Хартлеи осцилатор

Једноставно речено, осцилатор је коло које претвара једносмерну снагу из извора напајања у наизменичну струју у оптерећење. Осцилаторни систем је изграђен користећи активне и пасивне компоненте и користи се за производњу синусоидних или било којих других понављајућих таласних облика на излазу без икакве примене спољног улазног сигнала. У претходним водичима разговарали смо о неколико осцилатора:

• Осцилатор Цолпиттс
• РЦ осцилатор померања фазе
• Веин Бридге осцилатор
• Кварцни кристални осцилатор
• Круг осцилатора фазног померања
• Осцилатор контролисан напоном (ВЦО)

Било која врста радио-ТВ предајника или пријемника или било која лабораторијска опрема за испитивање има осцилатор. То је главна компонента за производњу такта. Једноставна апликација осцилатора може се видети у врло уобичајеном уређају као што је сат. Сатови користе осцилатор за производњу такта од 1 Хз.

Осцилатори су класификовани као синусни осцилатор или релаксациони осцилатор у зависности од излазног таласног облика. Ако осцилатор производи синусоидни талас са одређеном фреквенцијом преко излаза, осцилатор се назива синусоидни осцилатор. Опуштајући осцилатори пружају несинусоидне таласе као што су квадратни таласи или троугласти таласи или било која слична врста таласа преко излаза.

Осим класификација осцилатора заснованих на излазном сигналу, осцилатори се могу класификовати помоћу конструкције кола као негативни осцилатор отпора, осцилатор повратне спреге итд.

Хартли осцилатор је један од типа ЛК (индуктор-кондензатор) повратне осцилатора који је измислио 1915. од стране америчког инжењера Ралф Хартлеи. У овом упутству ћемо разговарати о конструкцији и примени Хартлеи осцилатора.

Танк Цирцуит

Хартлеи осцилатор је ЛЦ осцилатор. ЛЦ осцилатор састоји се од резервоарског круга који је битан део за стварање потребних осцилација. Круг резервоара користи три компоненте, две пригушнице и кондензатор. Кондензатор је паралелно повезан са две серијске пригушнице. Испод је схема спојева Харлеи осцилатора:

Зашто се комбинација индуктор-кондензатор назива круг резервоара? Јер ЛЦ коло чува фреквенцију осциловања. У кругу резервоара кондензатор и две серијске пригушнице се међусобно пуне и празне, што производи осцилације. Време пуњења и пражњења или другим речима, вредност кондензатора и пригушница је главни фактор који одређује фреквенцију осциловања.

На бази транзистора

На горњој слици приказано је практично Хартлеи-јево коло осцилатора где је активна компонента ПНП транзистор. У колу се излазни напон појављује на кругу резервоара који је повезан са колектором. Међутим, повратни напон је такође део излазног напона који је означен као В1, а појављује се преко индуктора Л1.

Фреквенција је директно пропорционална односу кондензатора и индуктора вредности.

Рад Хартлеи-јевог осцилаторног круга

Активна компонента у Хартлеи осцилатору је транзистор. Тачком једносмерне струје у активном подручју карактеристика управљају отпорници Р1, Р2, РЕ и напон напајања колектора ВЦЦ. Кондензатор ЦБ је кондензатор за блокирање, а ЦЕ је ускршњи заобилазни кондензатор.

Транзистора конфигурисане у обичном конфигурацији емитер. У овој конфигурацији улазни и излазни напон транзистора имају фазни помак од 180 степени. У колу излазни напон В1 и повратни напон В2 имају фазни помак од 180 степени. Комбиновањем ове две, добијамо укупно 360 степени фазног померања, неопходног за осциловање (означено као Баркхаусенов критеријум).

Још једна битна ствар за покретање осцилације унутар кола без примене спољног сигнала је стварање напона буке унутар кола. Када се напајање укључи, ствара се напон буке са широким спектром буке и он има потребну компоненту напона на фреквенцији потребној за осцилатор.

Отпор Р1 и Р2 при великој вредности отпора не утичу на АЦ рад кола. Ова два отпорника се користе за пристраност транзистора. Уземљење и ЦЕ се користе за имуност целокупног кола, а ова два отпорника и кондензатор користе се као емитерски отпорник и емитерски кондензатор.

На рад наизменичне струје у великој мери утиче резонантна фреквенција круга резервоара. Учесталост осциловања може се одредити помоћу следеће формуле -

Ф = 1 / 2π√Л _Т Ц.

Укупна индуктивност круга резервоара је Л _Т = Л ₁ + Л ₂

Хартлеи осцилатор заснован на оп-амп-у

На горњој слици приказан је Хартлеи-јев осцилатор заснован на опционим појачалима где је кондензатор Ц1 повезан паралелно са Л1 и Л2 у серију.

Оп-појачало је повезано у инвертујућој конфигурацији, где су отпорници Р1 и Р2 повратни отпорник. Појачање напона појачала може се одредити доле наведеном формулом -

А = - (Р2 / Р1)

Повратни напон и излазни напон су такође означени у горе наведеном Хартлеи-јевом осцилаторном колу заснованом на оп-амп-у.

Учесталост осциловања може се израчунати помоћу исте формуле која се користи у одељку Хартлеи осцилатора заснованог на транзистору.

Хартлеи осцилатор обично осцилира у РФ опсегу. Фреквенција се може мењати променом вредности индуктора или кондензатора или оба. За избор променљиве компоненте, кондензатори су изабрани изнад пригушница, јер се они лако могу мењати од пригушница. Учесталост осцилација се може променити у омјеру 3: 1 за глатке варијације.

Пример Хартлеи осцилатора

Претпоставимо да се Хартлеиев осцилатор са променљивом фреквенцијом од 60-120 КХз састоји од тример кондензатора (100 пФ до 400 пФ). Круг резервоара има две пригушнице где је вредност једне пригушнице 39уХ. Дакле, да бисмо пронашли вредност друге пригушнице, следићемо следећи поступак:

Фреквенција Хартлеи-јевог осцилатора је-

Ф = 1 / 2π√Л _Т Ц.

У овој ситуацији када фреквенција варира између 60 и 120 кХз, што је однос 1: 2. Варијација фреквенције може се добити помоћу пара намотаја, пошто капацитивност варира у омјеру 100пФ: 400 пФ, што је однос 1: 4.

Дакле, када је фреквенција Ф 60 кХз, капацитет је 400 пФ.

Сада,

Дакле, укупни капацитет је 17,6 мХ, а вредност другог индуктора је

17,6 мХ - 0,039 мХ = 17,56 мХ.

Разлике између Хартлеи осцилатора и Цолпиттс осцилатора

Цолпиттсов осцилатор је врло сличан Хартлеиевом осцилатору, али постоји разлика у конструкцији између ова два. Иако Хартлеи и Цолпиттс, оба осцилатора имају три компоненте у кругу резервоара, Цолпиттсов осцилатор користи један индуктор паралелно са два кондензатора у серији, док Хартлеи осцилатор користи управо супротно, један појединачни кондензатор паралелно са два индуктора у низу.

Предности и недостаци Хартлеи осцилатора

Предности:

1. Излазна амплитуда није пропорционална променљивом опсегу фреквенција и амплитуда остаје близу константне.

2.Фреквенција се лако контролише помоћу тримера уместо фиксног кондензатора у кругу резервоара.

3.Па погодан за примену РФ домета због стабилне генерације РФ фреквенције.

Мане

1.Хартлеи осцилатор пружа изобличен синусни талас и није погодан за операције повезане са чистим синусним таласом. Главни разлог овог недостатка је велика количина хармоника индукованих кроз излаз.

2.У ниској фреквенцији вредност индуктора постаје велика.

Хартлеи осцилатор круг се углавном користи за генерисање синусног таласа у различитим уређајима попут радио предајника и пријемника.