor (VCO)
Bármilyen rádió-TV adó vagy vevő, vagy bármilyen laboratóriumi vizsgálati berendezés rendelkezik oszcillátorral. Ez az órajel előállításának fő alkotóeleme. Egy egyszerű oszcillátor alkalmazás látható egy nagyon elterjedt eszközben, például egy órában. Az órák oszcillátort használnak 1 Hz-es órajel előállításához.
Az oszcillátorokat a kimeneti hullámformától függően szinuszos oszcillátornak vagy relaxációs oszcillátornak osztályozzák. Ha egy oszcillátor határozott frekvenciájú szinuszos hullámot hoz létre a kimeneten, akkor az oszcillátort szinuszos oszcillátornak nevezzük. A relaxációs oszcillátorok nem szinuszos hullámokat, például négyzet vagy háromszög alakú hullámokat, vagy bármilyen hasonló hullámot adnak a kimeneten.
A kimeneti jelen alapuló oszcillátor osztályozáson kívül az oszcillátorok az áramkör felépítésével osztályozhatók, például negatív ellenállás oszcillátor, visszacsatoló oszcillátor stb.
A Hartley oszcillátor egyike az LC típusú (induktor-kondenzátor) visszacsatoló oszcillátornak, amelyet Ralph Hartley amerikai mérnök talált ki 1915-ben. Ebben az oktatóanyagban megvitatjuk a Hartley oszcillátor felépítését és alkalmazását.
A tartály áramköre
A Hartley oszcillátor egy LC oszcillátor. Az LC oszcillátor egy tartály áramkörből áll, amely elengedhetetlen része a szükséges rezgés előállításához. A tartály áramkör három alkatrészt, két induktivitást és egy kondenzátort használ. A kondenzátor két soros induktivitással párhuzamosan csatlakozik. Az alábbiakban a Harley Oscillator kapcsolási rajza látható:
Miért hívják az induktor-kondenzátor kombinációt tartály áramkörnek? Mivel az LC áramkör tárolja az oszcilláció frekvenciáját. A tartály áramkörében a kondenzátort és két soros induktivitást ismételten feltöltik és kisütik, amelyek rezgést produkálnak. A töltés és kisütés időzítése, más szavakkal, a kondenzátor és az induktorok értéke a fő meghatározó tényező az oszcillációs frekvenciának.
Tranzisztor alapú
A fenti képen egy praktikus Hartley oszcillátor áramkör látható, ahol aktív komponens a PNP tranzisztor. Az áramkörben a kimeneti feszültség a tartály áramkörén jelenik meg, amely csatlakozik a kollektorhoz. Azonban a visszacsatolási feszültség a kimeneti feszültség része is, amelyet V1-nek jelölünk, és az L1 induktoron keresztül jelenik meg.
A frekvencia egyenesen arányos a kondenzátor és az induktor értékeinek arányával.
A Hartley oszcillátor áramkör működése
A Hartley oszcillátor aktív komponense a tranzisztor. A jellemzők aktív tartományában lévő egyenáramú működési pontot az R1, R2, RE ellenállások és a VCC kollektoros tápfeszültség szabályozza. A CB kondenzátor blokkoló kondenzátor, a CE pedig húsvéti bypass kondenzátor.
A tranzisztor közös emitter konfigurációban van konfigurálva. Ebben a konfigurációban a tranzisztor bemeneti és kimeneti feszültsége 180 fokos fáziseltolással rendelkezik. Az áramkörben a V1 kimeneti feszültség és a V2 visszacsatolási feszültség 180 fokos fáziseltolással rendelkezik. E kettő fésülésével összesen 360 fokos fáziseltolódást kapunk, ami elengedhetetlen az oszcillációhoz (Barkhausen-kritériumként hivatkozva).
Egy másik lényeges dolog az áramkör belsejében történő rezgés megkezdéséhez külső jel alkalmazása nélkül az, hogy zajfeszültséget kell létrehozni az áramkörön belül. A tápellátás bekapcsolásakor a zajfeszültség széles spektrummal keletkezik, és a frekvencián megvan a szükséges feszültségkomponens, amely szükséges az oszcillátorhoz.
Az áramkör váltakozó áramú működését nem befolyásolja az R1 és R2 ellenállás nagy ellenállási érték esetén. Ezt a két ellenállást használják a tranzisztor előfeszítéséhez. A földet és a CE-t használják a teljes áramkör immunitására, és ezt a két ellenállást és kondenzátort emitter-ellenállásként és emitter-kondenzátorként használják.
A váltakozó áramú működést nagymértékben befolyásolja a tartály áramkörének rezonáns frekvenciája. Az oszcilláció gyakorisága az alábbi képlet segítségével határozható meg:
F = 1 / 2π√L T C
A tartálykör teljes induktivitása L T = L 1 + L 2
Op-Amp alapú Hartley oszcillátor
A fenti képen az op-amp alapú Hartley oszcillátor látható, ahol a C1 kondenzátor párhuzamosan csatlakozik az L1-hez és az L2-hez sorosan.
Az Op-ampert invertáló konfigurációban csatlakoztatják, ahol az R1 és R2 ellenállás a visszacsatoló ellenállás. Az erősítő feszültség erősítése az alábbiakban megadott képlettel határozható meg -
A = - (R2 / R1)
A visszacsatolási feszültséget és a kimeneti feszültséget a fenti op-amp alapú Hartley oszcillátor áramkör is jelöli.
Az oszcilláció frekvenciája ugyanazon képlet segítségével számítható ki, amelyet a tranzisztor alapú Hartley oszcillátor szakaszban használnak.
A Hartley oszcillátor általában az RF tartományban oszcillál. A frekvencia változtatható az induktor vagy a kondenzátorok vagy mindkettő értékének megváltoztatásával. A változó komponens kiválasztásához kondenzátorokat választanak az induktorok fölött, mivel azok könnyen változtathatóak, mint az induktorok. A rezgés frekvenciája 3: 1 arányban változtatható a sima variációk érdekében.
Példa a Hartley-oszcillátorra
Tegyük fel, hogy egy 60–120 KHz változó frekvenciájú Hartley-oszcillátor egy trimmer kondenzátorból áll (100–400 pF). A tartály áramkörének két induktivitása van, ahol az egyik induktivitás értéke 39uH. Tehát a többi induktor értékének megtalálásához kövesse az alábbi eljárást:
A Hartley oszcillátor frekvenciája
F = 1 / 2π√L T C
Ebben a helyzetben, ahol a frekvencia 60 és 120 kHz között változik, ami 1: 2 arány. A frekvencia változása egy tekercspárral érhető el, mivel a kapacitás 100pF: 400 pF arányban változik, ami 1: 4 arány.
Tehát, ha az F frekvencia 60 kHz, a kapacitás 400 pF.
Most,
Tehát a teljes kapacitás 17,6 mH, a többi induktor értéke pedig
17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.
Különbségek a Hartley-oszcillátor és a Colpitts-oszcillátor között
A Colpitts oszcillátor nagyon hasonlít a Hartley oszcillátorra, de a kettő között különbség van a felépítésben. Bár a Hartley és a Colpitts, mindkét oszcillátornak három alkatrésze van a tartály áramkörében, a Colpitts oszcillátor egyetlen induktivitást használ párhuzamosan két soros kondenzátorral, míg a Hartley oszcillátor pontosan ellentétes, egyetlen kondenzátort használ párhuzamosan két soros induktorral.
A Hartley oszcillátor előnyei és hátrányai
Előnyök:
1. A kimeneti amplitúdó nem arányos a változó frekvenciatartománnyal, és az amplitúdó állandó közelében marad.
2. A frekvencia könnyen szabályozható trimmerrel a tartály áramkörében lévő fix kondenzátor helyett.
3. Jól alkalmazható rádiófrekvenciás alkalmazásokhoz a stabil RF frekvenciagenerálás miatt.
Hátrányok
1. A Hartley oszcillátor torz szinuszhullámot biztosít, és nem alkalmas tiszta szinuszhullámokkal kapcsolatos műveletekhez. Ennek a hátránynak a fő oka a kimeneten kiváltott magas harmonikus mennyiség.
2. Alacsony frekvencián az induktor értéke nagy lesz.
A Hartley oszcillátor áramkört elsősorban szinusz hullám előállítására használják különféle eszközökben, például rádióadókban és vevőkben.