- Tank krogotok
- Na osnovi tranzistorja
- Delovanje oscilatorja Hartley
- Hartleyjev oscilator na osnovi op-amp
- Primer oscilatorja Hartley
- Razlike med oscilatorjem Hartley in oscilatorjem Colpitts
- Prednosti in slabosti oscilatorja Hartley
Preprosto povedano, oscilator je vezje, ki pretvori enosmerno energijo iz napajalnega vira v izmenično moč v obremenitev. Sistem oscilatorjev je zgrajen tako z aktivnimi kot pasivnimi komponentami in se uporablja za izdelavo sinusoidnih ali drugih ponavljajočih se valovnih oblik na izhodu brez kakršnega koli zunanjega vhodnega signala. V prejšnjih vajah smo razpravljali o nekaj oscilatorjih:
- Oscilator Colpitts
- Oscilator RC faznega premika
- Wein Bridge oscilator
- Kvarčni kristalni oscilator
- Vezje oscilatorja faznega premika
- Oscilator z napetostnim nadzorom (VCO)
Oscilator ima kateri koli oddajnik ali sprejemnik radiotelevizije ali katera koli laboratorijska preskusna oprema. Je glavna komponenta za izdelavo takta. Preprost oscilator je mogoče videti v zelo pogosti napravi, kot je ura. Ure z oscilatorjem proizvajajo signal ure 1 Hz.
Oscilatorji so razvrščeni kot sinusoidni oscilator ali relaksacijski oscilator, odvisno od izhodne valovne oblike. Če oscilator proizvaja sinusni val z določeno frekvenco po izhodu, se oscilator imenuje sinusni oscilator. Sprostitveni oscilatorji zagotavljajo nesinusoidne valove, kot so kvadratni ali trikotni valovi ali katere koli podobne vrste valov preko izhoda.
Razen klasifikacij oscilatorjev, ki temeljijo na izhodnem signalu, lahko oscilatorje razvrstimo z uporabo vezja, kot so oscilator negativnega upora, oscilator povratne informacije itd.
Hartley oscilator je eden od tipa LC (Indukcijska-kondenzator) povratnih oscilator, ki je izumil leta 1915, ki ga je ameriški inženir Ralph Hartley. V tej vadnici bomo razpravljali o konstrukciji in uporabi oscilatorja Hartley.
Tank krogotok
Hartleyjev oscilator je LC oscilator. LC oscilator je sestavljen iz krogotoka rezervoarja, ki je bistven del potrebnega nihanja. Krog rezervoarja uporablja tri komponente, dve induktorji in kondenzator. Kondenzator je povezan vzporedno z dvema zaporednima induktorjema. Spodaj je diagram vezja oscilatorja Harley:
Zakaj je kombinacija induktor-kondenzator imenovana krogotok rezervoarja? Ker LC vezje shrani frekvenco nihanja. V krogu rezervoarja se kondenzator in dve zaporedni induktorji med seboj ponavljata in polnita, kar povzroča nihanje. Čas polnjenja in praznjenja ali z drugimi besedami vrednost kondenzatorja in tuljav je glavni dejavnik, ki določa frekvenco nihanja.
Na osnovi tranzistorja
Na zgornji sliki je prikazano praktično vezje oscilatorja Hartley, kjer je aktivna komponenta PNP tranzistor. V vezju se izhodna napetost pojavi na krogu rezervoarja, ki je povezan z zbiralnikom. Vendar pa je povratna napetost tudi del izhodne napetosti, ki je označena kot V1, ki se pojavlja na induktorju L1.
Frekvenca je neposredno sorazmeren razmerju kondenzatorja in indukcijske tuljave vrednot.
Delovanje oscilatorja Hartley
Aktivna komponenta oscilatorja Hartley je tranzistor. Točko enosmernega toka v aktivnem območju značilnosti urejajo upori R1, R2, RE in napajalna napetost kolektorja VCC. Kondenzator CB je blokirni kondenzator, CE pa velikonočni obvodni kondenzator.
Tranzistor nastavljen v splošni konfiguraciji oddajnik. V tej konfiguraciji imata vhodna in izhodna napetost tranzistorja fazni premik za 180 stopinj. V vezju imata izhodna napetost V1 in povratna napetost V2 fazni premik za 180 stopinj. S kombinacijo teh dveh dobimo skupno 360 stopinj faznega premika, ki je bistvenega pomena za nihanje (imenovano Barkhausenovo merilo).
Druga bistvena stvar za začetek nihanja znotraj vezja brez uporabe zunanjega signala je ustvariti napetost hrupa znotraj vezja. Ko je napajanje vklopljeno, nastane šumna napetost s širokim spektrom hrupa in ima zahtevano napetostno komponento na frekvenci, ki je potrebna za oscilator.
Upor R1 in R2 pri veliki vrednosti upora ne vpliva na delovanje vezja na izmenični tok. Ta dva upora se uporabljata za odklon tranzistorja. Zemlja in CE se uporabljata za odpornost celotnega vezja, ta dva upora in kondenzator pa se uporabljata kot emiterski upor in sevalni kondenzator.
Na delovanje izmeničnega toka v veliki meri vpliva resonančna frekvenca krogotoka rezervoarja. Frekvenco nihanja lahko določimo z uporabo spodnje formule -
F = 1 / 2π√L T C
Skupna induktivnost kroga rezervoarja je L T = L 1 + L 2
Hartleyjev oscilator na osnovi op-amp
Na zgornji sliki je prikazan Hartleyev oscilator na osnovi op-amp, kjer je kondenzator C1 povezan vzporedno z L1 in L2 zaporedno.
Op-amp je povezan v obrnjeni konfiguraciji, kjer sta upor R1 in R2 povratni upor. Povečanje napetosti ojačevalnika lahko določimo po spodnji formuli -
A = - (R2 / R1)
Povratna napetost in izhodna napetost sta označeni tudi v zgornjem vezju oscilatorja Hartley na osnovi op-amp.
Frekvenco nihanja lahko izračunamo po isti formuli, ki se uporablja v odseku Hartleyevih oscilatorjev na osnovi tranzistorjev.
Hartleyev oscilator običajno niha v RF območju. Frekvenco lahko spreminjamo s spreminjanjem vrednosti induktorja ali kondenzatorjev ali obojega. Za izbiro spremenljive komponente so nad induktorji izbrani kondenzatorji, saj jih je mogoče enostavno spreminjati kot induktorje. Frekvenco nihanja lahko pri gladkih variacijah spremenimo v razmerju 3: 1.
Primer oscilatorja Hartley
Recimo, da je Hartleyev oscilator s spremenljivo frekvenco 60-120 KHz sestavljen iz trimer kondenzatorja (100 pF do 400 pF). Krog rezervoarja ima dve induktorji, pri čemer je vrednost ene induktorja 39uH. Da bi našli vrednost drugega induktorja, bomo sledili spodnjemu postopku:
Frekvenca Hartleyevih oscilatorjev je
F = 1 / 2π√L T C
V tem primeru se frekvenca giblje med 60 in 120 kHz, kar je razmerje 1: 2. Spreminjanje frekvence lahko dobimo s parom tuljav, saj se kapacitivnost spreminja v razmerju 100pF: 400 pF, kar je razmerje 1: 4.
Torej, ko je frekvenca F 60 kHz, je kapacitivnost 400 pF.
Zdaj,
Torej, skupna kapacitivnost je 17,6 mH, vrednost drugega induktorja pa
17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.
Razlike med oscilatorjem Hartley in oscilatorjem Colpitts
Oscilator Colpitts je zelo podoben oscilatorju Hartley, vendar med njima obstaja razlika v konstrukciji. Čeprav imata Hartley in Colpitts oba oscilatorja tri sklope v krogu rezervoarja, oscilator Colpitts vzporedno uporablja en induktor z dvema kondenzatorjema v zaporedju, medtem ko Hartleyjev oscilator uporablja ravno nasprotno, en sam kondenzator vzporedno z dvema induktorjema v seriji.
Prednosti in slabosti oscilatorja Hartley
Prednosti:
1. Izhodna amplituda ni sorazmerna s spremenljivim frekvenčnim območjem in amplituda ostaja blizu konstantne.
2. Frekvenco je enostavno nadzorovati z uporabo trimerja namesto fiksnega kondenzatorja v krogu rezervoarja.
3. Zaradi stabilne generacije RF frekvence je primeren za uporabo v radiofrekvenčnem območju.
Slabosti
1. Harleyev oscilator zagotavlja popačen sinusni val in ni primeren za operacije, povezane s čistim sinusnim valom. Glavni razlog za to pomanjkljivost je velika količina harmonikov, induciranih v izhodu.
2. Pri nizkih frekvencah se vrednost induktorja poveča.
Hartley Oscillator Circuit se večinoma uporablja za generiranje sinusnega vala v različnih napravah, kot so radijski oddajnik in sprejemniki.