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Hartley-Oszillator und Hartley-Oszillator-Theorie

Oszillator

Einer der Hauptnachteile der grundlegenden LCOszillatorschaltung, die wir im vorigen Tutorial angesehen haben, ist, dass sie keine Möglichkeit haben, die Amplitude der Oszillationen zu steuern, und es ist auch schwierig, den Oszillator auf die erforderliche Frequenz einzustellen. Wenn die kumulative elektromagnetische Kopplung zwischen L1 und ich2 zu klein ist, würde die Rückkopplung unzureichend sein und die Schwingungen würden schließlich auf null abklingen.

Ebenso war das Feedback zu starkSchwingungen würden in der Amplitude weiter zunehmen, bis sie durch die Schaltungsbedingungen begrenzt sind, die Signalverzerrung erzeugen. Daher wird es sehr schwierig, den Oszillator zu "stimmen".

Es ist jedoch möglich, das genau wiederzugebenrichtige Spannung für Schwingungen mit konstanter Amplitude. Wenn wir mehr als nötig zurückmelden, kann die Amplitude der Oszillationen gesteuert werden, indem der Verstärker so vorgespannt wird, dass die Amplitude der Oszillationen zunimmt, die Vorspannung erhöht und die Verstärkung des Verstärkers verringert wird.

Wenn die Amplitude der Schwingungen abnimmtdie Vorspannung nimmt ab und die Verstärkung des Verstärkers steigt an, wodurch die Rückkopplung erhöht wird. Auf diese Weise wird die Amplitude der Schwingungen mit einem als Automatischer Basis-Bias.

Ein großer Vorteil der automatischen Grundeinstellung in aspannungsgesteuerter Oszillator ist, dass der Oszillator effizienter gemacht werden kann, indem eine Vorspannung der Klasse B oder sogar eine Vorspannung der Klasse C des Transistors bereitgestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Kollektorstrom nur während eines Teils des Schwingungszyklus fließt, so dass der Ruhestrom des Kollektors sehr klein ist. Diese "selbstabstimmende" Basisoszillatorschaltung bildet dann eine der gebräuchlichsten Arten von LC-Parallel-Resonanzrückkopplungsoszillator-Konfigurationen, die als bezeichnet werden Hartley-Oszillator Schaltung.

Hartley-Oszillator-Tankschaltung
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Hartley-Oszillator-Panzerstromkreis

In dem Hartley-Oszillator Der abgestimmte LC-Kreis ist zwischen den geschaltetKollektor und die Basis eines Transistorverstärkers. Bei der Schwingungsspannung ist der Emitter mit einem Abgriffspunkt an der Schwingkreisspule verbunden.

Der Rückkopplungsteil des abgestimmten LC-Tankkreises wird vom Mittelabgriff der Induktorspule oder sogar von zwei separaten in Reihe geschalteten Spulen abgenommen, die wie gezeigt mit einem variablen Kondensator C parallel sind.

Die Hartley-Schaltung wird oft als a bezeichnetSplit-Induction-Oszillator, da die Spule L in der Mitte abgegriffen wird. Tatsächlich wirkt die Induktivität L wie zwei separate Spulen, die sich sehr nahe beieinander befinden. Der durch den Spulenabschnitt XY fließende Strom induziert ein Signal in den darunter liegenden Spulenabschnitt YZ.

Eine Hartley-Oszillatorschaltung kann hergestellt werdenJede Konfiguration, die entweder eine einzelne Abgriffsspule (ähnlich einem Spartransformator) oder ein Paar in Reihe geschalteter Spulen parallel zu einem einzelnen Kondensator verwendet (siehe unten).

Grundlegendes Hartley-Oszillator-Design

Hartley-Oszillatorschaltung

Wenn die Schaltung oszilliert, beträgt die Spannung an Punkt X (Kollektor) relativ zu Punkt Y (Emitter) 180O phasenverschoben zur Spannung am Punkt Z (Basis)relativ zu Punkt Y. Bei der Oszillationsfrequenz ist die Impedanz der Kollektorlast resistiv, und ein Anstieg der Basisspannung führt zu einer Abnahme der Kollektorspannung.

Dann gibt es eine 180O Phasenänderung in der Spannung zwischen Base und Collector und dies zusammen mit der ursprünglichen 180O Die Phasenverschiebung in der Rückkopplungsschleife liefert die korrekte Phasenbeziehung der positiven Rückkopplung, damit die Schwingungen erhalten bleiben.

Die Anzahl der Rückmeldungen hängt von der Position abdes "Anzapfungspunktes" des Induktors. Wenn diese näher an den Kollektor herangeführt wird, wird die Rückkopplungsmenge erhöht, die zwischen Kollektor und Erde verbrauchte Leistung wird jedoch verringert und umgekehrt. Die Widerstände R1 und R2 stellen die übliche stabilisierende DC-Vorspannung für den Transistor auf normale Weise bereit, während die Kondensatoren als DC-Sperrkondensatoren wirken.

In diesem Hartley-Oszillator In einer Schaltung fließt der DC-Kollektorstrom durch einen Teil der Spule, und aus diesem Grund wird die Schaltung als "Reihenschaltung" bezeichnet, wobei die Schwingungsfrequenz des Hartley-Oszillators als angegeben ist.

Hartley-Oszillatorfrequenzgleichung

Anmerkung: LT ist die kumulativ gekoppelte Gesamtinduktivität, wenn zwei separate Spulen einschließlich ihrer gegenseitigen Induktivität M verwendet werden.

Die Frequenz der Schwingungen kann mit eingestellt werdenÄndern des "Abstimm" -Kondensators C oder durch Ändern der Position des Eisen-Staub-Kerns innerhalb der Spule (induktive Abstimmung), wodurch ein Ausgang über einen breiten Frequenzbereich erzeugt wird, was die Abstimmung sehr vereinfacht. Auch die Hartley-Oszillator erzeugt eine über den gesamten Frequenzbereich konstante Ausgangsamplitude.

Neben dem oben beschriebenen seriellen Hartley-Oszillator ist es auch möglich, den abgestimmten Panzerkreis als Shunt-Oszillator über den Verstärker zu schalten, wie unten gezeigt.

Shunt-gefütterte Hartley-Oszillatorschaltung

Nebenstrom-Hartley-Oszillatorschaltung

In der Shunt-gespeisten Hartley-Oszillatorschaltung beideDie AC- und DC-Komponenten des Kollektorstroms haben separate Pfade um die Schaltung herum. Da die Gleichstromkomponente durch den Kondensator blockiert ist, fließt durch die Induktionsspule C2 kein Gleichstrom, L und es wird weniger Leistung in dem Schwingkreis verbraucht.

Die Radio Frequency Coil (RFC), L2 ist eine HF-Drosselder eine hohe Reaktanz bei der Frequenz der Oszillationen aufweist, so dass der größte Teil des HF-Stroms über den Kondensator C2 an die LC-Abstimm-Tankschaltung angelegt wird, wenn die Gleichstromkomponente durch L2 zur Stromversorgung fließt. Ein Widerstand könnte anstelle der RFC-Spule L2 verwendet werden, aber der Wirkungsgrad wäre geringer.

Hartley-Oszillator-Beispiel Nr. 1

EIN Hartley-Oszillator Schaltung mit zwei einzelnen Induktivitäten von 0.Jeweils 5mH sind so ausgelegt, dass sie parallel mit einem variablen Kondensator schwingen können, der zwischen 100pF und 500pF eingestellt werden kann. Bestimmen Sie die oberen und unteren Schwingungsfrequenzen sowie die Bandbreite der Hartley-Oszillatoren.

Von oben können wir die Oszillationsfrequenz für einen Hartley-Oszillator wie folgt berechnen:

Schwingungsfrequenz

Die Schaltung besteht aus zwei induktiven Spulen in Reihe, daher wird die Gesamtinduktivität wie folgt angegeben:

Hartley-Oszillatorinduktivität

Hartley-Oszillator obere Frequenz

Obere Frequenz des Hartley-Oszillators

Hartley-Oszillator mit niedrigerer Frequenz

Hartley-Oszillator niedriger Frequenz

Hartley-Oszillator-Bandbreite

Hartley-Oszillator-Bandbreite

Hartley-Oszillator mit einem Operationsverstärker

Sowie einen bipolaren Sperrschichttransistor verwenden(BJT) als aktive Stufe des Verstärkers des Hartley-Oszillators können wir entweder einen Feldeffekttransistor (FET) oder einen Operationsverstärker (Operationsverstärker) verwenden. Der Betrieb eines Operationsverstärker-Hartley-Oszillator ist genau das gleiche wie für die Transistorversion, wobei die Betriebsfrequenz auf dieselbe Weise berechnet wird. Betrachten Sie die Schaltung unten.

Hartley Oscillator Op-Amp Circuit

Hartley Oszillator-Operationsverstärker-Design

Der Vorteil der Konstruktion eines Hartley-Oszillator mit einem Operationsverstärker als aktivStufe ist, dass die Verstärkung des Operationsverstärkers unter Verwendung der Rückkopplungswiderstände R1 und R2 sehr leicht eingestellt werden kann. Wie bei dem Transistor-Oszillator oben muss die Verstärkung der Schaltung gleich oder etwas größer sein als das Verhältnis von L1 / L2. Wenn die beiden induktiven Spulen auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind und die Gegeninduktivität M existiert, wird das Verhältnis zu (L1 + M) / (L2 + M).

Die Hartley-Oszillator-Zusammenfassung

Dann zusammenfassen, das Hartley-Oszillator besteht aus einem parallelen LC-Resonatorkesselkreisdessen Rückkopplung erfolgt über einen induktiven Teiler. Wie die meisten Oszillatorschaltungen gibt es den Hartley-Oszillator in verschiedenen Formen, wobei die Transistorschaltung oben am häufigsten vorkommt.

Diese Hartley-Oszillator Konfiguration hat einen abgestimmten Panzerkreislauf mitResonanzspule abgegriffen, um einen Bruchteil des Ausgangssignals zum Emitter des Transistors zurückzuführen. Da der Ausgang des Transistors der Transistoren immer mit dem Ausgang am Kollektor "in Phase" ist, ist dieses Rückkopplungssignal positiv. Die Schwingungsfrequenz, die eine Sinuswellenspannung ist, wird durch die Resonanzfrequenz des Panzerkreises bestimmt.

Im nächsten Tutorial über Oszillatoren werden wir das tunSchauen Sie sich eine andere Art von LC-Oszillatorschaltung an, die dem Hartley-Oszillator, dem Colpitts-Oszillator, entgegengesetzt ist. Der Colpitts-Oszillator verwendet zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, um eine zentral abgegriffene Kapazität parallel zu einer einzelnen Induktivität innerhalb seines Resonanzschwingkreises zu bilden.

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