Oscillatore Hartley

In termini semplici, l'oscillatore è un circuito che converte la corrente continua dalla sorgente di alimentazione alla corrente alternata al carico. Il sistema oscillatore è costruito utilizzando componenti sia attivi che passivi e viene utilizzato per la produzione di forme d'onda sinusoidali o qualsiasi altra forma d'onda ripetitiva in uscita senza alcuna applicazione di un segnale di ingresso esterno. Abbiamo discusso alcuni oscillatori nei nostri tutorial precedenti:

• Oscillatore Colpitts
• Oscillatore a spostamento di fase RC
• Oscillatore a ponte Wein
• Oscillatore in cristallo di quarzo
• Circuito dell'oscillatore a spostamento di fase
• Oscillatore controllato in tensione (VCO)

Qualsiasi tipo di trasmettitore o ricevitore radio-TV o qualsiasi apparecchiatura di test di laboratorio ha l'oscillatore. È il componente principale per la produzione del segnale di clock. Una semplice applicazione oscillatore può essere vista all'interno di un dispositivo molto comune come un orologio. Gli orologi utilizzano un oscillatore per produrre un segnale di clock di 1 Hz.

Gli oscillatori sono classificati come oscillatori sinusoidali o oscillatori di rilassamento a seconda della forma d'onda di uscita. Se un oscillatore produce un'onda sinusoidale con una frequenza definita attraverso l'uscita, l'oscillatore è chiamato oscillatore sinusoidale. Gli oscillatori di rilassamento forniscono onde non sinusoidali come onde quadre o triangolari o qualsiasi tipo di onda simile attraverso l'uscita.

Oltre alle classificazioni dell'oscillatore basate sul segnale di uscita, gli oscillatori possono essere classificati utilizzando la costruzione del circuito come oscillatore a resistenza negativa, oscillatore di feedback ecc.

L' oscillatore Hartley è uno degli oscillatori con feedback di tipo LC (Inductor-Capacitor) inventato nel 1915 dall'ingegnere americano Ralph Hartley. In questo tutorial, discuteremo della costruzione e dell'applicazione dell'oscillatore Hartley.

Il circuito dei serbatoi

L'oscillatore Hartley è un oscillatore LC. Un oscillatore LC è costituito da un circuito del serbatoio che è una parte essenziale per produrre l'oscillazione richiesta. Il circuito del serbatoio utilizza tre componenti, due induttori e un condensatore. Il condensatore è collegato in parallelo con due induttori in serie. Di seguito è riportato lo schema elettrico dell'oscillatore Harley:

Perché la combinazione induttore-condensatore è chiamata circuito del serbatoio? Perché il circuito LC memorizza la frequenza dell'oscillazione. Nel circuito del serbatoio, il condensatore e due induttori in serie vengono caricati e scaricati l'uno dall'altro ripetutamente, il che produce un'oscillazione. Il tempo di carica e scarica o, in altre parole, il valore del condensatore e degli induttori è il principale fattore determinante per la frequenza di oscillazione.

Basato su transistor

Nell'immagine sopra, viene mostrato un pratico circuito oscillatore Hartley in cui un componente attivo è il transistor PNP. Nel circuito, la tensione di uscita appare attraverso il circuito del serbatoio che è collegato al collettore. Tuttavia, la tensione di retroazione è anche una parte della tensione di uscita che è indicata come V1, che appare attraverso l'induttore L1.

La frequenza è direttamente proporzionale al rapporto tra i valori di condensatore e induttori.

Funzionamento del circuito dell'oscillatore Hartley

Il componente attivo in Hartley Oscillator è il transistor. Il punto di lavoro DC nella regione attiva delle caratteristiche è governato dai resistori R1, R2, RE e dalla tensione di alimentazione del collettore VCC. Il condensatore CB è il condensatore di blocco e CE è il condensatore di bypass pasquale.

Il transistor configurato nella configurazione di emettitore comune. In questa configurazione, l'ingresso del transistor e la tensione di uscita hanno uno sfasamento di 180 gradi. Nel circuito, la tensione di uscita V1 e la tensione di retroazione V2 hanno uno sfasamento di 180 gradi. Combinando questi due, otteniamo uno sfasamento totale di 360 gradi, essenziale per l'oscillazione (indicato come criterio di Barkhausen).

Un'altra cosa essenziale per avviare l'oscillazione all'interno del circuito senza applicare un segnale esterno è produrre tensione di rumore all'interno del circuito. All'accensione, viene prodotta una tensione di rumore con un ampio spettro di rumore e ha la componente di tensione richiesta alla frequenza, richiesta per l'oscillatore.

Il funzionamento in CA del circuito non è influenzato dalla resistenza R1 e R2 per un valore di resistenza elevato. Questi due resistori vengono utilizzati per la polarizzazione del transistor. La terra e il CE vengono utilizzati per l'immunità del circuito generale e questi due resistori e il condensatore vengono utilizzati come resistenza dell'emettitore e condensatore dell'emettitore.

Il funzionamento AC è largamente influenzato dalla frequenza di risonanza del circuito del serbatoio. La frequenza dell'oscillazione può essere determinata utilizzando la formula seguente:

F = 1 / 2π√L _T C

L'induttanza totale del circuito del serbatoio è L _T = L ₁ + L ₂

Oscillatore Hartley basato su amplificatore operazionale

Nell'immagine sopra, è stato mostrato l'oscillatore Hartley basato sull'amplificatore operazionale in cui il condensatore C1 è collegato in parallelo con L1 e L2 in serie.

L'amplificatore operazionale è collegato in una configurazione invertente, dove il resistore R1 e R2 è il resistore di feedback. Il guadagno di tensione dell'amplificatore può essere determinato dalla formula sotto menzionata -

A = - (R2 / R1)

La tensione di feedback e la tensione di uscita sono indicate anche nel circuito dell'oscillatore Hartley basato sull'amplificatore operazionale sopra.

La frequenza dell'oscillazione può essere calcolata utilizzando la stessa formula utilizzata nella sezione dell'oscillatore Hartley basata su transistor.

L'oscillatore Hartley oscilla solitamente nella gamma RF. La frequenza può essere variata alterando il valore dell'induttore o dei condensatori o entrambi. Per la selezione di un componente variabile, i condensatori vengono scelti sopra gli induttori in quanto possono essere facilmente variati rispetto agli induttori. La frequenza dell'oscillazione può essere modificata nel rapporto di 3: 1 per variazioni graduali.

Esempio di oscillatore Hartley

Supponiamo che un oscillatore Hartley con una frequenza variabile di 60-120 KHz sia costituito da un condensatore trimmer (da 100 pF a 400 pF). Il circuito del serbatoio ha due induttori in cui il valore di un induttore è 39uH. Quindi, per trovare il valore di un altro induttore, seguiremo la procedura seguente:

La frequenza dell'oscillatore Hartley è-

F = 1 / 2π√L _T C

In questa situazione in cui la frequenza varia tra 60 e 120 kHz che è un rapporto 1: 2. La variazione della frequenza può essere ottenuta da una coppia di bobine poiché la capacità varia nel rapporto di 100pF: 400 pF che è un rapporto 1: 4.

Quindi, quando la frequenza F è 60 kHz, la capacità è 400 pF.

Adesso,

Quindi, la capacità totale è 17,6 mH e il valore dell'altro induttore è

17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.

Differenze tra Hartley Oscillator e Colpitts Oscillator

L'oscillatore Colpitts è molto simile all'oscillatore Hartley ma c'è una differenza nella costruzione tra questi due. Sebbene Hartley e Colpitts, entrambi gli oscillatori abbiano tre componenti nel circuito del serbatoio, l' oscillatore Colpitts utilizza un singolo induttore in parallelo con due condensatori in serie mentre l'oscillatore Hartley utilizza esattamente l'opposto, un singolo condensatore in parallelo con due induttori in serie.

Vantaggi e svantaggi dell'oscillatore Hartley

Vantaggi:

1.L'ampiezza di uscita non è proporzionale alla gamma di frequenza variabile e l'ampiezza rimane quasi costante.

2.La frequenza è facilmente controllabile utilizzando un trimmer al posto del condensatore fisso nel circuito del serbatoio.

3.Bene adatto per applicazioni con range RF grazie alla generazione stabile di frequenza RF

Svantaggi

1.Hartley Oscillator fornisce un'onda sinusoidale distorta e non è adatto per operazioni relative all'onda sinusoidale pura. La ragione principale di questo inconveniente è l'elevata quantità di armoniche indotte attraverso l'uscita.

2.In bassa frequenza il valore dell'induttore diventa grande.

Hartley Oscillator Circuit viene utilizzato principalmente per generare onde sinusoidali in vari dispositivi come trasmettitori e ricevitori radio.