Что за зверь?

Магазин Gtest(R) предлагает широкую номенклатуру осциллографов на приводимой страничке сайта в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования  

Осциллятор Хартли

В конструкции генератора Хартли используются две индуктивные катушки, включенные последовательно с параллельным конденсатором для формирования резонансной цепи резервуара, производящей синусоидальные колебания.

В отличие от генератора Хартли, одним из основных недостатков базовой схемы LC-генератора, которую мы рассмотрели в предыдущем уроке, является отсутствие средств управления амплитудой выходных колебаний. Также могут возникнуть трудности с точной настройкой генератора на необходимую частоту колебаний.

Если совокупная электромагнитная связь между L1 и L2 слишком мала, обратной связи будет недостаточно, и колебания в конечном итоге затухнут до нуля. Аналогично, если бы обратная связь была слишком сильной, амплитуда колебаний продолжала бы увеличиваться до тех пор, пока они не были бы ограничены условиями схемы, вызывающими искажение сигнала. Тогда может стать несколько затруднительно «настроить» генератор на поддержание колебаний с постоянной амплитуда.

Тем не менее, можно вернуть точно необходимое количество напряжения для колебаний постоянной амплитуды, используя рекуперативную обратную связь. Если мы возвращаем больше, чем необходимо, амплитудой колебаний можно управлять путем смещения усилителя таким образом, что, если амплитуда колебаний увеличивается, смещение увеличивается, а коэффициент усиления усилителя уменьшается.

Если амплитуда колебаний уменьшается, смещение уменьшается, а коэффициент усиления усилителя увеличивается, тем самым увеличивая обратную связь. Таким образом, амплитуда колебаний поддерживается постоянной с помощью процесса, известного как автоматическое смещение базы.

Одним из больших преимуществ автоматического смещения базы в генераторе, управляемом напряжением, является то, что генератор можно сделать более эффективным, обеспечив смещение класса B или даже состояние смещения класса C транзистора. Преимущество этого метода заключается в том, что ток коллектора течет только во время части цикла колебаний, поэтому ток покоя коллектора очень мал. Затем эта «самонастраивающаяся» схема базового генератора образует один из наиболее 

распространенных типов конфигураций генератора с параллельной резонансной обратной связью LC, называемый схемой генератора Хартли.

Схема конструктива генератора Хартли

В генераторе Хартли настроенная LC-цепь включена между коллектором и базой транзисторного усилителя. Что касается колебательного напряжения, эмиттер подключается к точке отвода на катушке настроенной цепи.

Часть обратной связи настроенной цепи LC-резервуара берется от центрального отвода катушки индуктивности или даже от двух отдельных катушек, включенных последовательно, которые включены параллельно с конденсатором переменной емкости C, как показано.

Схему Хартли часто называют генератором с разделенной индуктивностью, поскольку катушка L имеет отвод от центра. По сути, индуктивность L действует как две отдельные катушки, находящиеся очень близко друг к другу, при этом ток, протекающий через секцию катушки XY, индуцирует сигнал в секцию катушки YZ ниже.

Схема генератора Хартли может быть выполнена в любой конфигурации, в которой используется либо одна катушка с отводом (аналогично автотрансформатору), либо пара последовательно соединенных катушек, параллельно соединенных с одним конденсатором, как показано ниже.

Basic Hartley Oscillator Design

Когда цепь находится в колебательном состоянии, напряжение в точке X (коллектор) относительно точки Y (эмиттер) сдвинуто по фазе на 180° с напряжением в точке Z (база) относительно точки Y. На частоте колебаний Импеданс нагрузки коллектора является резистивным, и увеличение напряжения базы вызывает уменьшение напряжения коллектора.

Таким образом, происходит изменение фазы напряжения между базой и коллектором на 180°, и это вместе с первоначальным сдвигом фазы на 180° в контуре обратной связи обеспечивает правильное соотношение фаз положительной обратной связи для поддержания колебаний.

Величина обратной связи зависит от положения «точки отвода» индуктора. Если его переместить ближе к коллектору, величина обратной связи увеличится, но выходная мощность между коллектором и землей уменьшится, и наоборот. Резисторы R1 и R2 обеспечивают обычное стабилизирующее смещение постоянного тока для транзистора обычным способом, в то время как конденсаторы действуют как конденсаторы, блокирующие постоянный ток.

В этой схеме генератора Хартли ток коллектора постоянного тока протекает через часть катушки, и по этой причине говорят, что схема имеет «последовательное питание», при этом частота колебаний генератора Хартли задается как

. 

Примечание. LT — это общая совокупная индуктивность, если используются две отдельные катушки, включая их взаимную индуктивность, М.

Частоту колебаний можно регулировать, изменяя «настроечный» конденсатор C или изменяя положение сердечника из железной пыли внутри катушки (индуктивная настройка), что дает выходной сигнал в широком диапазоне частот, что упрощает настройку. Кроме того, генератор Хартли производит выходную амплитуду, постоянную во всем диапазоне частот.

Помимо генератора Хартли с последовательным питанием, описанного выше, также можно подключить настроенную схему конденсатора к усилителю в качестве генератора с шунтовым питанием, как показано ниже.

Схема генератора Хартли с шунтовым питанием

В цепи с шунтовым питанием как переменная, так и постоянная составляющая коллекторного тока имеют отдельные пути по цепи. Поскольку составляющая постоянного тока блокируется конденсатором C2, постоянный ток через индуктивную катушку L не протекает, и в настроенной цепи теряется меньше энергии.

Радиочастотная катушка (RFC), L2, представляет собой ВЧ-дроссель, который имеет высокое реактивное сопротивление на частоте колебаний, так что большая часть ВЧ-тока подается в цепь настройки LC через конденсатор C2, когда составляющая постоянного тока проходит через L2, чтобы источник питания. Вместо катушки RFC L2 можно использовать резистор, но эффективность будет меньше.

Пример урока №1

Схема генератора Хартли, имеющая две отдельные катушки индуктивности по 0,5 мГн каждая, предназначена для параллельного резонанса с переменным конденсатором, емкость которого можно регулировать в диапазоне от 100 до 500 пФ. Определить верхнюю и нижнюю частоты колебаний, а также полосу пропускания генераторов Хартли.

С учетом вышеизложенного мы можем рассчитать частоту колебаний как:

Схема состоит из двух последовательно соединенных катушек индуктивности, поэтому общая индуктивность определяется как:

Колебания верхней частоты 

Низкочастотные колебания 

Полоса пропускания осциллятора Хартли

Генератор Хартли с использованием операционного усилителя

Помимо использования биполярного транзистора (BJT) в качестве активной ступени усилителя генератора Хартли, мы также можем использовать либо полевой транзистор (FET), либо операционный усилитель (ОУ). Работа генератора Хартли на операционном усилителе точно такая же, как и для транзисторной версии, с рабочей частотой, рассчитанной таким же образом. Рассмотрим схему ниже.

Базовая схема операционного усилителя

Преимущество построения генератора Хартли с использованием операционного усилителя в качестве активного каскада заключается в том, что коэффициент усиления операционного усилителя можно очень легко регулировать с помощью резисторов обратной связи R1 и R2. Как и в случае с транзисторным генератором, описанным выше, коэффициент усиления схемы должен быть равен или немного превышать соотношение L1/L2. Если две индуктивные катушки намотаны на общий сердечник и существует взаимная индуктивность M, то соотношение будет (L1+M)/(L2+M).

Краткое описание урока

Подводя итог, можно сказать, что генератор Хартли состоит из параллельной цепи LC-резонатора, обратная связь которого достигается посредством индуктивного делителя. Как и большинство генераторных схем, генератор Хартли существует в нескольких формах, наиболее распространенной формой является транзисторная схема, описанная выше.

Эта конфигурация генератора Хартли имеет настроенную схему резервуара с резонансной катушкой, отводящей для подачи части выходного сигнала обратно на эмиттер транзистора. Поскольку выход эмиттера транзистора всегда «синфазен» с выходом коллектора, этот сигнал обратной связи положителен. Частота колебаний, представляющая собой синусоидальное напряжение, определяется резонансной частотой контура резервуара.

В следующем уроке по генераторам мы рассмотрим другой тип схемы LC-генератора, который является противоположностью генератору Хартли и называется генератором Колпитса. В генераторе Колпитса используются два последовательно соединенных конденсатора для формирования емкости с центральным отводом параллельно с одной индуктивностью внутри его резонансной цепи.