Hartley osilatörü - Hartley oscillator

Hartley osilatör bir bir elektronik osilatör devresi salınım frekansı ile belirlendiği ayarlı devrenin oluşan kondansatörler ve indüktörler , bir LC osilatördür. Devre 1915 yılında Amerikalı mühendis Ralph Hartley tarafından icat edildi . Hartley osilatörünün ayırt edici özelliği, ayarlı devrenin seri bağlı iki indüktör (veya tek kademeli bir indüktör) ile paralel tek bir kapasitörden oluşması ve salınım için gerekli geri besleme sinyalinin iki indüktörün merkez bağlantısından alınmasıdır.

Tarih

Orijinal patent çizimi

Hartley osilatörü, Hartley tarafından Western Electric Company Araştırma Laboratuvarı için çalışırken icat edildi . Hartley, 1915'te Bell System'in transatlantik radyotelefon testlerini denetlerken tasarımı icat etti ve patentini aldı; 26 Ekim 1920'de 1,356,763 numaralı patent ile ödüllendirildi. Aşağıda "Ortak drenajlı Hartley devresi" etiketli temel şemanın, tüpün bir JFET ile değiştirilmesi dışında, esasen patent çizimindekiyle aynı olduğunu ve borunun bir JFET ile değiştirildiğini unutmayın . negatif bir ızgara önyargısı için pil gerekli değildir.

1946'da Hartley, "Triod tüpleri kullanan salınımlı devreler üzerindeki erken çalışmaları ve aynı şekilde sınırlı bir iletim sistemi üzerinden iletilebilecek toplam bilgi miktarı arasındaki temel ilişkiyi erken tanıması ve net bir şekilde açıklaması için IRE onur madalyası ile ödüllendirildi. bant genişliği ve gereken süre." (Alıntının ikinci yarısı, Hartley'nin Harry Nyquist'e büyük ölçüde paralel olan bilgi teorisindeki çalışmasına atıfta bulunur .)

Operasyon

Ortak drenaj Hartley devresi

Hartley osilatör ile ayırt edilir tank devresinin seri halde bağlanmış iki oluşan bobinler (ya da, çoğu zaman, bir aday nispeten arasında bir amplifikatör ile, bir kondansatöre paralel bobini) yüksek empedans tüm LC tankı boyunca ve nispeten düşük bir voltaj / bobinler arasında yüksek akım noktası. Orijinal 1915 versiyonu , üç pil ve ayrı ayarlanabilir bobinler ile ortak plaka (katot takipçisi) konfigürasyonunda amplifikasyon cihazı olarak bir triyot kullandı . Sağda gösterilen basitleştirilmiş devre bir JFET ( ortak tahliye konfigürasyonunda), bir LC tank devresi (burada tek sargıya dokunmuştur) ve tek bir pil kullanır. Devre, Hartley osilatörünün çalışmasını göstermektedir:

• JFET'in kaynağından ( bir BJT kullanılmışsa emitör ; bir triyot için katot ) çıkış, kapısındaki (veya tabanındaki) sinyalle aynı faza ve girişi ile kabaca aynı voltaja sahiptir (bu, girişteki voltajdır). tüm tank devresi), ancak akım yükseltilir , yani bir akım tamponu veya voltaj kontrollü voltaj kaynağı olarak hareket eder .
• bu düşük empedans çıktısı daha sonra, etkin bir şekilde voltajı artıracak ve nispeten yüksek bir akım gerektiren (bobin üstünde mevcut olanla karşılaştırıldığında) bir ototransformatöre , bobin kılavuzlamasına beslenir .
• kondansatör-bobin rezonansı ile , ayarlanmış frekans dışındaki tüm frekanslar emilme eğiliminde olacaktır (tank, indüktörün düşük frekanslarda düşük reaktansı nedeniyle DC yakınında yaklaşık 0Ω ve kapasitör nedeniyle çok yüksek frekanslarda tekrar düşük görünecektir. ); ayrıca, ayarlanmış frekans dışında, salınım için gerekli olan 0°'den geri besleme fazını da değiştireceklerdir.

Basit devre üzerindeki varyasyonlar, genellikle, aşırı yük altında bir seviyede sabit bir çıkış voltajını korumak için amplifikatör kazancını otomatik olarak azaltmanın yollarını içerir ; Yukarıdaki basit devre, kapının pozitif tepelerde iletilmesi nedeniyle çıkış voltajını sınırlayacaktır, salınımları etkin bir şekilde sönümleyecektir, ancak önemli bozulma ( sahte harmonikler ) ortaya çıkmadan önce olmaz . Orijinal patent şematik olarak, iki ayrı bobinler için aday bobin değiştirme hala çalışan bir osilatör ile sonuçlanır ama şimdi iki bobin olmadığını manyetik bağlanmış indüktans ve frekans, yani hesaplama (aşağıya bakınız) modifiye edilmesi, ve gerilim artış mekanizmasının açıklaması, ototransformatör senaryosundan daha karmaşıktır.

LC tankı geribesleme ilişkisi içinde bir dağılmış bobin kullanarak oldukça farklı bir uygulama bir ortak ızgarası kullanan için (veya ortak-kapı ya da ortak baz) hala yükseltici kademesi, ınvert olmayan ama içerir voltaj kazancı yerine akım kazancı ; bobin vuruşu hala katoda (veya kaynağa veya yayıcıya) bağlıdır, ancak bu şimdi amplifikatörün (düşük empedans) girişidir; bölünmüş tank devresi şimdi empedansı plakanın (veya tahliye veya toplayıcının) nispeten yüksek çıkış empedansından düşürüyor.

Hartley ve Colpitts osilatörünün karşılaştırılması

Hartley osilatörü, iki indüktör yerine iki kapasitörden oluşan bir voltaj bölücü kullanan Colpitts osilatörünün ikilisidir. İki bobin segmenti arasında karşılıklı bir bağlantı olması gerekliliği olmamasına rağmen, devre genellikle burada gösterildiği gibi musluktan alınan geri besleme ile bir kademeli bobin kullanılarak uygulanır. Optimal kılavuz çekme noktası (veya bobin endüktanslarının oranı), kullanılan, iki kutuplu bağlantı transistörü , FET , triyot veya hemen hemen her türden amplifikatör (bu durumda ters çevirmeyen, devrenin varyasyonları olsa da) olabilen yükseltme cihazına bağlıdır. topraklanmış bir merkez noktası ve bir ters çeviren yükselticiden veya bir transistörün toplayıcı/drenajından gelen geri besleme de yaygındır), ancak bir bağlantı FET (gösterilmiştir) veya triyot genellikle iyi bir genlik kararlılığı derecesi (ve dolayısıyla bozulma azaltma) olarak kullanılır Amplifikasyonu sınırlamak için yeterli negatif önyargı oluşturan sinyal tepelerindeki diyot iletimi sayesinde geçit veya ızgara ile seri olarak basit bir şebeke sızıntı direnci-kapasitör kombinasyonu ile elde edilebilir (aşağıdaki Scott devresine bakın) .

Hartley osilatörünün op-amp versiyonu

Salınım frekansı yaklaşık olarak tank devresinin rezonans frekansıdır . Tank kondansatörünün kapasitansı C ve kademeli bobinin toplam endüktansı L ise, o zaman

${\displaystyle f={1 \over 2\pi {\sqrt {LC}}}\,}$

İki bağlanmamış endüktans L ₁ ve L ₂ bobini kullanılıyorsa, o zaman

${\displaystyle L=L_{1}+L_{2}\,}$

Bununla birlikte, iki bobin manyetik olarak birleştirilirse, karşılıklı endüktans k nedeniyle toplam endüktans daha büyük olacaktır.

${\displaystyle L=L_{1}+L_{2}+k{\sqrt {L_{1}L_{2}}}\,}$

Bobindeki parazitik kapasitans ve transistör tarafından yükleme nedeniyle gerçek salınım frekansı yukarıda verilenden biraz daha düşük olacaktır .

Hartley osilatörünün avantajları:

• Frekans, bir tarafı topraklanabilen tek değişken kondansatör kullanılarak ayarlanabilir.
• Çıkış genliği, frekans aralığı boyunca sabit kalır
• Ya dişli bir bobin ya da iki sabit indüktör gereklidir ve çok az sayıda diğer bileşen
• Kondansatörü bir (paralel rezonanslı) kuvars kristali ile değiştirerek veya tank devresinin üst yarısını bir kristal ve ızgara sızıntısı direnciyle değiştirerek doğru bir sabit frekanslı kristal osilatör varyasyonu oluşturmak kolaydır ( Tri-tet osilatörde olduğu gibi ) .

Dezavantajları:

• Doğrudan LC devresinden değil de amplifikatörden alınırsa harmonik açısından zengin çıkış (genlik stabilizasyon devresi kullanılmadığı sürece).

Ayrıca bakınız

• Opto-elektronik osilatör

Referanslar

• Langford-Smith, F. (1952), Radiotron Designer's Handbook (4. baskı), Sidney, Avustralya: Amalgamated Wireless Valve Company Pty., Ltd.
• Kayıt, FA; Stiles, JL (Haziran 1943), "Hartley Osilatör Eyleminin Analitik Gösterimi", Proceedings of the IRE , 31 (6), doi : 10.1109/jrproc.1943.230656 , ISSN  0096-8390
• Rohde, Ulrich L.; Poddar, Ajay K.; Böck, Georg (Mayıs 2005), Kablosuz Uygulamalar için Modern Mikrodalga Osilatörlerinin Tasarımı: Teori ve Optimizasyon , New York, NY: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-72342-8
• Vendelin, George; Pavio, Anthony M.; Rohde, Ulrich L. (Mayıs 2005), Doğrusal ve Doğrusal Olmayan Teknikleri Kullanarak Mikrodalga Devre Tasarımı , New York, NY: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41479-4

Dış bağlantılar

• Hartley osilatörü , Entegre Yayıncılık