В данной статье мы подробно рассмотрим генератор Хартли, опишем принцип его работы и схемы, а также осциллятор Хартли на операционном усилителе.
Описание и принцип работы
Один из основных недостатков базовой схемы LC-осциллятора, заключается в том, что у него нет средств управления амплитудой колебаний, а также трудно настроить осциллятор на требуемую частоту. Если кумулятивная электромагнитная связь между L1 и L2 слишком мала, обратной связи будет недостаточно, и колебания в конечном итоге погаснут до нуля.
Аналогично, если бы обратная связь была слишком сильной, колебания продолжали бы увеличиваться по амплитуде, пока они не были ограничены условиями цепи, вызывающими искажение сигнала. Таким образом, становится очень трудно «настроить» осциллятор.
Тем не менее можно вернуть точно правильную величину напряжения для колебаний с постоянной амплитудой. Если мы передадим больше, чем необходимо, амплитудой колебаний можно управлять путем смещения усилителя следующим образом:
- если колебания увеличиваются по амплитуде, смещение растет, а коэффициент усиления усилителя уменьшается;
- если амплитуда колебаний уменьшается, смещение тоже, а коэффициент усиления усилителя растет, что увеличивает обратную связь.
Таким образом, амплитуда колебаний поддерживается постоянной с помощью процесса, известного как автоматическое смещение базы .
Одним из больших преимуществ автоматического смещения базы в осцилляторе, управляемом напряжением, является то, что осциллятор может быть более эффективным за счет обеспечения смещения класса B или даже условия смещения класса C транзистора. Преимущество этого заключается в том, что ток коллектора протекает только в течение части цикла колебаний, поэтому ток покоящегося коллектора очень мал. Затем эта «самонастраивающаяся» схема базового генератора формирует один из наиболее распространенных типов конфигураций генератора с параллельной резонансной обратной связью LC, называемый схемой генератора Хартли .
В осцилляторе Хартли настроенная LC-цепь подключена между коллектором и базой транзисторного усилителя. Что касается колебательного напряжения, то излучатель подключен к точке отвода на настроенной катушке цепи.
Часть обратной связи настроенной цепи LC-бака берется из центрального отвода катушки индуктивности или даже из двух последовательных отдельных катушек, которые параллельны переменному конденсатору C.
Схема Хартли часто упоминается как осциллятор с разделенной индуктивностью, потому что катушка L отводится от центра. Фактически индуктивность L действует как две отдельные катушки в очень непосредственной близости с током, протекающим через секцию XY катушки, и индуцирует сигнал в секцию YZ катушки ниже.
Цепь генератора Хартли может быть изготовлена в любой конфигурации, в которой используется либо одиночная отводимая катушка (аналогично автотрансформатору), либо пара последовательно соединенных катушек, подключенных параллельно с одним конденсатором, как показано ниже.
Базовая схема осциллятора Хартли
Когда схема колеблется, напряжение в точке X (коллектор), по отношению к точке Y (эмиттер), 180° вне фазы с напряжением в точке Z (основание) по отношению к точке Y. На частоте колебаний импеданс нагрузки коллектора является резистивным, и увеличение базового напряжения вызывает уменьшение напряжения коллектора.
Затем происходит изменение фазы на 180° в напряжении между базой и коллектором, и это вместе с первоначальным сдвигом фазы на 180° в контуре обратной связи обеспечивает правильное фазовое соотношение положительной обратной связи для колебаний, которые должны поддерживаться.
Степень обратной связи зависит от положения «точки отвода» индуктора. Если он перемещается ближе к коллектору, величина обратной связи увеличивается, но выходная мощность между коллектором и землей уменьшается, и наоборот. Резисторы R1 и R2 обеспечивают стандартное стабилизирующее смещение постоянного тока для транзистора обычным образом, в то время как конденсаторы действуют в качестве блокирующих постоянный ток.
В этой схеме генератора Хартли ток коллектора постоянного тока протекает через часть катушки, и по этой причине говорят, что цепь «питается последовательно», а частота колебаний генератора Хартли задается как:
Примечание: LТ представляет общий объем конденсаторов, если использованы две отдельные обмотки с их взаимной индуктивностью М.
Частота колебаний может быть отрегулирована путем изменения «настраивающего» конденсатора C или положения железно-пылевого сердечника внутри катушки (индуктивная настройка), обеспечивающего выходной сигнал в широком диапазоне частот, что делает его очень простым в настройке. Кроме того, осциллятор Хартли генерирует выходную амплитуду, которая является постоянной во всем диапазоне частот.
Как и вышеописанный, генератор Хартли с последовательным питанием также возможно подключить в настроенную цепь бака через усилитель в качестве генератора с шунтирующим питанием, как показано ниже.
Шунтирующая схема осциллятора Хартли
В цепи генератора Хартли с шунтирующим питанием компоненты переменного и постоянного тока коллектора имеют отдельные пути вокруг цепи. Так как компонент постоянного тока заблокирован конденсатором C2 , нет постоянного тока, протекающего через индуктивную катушку L, и меньше энергии теряется в настроенной цепи.
Радиочастотная катушка (RFC) L2 представляет собой высокочастотный дроссель, который имеет высокое реактивное сопротивление на частоте колебаний, так что большая часть радиочастотного тока подается на цепь настраивающего резервуара LC через конденсатор C2 , когда компонент постоянного тока проходит через L2 к блоку питания. Вместо RFC-катушки L2 можно использовать резистор, но эффективность будет меньше.
Верхняя частота осциллятора Хартли
Нижняя частота осциллятора Хартли
Пропускная способность осциллятора Хартли
Осциллятор Хартли с использованием операционного усилителя
Помимо использования биполярного переходного транзистора (BJT) в качестве активной ступени усилителя генератора Хартли, мы также можем использовать либо полевой транзистор (FET), либо операционный усилитель (op-amp). Работа осциллятора Хартли с операционным усилителем точно такая же, как и для транзисторной версии, частота работы рассчитывается таким же образом. Рассмотрим схему ниже.
Преимущество построения генератора Хартли с использованием операционного усилителя в качестве активной ступени состоит в том, что коэффициент усиления операционного усилителя очень легко регулируется с помощью резисторов обратной связи R1 и R2 . Как и в случае с транзисторным генератором, описанным выше, коэффициент усиления схемы должен быть слишком большим или немногим больше, чем отношение L1 / L2 . Если две индуктивные катушки намотаны на общий сердечник, и существует взаимная индуктивность M, то отношение становится равным (L1 + M) / (L2 + M).
Резюме осциллятора Хартли
Подводя итог, можно отметить: осциллятор Хартли состоит из параллельной цепи бака резонатора LC, обратная связь которой достигается посредством индуктивного делителя. Как и большинство схем генератора, генератор Хартли существует в нескольких формах, причем наиболее распространенной из них является схема транзистора выше.
Эта конфигурация осциллятора Хартли имеет настроенный контур резервуара с его резонансной катушкой, подключенной для подачи части выходного сигнала обратно на эмиттер транзистора. Поскольку выход эмиттерного транзистора всегда «синфазный» с выходом на коллекторе, этот сигнал обратной связи является положительным. Частота колебаний, выступающая в качестве синусоидального напряжения, определяется резонансной частотой контура резервуара.
Всем пока!
