Що за звір?

Магазин Gtest(R) пропонує широку номенклатуру осцилографів на сторінці сайту в самому кінці цього Розділу, а також рекомендовані прилади та статті для самоосвіти

Осцилятор Хартлі

У конструкції генератора Хартлі використовуються дві індуктивні котушки, послідовно включені з паралельним конденсатором для формування резонансної ланцюга резервуара, що виробляє синусоїдальні коливання.

На відміну від генератора Хартлі, одним із основних недоліків базової схеми LC-генератора, яку ми розглянули у попередньому уроці, є відсутність засобів керування амплітудою вихідних коливань. Також можуть виникнути труднощі з точним настроюванням генератора на необхідну частоту коливань.

Якщо сукупний електромагнітний зв'язок між L1 і L2 занадто малий, зворотного зв'язку буде недостатньо, і коливання зрештою згаснуть до нуля. Аналогічно, якби зворотний зв'язок був занадто сильним, амплітуда коливань продовжувала б збільшуватися до тих пір, поки вони не були б обмежені умовами схеми, що викликають спотворення сигналу. Тоді може стати трохи важко «налаштувати» генератор на підтримку коливань із постійною амплітудою.

Тим не менш, можна повернути необхідну кількість напруги для коливань постійної амплітуди, використовуючи рекуперативний зворотний зв'язок. Якщо ми повертаємо більше, ніж необхідно, амплітудою коливань можна керувати шляхом зміщення підсилювача таким чином, що якщо амплітуда коливань збільшується, зсув збільшується, а коефіцієнт посилення підсилювача зменшується.

Якщо амплітуда коливань зменшується, зсув зменшується, а коефіцієнт посилення підсилювача збільшується, тим самим збільшуючи зворотний зв'язок. Таким чином, амплітуда коливань підтримується постійною за допомогою процесу, відомого як автоматичне усунення бази.

Однією з великих переваг автоматичного зміщення бази в генераторі, що керується напругою, є те, що генератор можна зробити більш ефективним, забезпечивши зміщення класу B або навіть стан зміщення класу C транзистора. Перевага цього методу полягає в тому, що струм колектора тече лише під час частини циклу коливань, тому струм спокою колектора дуже малий. Потім ця «самоналаштовується» схема базового генератора утворює один з найбільш поширених типів конфігурацій генератора з паралельним резонансним зворотним зв'язком LC, званий схемою генератора Хартлі.

Схема конструктиву генератора Хартлі

У генераторі Хартлі налаштований LC-ланцюг включений між колектором і базою транзисторного підсилювача. Що стосується коливальної напруги, емітер підключається до точки відведення на котушці налаштованого ланцюга.

Частина зворотного зв'язку налаштованого ланцюга LC-резервуару береться від центрального відведення котушки індуктивності або навіть двох окремих котушок, включених послідовно, які включені паралельно з конденсатором змінної ємності C, як показано.

Схему Хартлі часто називають генератором із розділеною індуктивністю, оскільки котушка L має відведення від центру. По суті, індуктивність L діє як дві окремі котушки, що знаходяться дуже близько один до одного, при цьому струм, що протікає через секцію котушки XY, індукує сигнал секції котушки YZ нижче.

Схема генератора Хартлі може бути виконана в будь-якій конфігурації, в якій використовується одна котушка з відведенням (аналогічно автотрансформатору), або пара послідовно з'єднаних котушок, паралельно з'єднаних з одним конденсатором, як показано нижче.

Basic Hartley Oscillator Design

Коли ланцюг знаходиться в коливальному стані, напруга в точці X (колектор) щодо точки Y (емітер) зрушена по фазі на 180° з напругою в точці Z (база) щодо точки Y. На частоті коливань Імпеданс навантаження колектора є резистивним, і збільшення напруги Основи викликає зменшення напруги колектора.

Таким чином, відбувається зміна фази напруги між базою та колектором на 180°, і це разом з початковим зсувом фази на 180° у контурі зворотного зв'язку забезпечує правильне співвідношення фаз позитивного зворотного зв'язку для підтримки коливань.

Величина зворотний зв'язок залежить від положення «точки відведення» індуктора. Якщо його перемістити ближче до колектора, величина зворотного зв'язку збільшиться, але вихідна потужність між колектором та землею зменшиться, і навпаки. Резистори R1 і R2 забезпечують звичайне стабілізуюче зміщення постійного струму транзистора звичайним способом, в той час як конденсатори діють як конденсатори, що блокують постійний струм.

У цій схемі генератора Хартлі струм колектора постійного струму протікає через частину котушки, і з цієї причини кажуть, що схема має «послідовне живлення», при цьому частота коливань генератора Хартлі задається як

. 

Примітка. LT - це загальна сукупна індуктивність, якщо використовуються дві окремі котушки, включаючи взаємну індуктивність, М.

Частоту коливань можна регулювати, змінюючи «конфігураційний» конденсатор C або змінюючи положення сердечника із залізного пилу всередині котушки (індуктивне налаштування), що дає вихідний сигнал у широкому діапазоні частот, що спрощує налаштування. Крім того, генератор Хартлі виробляє вихідну амплітуду, постійну у всьому діапазоні частот.

Крім генератора Хартлі з послідовним живленням, описаного вище, також можна підключити налаштовану схему конденсатора до підсилювача як генератор з шунтовим живленням, як показано нижче.

Схема генератора Хартлі із шунтовим живленням

У ланцюзі з шунтовим живленням як змінна, так і постійна складова колекторного струму мають окремі шляхи ланцюга. Оскільки складова постійного струму блокується конденсатором C2, постійний струм через індуктивну котушку L не протікає, і в налаштованому ланцюзі втрачається менше енергії.

Радіочастотна котушка (RFC), L2, являє собою ВЧ-дросель, який має високий реактивний опір на частоті коливань, так що велика частина ВЧ-струму подається в ланцюг налаштування LC через конденсатор C2, коли складова постійного струму проходить через L2, щоб джерело живлення . Замість котушки RFC L2 можна використовувати резистор, але ефективність буде меншою.

Приклад уроку №1

Схема генератора Хартлі, має дві окремі котушки індуктивності по 0,5 мГн кожна, призначена для паралельного резонансу зі змінним конденсатором, ємність якого можна регулювати в діапазоні від 100 до 500 пФ. Визначити верхню та нижню частоти коливань, а також смугу пропускання генераторів Хартлі.

З урахуванням вищевикладеного ми можемо розрахувати частоту коливань як:

Схема складається з двох послідовно з'єднаних котушок індуктивності, тому загальна індуктивність визначається як:

Коливання верхньої частоти

Низькочастотні коливання

Смуга пропускання осцилятора Хартлі

Генератор Хартлі з використанням операційного підсилювача

Крім використання біполярного транзистора (BJT) як активний ступінь підсилювача генератора Хартлі, ми також можемо використовувати або польовий транзистор (FET), або операційний підсилювач (ОУ). Робота генератора Хартлі на операційному підсилювачі така сама, як і для транзисторної версії, з робочою частотою, розрахованою таким же чином. Розглянемо схему нижче.

Базова схема операційного підсилювача

Перевага побудови генератора Хартлі з використанням операційного підсилювача як активний каскад полягає в тому, що коефіцієнт посилення операційного підсилювача можна дуже легко регулювати за допомогою резисторів зворотного зв'язку R1 і R2. Як і у випадку з транзисторним генератором, описаним вище, коефіцієнт посилення схеми повинен дорівнювати або трохи перевищувати співвідношення L1/L2. Якщо дві індуктивні котушки намотані на загальний сердечник і існує взаємна індуктивність M, співвідношення буде (L1+M)/(L2+M).

Короткий опис уроку

Підсумовуючи, можна сказати, що генератор Хартлі складається з паралельного ланцюга LC-резонатора, зворотний зв'язок якого досягається за допомогою індуктивного дільника. Як і більшість генераторних схем, генератор Хартлі існує у кількох формах, найбільш поширеною формою є транзисторна схема, описана вище.

Ця конфігурація генератора Хартлі має налаштовану схему резервуара з резонансною котушкою, що відводить для подачі частини вихідного сигналу на емітер транзистора. Оскільки вихід емітера транзистора завжди синфазен з виходом колектора, цей сигнал зворотного зв'язку позитивний. Частота коливань, що є синусоїдальною напругою, визначається резонансною частотою контуру резервуара.

У наступному уроці генераторів ми розглянемо інший тип схеми LC-генератора, який є протилежністю генератору Хартлі і називається генератором Колпітса. У генераторі Колпітса використовуються два послідовно з'єднані конденсатори для формування ємності з центральним відведенням паралельно з однією індуктивністю всередині його резонансного ланцюга.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy