- El circuit de tancs
- Basat en transistors
- Funcionament del circuit oscil·lador Hartley
- Oscil·lador Hartley basat en Op-Amp
- Exemple de l'oscillador Hartley
- Diferències entre l'oscil·lador Hartley i l'oscil·lador Colpitts
- Avantatges i desavantatges de l'oscil·lador Hartley
En termes senzills, l'oscil·lador és un circuit que converteix la potència de CC de la font d'alimentació a la CA de la càrrega. El sistema oscil·lador es construeix utilitzant components actius i passius i s’utilitza per a la producció de formes d’ona sinusoidals o qualsevol altra forma repetitiva a la sortida sense cap aplicació de senyal d’entrada extern. Vam discutir alguns oscil·ladors en els nostres tutorials anteriors:
- Oscil·lador Colpitts
- Oscil·lador de canvi de fase RC
- Oscil·lador del pont Wein
- Oscil·lador de vidre de quars
- Circuit d'oscil·lador de canvi de fase
- Oscil·lador controlat per tensió (VCO)
Qualsevol tipus de transmissor o receptor de ràdio-TV o qualsevol equip de prova de laboratori té l'oscil·lador. És el component principal per produir el senyal del rellotge. Es pot veure una simple aplicació d’oscil·ladors dins d’un dispositiu molt comú, com ara un rellotge. Els rellotges fan servir un oscil·lador per produir un senyal de rellotge d’1 Hz.
Els oscil·ladors es classifiquen com a oscil·lador sinusoïdal o com a oscil·lador de relaxació en funció de la forma d’ona de sortida. Si un oscil·lador produeix una ona sinusoïdal amb freqüència definida a través de la sortida, l’oscil·lador s’anomena oscil·lador sinusoïdal. Els oscil·ladors de relaxació proporcionen ones no sinusoïdals com ara ona quadrada o triangular o qualsevol tipus similar d'ona a través de la sortida.
A part de les classificacions de l’oscil·lador basades en el senyal de sortida, els oscil·ladors es poden classificar utilitzant la construcció del circuit com ara l’oscil·lador de resistència negativa, l’oscil·lador de retroalimentació, etc.
L' oscil·lador Hartley és un dels oscil·ladors de retroalimentació de tipus LC (condensador-inductor) que va ser inventat el 1915 per l'enginyer nord-americà Ralph Hartley. En aquest tutorial, parlarem de la construcció i aplicació de l'oscil·lador Hartley.
El circuit de tancs
L’oscil·lador Hartley és un oscil·lador LC. Un oscil·lador LC consisteix en un circuit de tanc que és una part essencial per produir l’oscil·lació necessària. El circuit del tanc utilitza tres components, dos inductors i un condensador. El condensador està connectat en paral·lel amb dos inductors de sèrie. A continuació es mostra el diagrama de circuits de l’oscil·lador Harley:
Per què la combinació inductor-condensador s’anomena circuit tanc? Com que el circuit LC emmagatzema la freqüència de l’oscil·lació. Al circuit del tanc, el condensador i dos inductors de la sèrie s’estan carregant i descarregant repetidament, cosa que produeix una oscil·lació. El temps de càrrega i descàrrega o, dit d’una altra manera, el valor del condensador i dels inductors és el principal factor determinant de la freqüència d’oscil·lació.
Basat en transistors
A la imatge anterior, es mostra un pràctic circuit oscil·lador de Hartley on un component actiu és el transistor PNP. Al circuit, la tensió de sortida apareix a través del circuit del tanc que està connectat al col·lector. No obstant això, la tensió de retroalimentació també és una part de la tensió de sortida que es denota com a V1, que apareix a través de l’inductor L1.
La freqüència és directament proporcional a la relació dels valors del condensador i dels inductors.
Funcionament del circuit oscil·lador Hartley
El component actiu de l’oscil·lador Hartley és el transistor. El punt de funcionament de CC a la regió activa de les característiques està governat per les resistències R1, R2, RE i la tensió d'alimentació del col·lector VCC. El condensador CB és el condensador de bloqueig i el CE és un condensador de derivació de Setmana Santa.
El transistor configurat en configuració d'emissor comú. En aquesta configuració, la tensió d’entrada i sortida del transistor té un desplaçament de fase de 180 graus. Al circuit, la tensió de sortida V1 i la tensió de retroalimentació V2 tenen un desplaçament de fase de 180 graus. Comptant aquests dos, obtenim un desplaçament de fase total de 360 graus, essencial per a l’oscil·lació (anomenat criteri de Barkhausen).
Una altra cosa essencial per iniciar l'oscil·lació a l'interior del circuit sense aplicar cap senyal extern és produir tensió de soroll a l'interior del circuit. Quan s’encén l’alimentació, es produeix una tensió de soroll amb un ampli espectre de soroll i té el component de tensió requerit a la freqüència necessària per a l’oscil·lador.
El funcionament en corrent altern del circuit no es veu afectat per la resistència R1 i R2 per obtenir un valor de resistència gran. Aquests dos resistors s’utilitzen per a la polarització del transistor. La terra i el CE s’utilitzen per a la immunitat del circuit general i aquests dos resistors i condensadors s’utilitzen com a resistència emissora i condensador emissor.
El funcionament de corrent altern es veu afectat en gran mesura per la freqüència de ressonància del circuit del tanc. La freqüència de l’oscil·lació es pot determinar utilitzant la fórmula següent:
F = 1 / 2π√L T C
La inductància total del circuit del tanc és L T = L 1 + L 2
Oscil·lador Hartley basat en Op-Amp
A la imatge anterior, s'ha mostrat l'oscil·lador Hartley basat en amplificador operatiu on el condensador C1 està connectat en paral·lel amb L1 i L2 en sèrie.
L'amplificador operatiu està connectat en una configuració inversora, on la resistència R1 i R2 és la resistència de retroalimentació. El guany de tensió de l'amplificador es pot determinar mitjançant la fórmula esmentada a continuació:
A = - (R2 / R1)
La tensió de retroalimentació i la tensió de sortida també es denoten en el circuit oscil·lador Hartley basat en amplificador operacional anterior.
La freqüència de l’oscil·lació es pot calcular utilitzant la mateixa fórmula que s’utilitza a la secció de l’oscil·lador Hartley basat en transistors.
L’oscil·lador de Hartley sol oscil·lar en el rang de RF. La freqüència es pot variar alterant el valor de l’inductor o dels condensadors o ambdós. Per a la selecció d’un component variable, els condensadors s’escullen per sobre dels inductors, ja que es poden variar fàcilment que els inductors. La freqüència de l'oscil·lació es pot canviar en una proporció de 3: 1 per a variacions suaus.
Exemple de l'oscillador Hartley
Suposem que un oscil·lador Hartley amb una freqüència variable de 60-120 KHz consisteix en un condensador de tall (100 pF a 400 pF). El circuit del tanc té dos inductors on el valor d’un inductor és de 39uH. Per trobar el valor d’un altre inductor, seguirem el procediment següent:
La freqüència de l’oscil·lador Hartley és
F = 1 / 2π√L T C
En aquesta situació on la freqüència varia entre 60 i 120 kHz, que és una proporció 1: 2. La variació de la freqüència es pot obtenir mitjançant un parell de bobines ja que la capacitat varia en la proporció de 100pF: 400 pF, que és una proporció d’1: 4.
Per tant, quan la freqüència F és de 60 kHz, la capacitat és de 400 pF.
Ara,
Per tant, la capacitat total és de 17,6 mH i el valor d’un altre inductor és
17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.
Diferències entre l'oscil·lador Hartley i l'oscil·lador Colpitts
L'oscil·lador Colpitts és molt similar a l'oscil·lador Hartley, però hi ha una diferència de construcció entre aquests dos. Tot i que Hartley i Colpitts, tots dos oscil·ladors tenen tres components al circuit del tanc, l’ oscil·lador Colpitts utilitza un sol inductor en paral·lel amb dos condensadors en sèrie, mentre que l’oscil·lador Hartley utilitza exactament el contrari, un condensador únic en paral·lel amb dos inductors en sèrie.
Avantatges i desavantatges de l'oscil·lador Hartley
Avantatges:
1. L’amplitud de sortida no és proporcional al rang de freqüència variable i l’amplitud es manté gairebé constant.
2. La freqüència es pot controlar fàcilment mitjançant un retallador en lloc del condensador fix del circuit del tanc.
3. Ben adequat per a aplicacions de rang de RF a causa de la generació estable de freqüència de RF.
Desavantatges
1. L'oscil·lador Hartley proporciona una ona sinusoïdal distorsionada i no és adequat per a operacions relacionades amb l'ona sinusoïdal pura. El principal motiu d’aquest inconvenient és l’elevada quantitat d’harmònics induïts a la sortida.
2. A baixa freqüència, el valor de l’inductor es fa gran.
El circuit de l'oscil·lador Hartley s'utilitza principalment per generar ona sinusoïdal en diversos dispositius, com ara transmissors i receptors de ràdio.