- Der Tankkreis
- Transistorbasiert
- Funktionsweise der Hartley-Oszillatorschaltung
- Hartley-Oszillator auf Operationsverstärkerbasis
- Beispiel eines Hartley-Oszillators
- Unterschiede zwischen Hartley Oscillator und Colpitts Oscillator
- Vor- und Nachteile von Hartley Oscillator
In einfachen Worten ist der Oszillator eine Schaltung, die Gleichstrom von der Versorgungsquelle in Wechselstrom in Last umwandelt. Das Oszillatorsystem besteht sowohl aus aktiven als auch aus passiven Komponenten und wird zur Erzeugung von sinusförmigen oder anderen sich wiederholenden Wellenformen am Ausgang ohne Anlegen eines externen Eingangssignals verwendet. In unseren vorherigen Tutorials haben wir einige Oszillatoren besprochen:
- Colpitts Oszillator
- RC-Phasenverschiebungsoszillator
- Weinbrückenoszillator
- Quarzkristalloszillator
- Phasenverschiebungsoszillatorschaltung
- Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO)
Jede Art von Radio-TV-Sender oder -Empfänger oder Labortestgeräte verfügt über den Oszillator. Es ist die Hauptkomponente zur Erzeugung des Taktsignals. Eine einfache Oszillatoranwendung kann in einem sehr verbreiteten Gerät wie einer Uhr gesehen werden. Uhren verwenden einen Oszillator, um ein 1-Hz-Taktsignal zu erzeugen.
Oszillatoren werden abhängig von der Ausgangswellenform als Sinusoszillator oder Relaxationsoszillator klassifiziert. Wenn ein Oszillator eine Sinuswelle mit einer bestimmten Frequenz über dem Ausgang erzeugt, wird der Oszillator als Sinusoszillator bezeichnet. Die Relaxationsoszillatoren liefern nicht sinusförmige Wellen wie Rechteck- oder Dreieckswellen oder ähnliche Wellen über den Ausgang.
Abgesehen von den Oszillatorklassifizierungen basierend auf dem Ausgangssignal können Oszillatoren unter Verwendung der Schaltungskonstruktion wie negativer Widerstandsoszillator, Rückkopplungsoszillator usw. klassifiziert werden.
Der Hartley-Oszillator ist einer der Rückkopplungsoszillatoren vom LC-Typ (Inductor-Capacitor), der 1915 vom amerikanischen Ingenieur Ralph Hartley erfunden wurde. In diesem Tutorial werden wir über den Aufbau und die Anwendung des Hartley-Oszillators diskutieren.
Der Tankkreis
Der Hartley-Oszillator ist ein LC-Oszillator. Ein LC-Oszillator besteht aus einem Tankkreis, der ein wesentlicher Bestandteil zur Erzeugung der erforderlichen Schwingung ist. Der Tankkreis verwendet drei Komponenten, zwei Induktivitäten und einen Kondensator. Der Kondensator ist parallel zu zwei Reiheninduktivitäten geschaltet. Unten ist der Schaltplan des Harley-Oszillators:
Warum wird die Induktor-Kondensator-Kombination als Tankkreis bezeichnet? Weil die LC-Schaltung die Frequenz der Schwingung speichert. Im Tankkreis werden Kondensator und zwei Reiheninduktivitäten wiederholt geladen und entladen, wodurch eine Schwingung entsteht. Der Lade- und Entladezeitpunkt oder mit anderen Worten der Wert von Kondensator und Induktivitäten ist der Hauptbestimmungsfaktor für die Schwingungsfrequenz.
Transistorbasiert
In dem obigen Bild ist eine praktische Hartley-Oszillatorschaltung gezeigt, bei der eine aktive Komponente ein PNP-Transistor ist. In der Schaltung erscheint die Ausgangsspannung über der Tankschaltung, die mit dem Kollektor verbunden ist. Die Rückkopplungsspannung ist jedoch auch ein Teil der Ausgangsspannung, die als V1 bezeichnet wird und über der Induktivität L1 erscheint.
Die Frequenz ist direkt proportional zum Verhältnis von Kondensator- und Induktivitätswerten.
Funktionsweise der Hartley-Oszillatorschaltung
Die aktive Komponente im Hartley-Oszillator ist der Transistor. Der DC-Betriebspunkt im aktiven Bereich der Kennlinien wird durch die Widerstände R1, R2, RE und die Kollektorversorgungsspannung VCC bestimmt. Der Kondensator CB ist der Sperrkondensator und CE ist der Oster-Bypass-Kondensator.
Der Transistor ist in einer Konfiguration mit gemeinsamem Emitter konfiguriert. In dieser Konfiguration weisen die Transistoreingangs- und -ausgangsspannung eine Phasenverschiebung von 180 Grad auf. In der Schaltung weisen die Ausgangsspannung V1 und die Rückkopplungsspannung V2 eine Phasenverschiebung von 180 Grad auf. Durch Kämmen dieser beiden erhalten wir eine Phasenverschiebung von insgesamt 360 Grad, die für die Schwingung wesentlich ist (als Barkhausen-Kriterium bezeichnet).
Eine andere wesentliche Sache, um die Schwingung innerhalb der Schaltung zu starten, ohne ein externes Signal anzulegen, ist die Erzeugung einer Rauschspannung innerhalb der Schaltung. Beim Einschalten der Stromversorgung wird eine Rauschspannung mit einem breiten Rauschspektrum erzeugt, die die erforderliche Spannungskomponente bei der für den Oszillator erforderlichen Frequenz aufweist.
Der Wechselstrombetrieb der Schaltung wird bei einem großen Widerstandswert nicht durch die Widerstände R1 und R2 beeinflusst. Diese beiden Widerstände werden zur Vorspannung des Transistors verwendet. Die Erde und CE werden für die Störfestigkeit der Gesamtschaltung verwendet, und diese beiden Widerstände und der Kondensator werden als Emitterwiderstand und Emitterkondensator verwendet.
Der Wechselstrombetrieb wird stark von der Resonanzfrequenz des Tankkreises beeinflusst. Die Frequenz der Schwingung kann unter Verwendung der folgenden Formel bestimmt werden:
F = 1 / 2π√L T C.
Die Gesamtinduktivität des Tankkreises beträgt L T = L 1 + L 2
Hartley-Oszillator auf Operationsverstärkerbasis
In der obigen Abbildung wurde der Hartley-Oszillator auf Operationsverstärkerbasis gezeigt, bei dem der Kondensator C1 parallel zu L1 und L2 in Reihe geschaltet ist.
Der Operationsverstärker ist in einer invertierenden Konfiguration angeschlossen, wobei der Widerstand R1 und R2 der Rückkopplungswiderstand ist. Die Verstärkung der Verstärkerspannung kann durch die nachstehend genannte Formel bestimmt werden -
A = - (R2 / R1)
Die Rückkopplungsspannung und die Ausgangsspannung werden auch in der obigen Hartley-Oszillatorschaltung auf Operationsverstärkerbasis angegeben.
Die Frequenz der Oszillation kann unter Verwendung der gleichen Formel berechnet werden, die im transistorbasierten Hartley-Oszillatorabschnitt verwendet wird.
Der Hartley-Oszillator schwingt normalerweise im HF-Bereich. Die Frequenz kann durch Ändern des Werts der Induktivität oder der Kondensatoren oder beider variiert werden. Für die Auswahl einer variablen Komponente werden Kondensatoren über den Induktoren ausgewählt, da sie leicht als Induktoren variiert werden können. Die Frequenz der Schwingung kann für gleichmäßige Variationen im Verhältnis 3: 1 geändert werden.
Beispiel eines Hartley-Oszillators
Angenommen, ein Hartley-Oszillator mit einer variablen Frequenz von 60-120 kHz besteht aus einem Trimmerkondensator (100 pF bis 400 pF). Der Tankkreis hat zwei Induktivitäten, wobei der Wert einer Induktivität 39 uH beträgt. Um den Wert eines anderen Induktors zu ermitteln, gehen wir wie folgt vor:
Die Frequenz des Hartley-Oszillators beträgt-
F = 1 / 2π√L T C.
In dieser Situation, in der die Frequenz zwischen 60 und 120 kHz variiert, entspricht dies einem Verhältnis von 1: 2. Die Variation der Frequenz kann durch ein Spulenpaar erhalten werden, da die Kapazität im Verhältnis von 100 pF: 400 pF variiert, was einem Verhältnis von 1: 4 entspricht.
Wenn also die Frequenz F 60 kHz beträgt, beträgt die Kapazität 400 pF.
Jetzt,
Die Gesamtkapazität beträgt also 17,6 mH und der Wert des anderen Induktors beträgt
17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.
Unterschiede zwischen Hartley Oscillator und Colpitts Oscillator
Der Colpitts-Oszillator ist dem Hartley-Oszillator sehr ähnlich, aber es gibt einen Unterschied in der Konstruktion zwischen diesen beiden. Obwohl Hartley und Colpitts beide Oszillatoren drei Komponenten im Tankkreis haben, verwendet der Colpitts-Oszillator einen einzelnen Induktor parallel zu zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren, während der Hartley-Oszillator genau entgegengesetzt einen einzelnen Kondensator parallel zu zwei in Reihe geschalteten Induktoren verwendet.
Vor- und Nachteile von Hartley Oscillator
Vorteile:
1. Die Ausgangsamplitude ist nicht proportional zum variablen Frequenzbereich und die Amplitude bleibt nahezu konstant.
2. Die Frequenz kann leicht mit einem Trimmer anstelle des festen Kondensators im Tankkreis gesteuert werden.
3. Aufgrund der stabilen HF-Frequenzerzeugung gut für Anwendungen im HF-Bereich geeignet.
Nachteile
1. Der Hartley-Oszillator liefert eine verzerrte Sinuswelle und ist nicht für Operationen im Zusammenhang mit reinen Sinuswellen geeignet. Der Hauptgrund für diesen Nachteil ist die hohe Anzahl von Oberschwingungen, die über den Ausgang induziert werden.
2. Bei niedriger Frequenz wird der Induktorwert groß.
Die Hartley-Oszillatorschaltung wird hauptsächlich zur Erzeugung von Sinuswellen in verschiedenen Geräten wie Funksendern und -empfängern verwendet.