Hartley Osilatörü

Hartley Osilatörü, sinüzoidal salınımlar üreten rezonans tankı devresini oluşturmak için paralel kapasitörlü seri halde iki endüktif bobin kullanır.

Bir önceki derste incelediğimiz temel LC Osilatör devresinin ana dezavantajlarından biri, salınımların genliğini kontrol etme araçlarının olmaması ve ayrıca osilatörün gerekli frekansa ayarlanmasının zor olmasıdır. L1 ve L2 arasındaki kümülatif elektromanyetik bağlantı çok küçükse, yetersiz geri besleme olur ve salınımlar sonunda sıfıra düşer.

Benzer şekilde, geri besleme çok güçlü olsaydı, salınımlar, sinyal bozulması üreten devre koşulları tarafından sınırlanana kadar genlik bakımından artmaya devam edecekti. Bu nedenle, osilatörü “ayarlamak” çok zor hale gelir.

Salınımların genliği azalırsa, polarlama voltajı azalır ve amplifikatörün kazancı artar, böylece geri besleme artar. Bu şekilde, Otomatik Baz Polarlaması olarak bilinen bir süreç kullanılarak salınımların genliği sabit tutulur.

Kollektör akımının sadece salınım döngüsünün bir parçası sırasında akması avantajına sahiptir, bu nedenle hareketsiz kollektör akımı çok küçüktür. Daha sonra bu “kendi kendini ayarlayan” temel osilatör devresi, Hartley Osilatörü adı verilen en yaygın LC paralel rezonans geri beslemeli osilatör konfigürasyonlarından birini oluşturur.

Hartley Osilatörü Tank Devresi

Hartley Osilatöründe, ayarlanmış LC devresi, bir transistör yükselticisinin toplayıcı ve tabanı arasına bağlanır. Salınım gerilimi söz konusu olduğunda, emitör ayarlı devre bobini üzerindeki bir kademe noktasına bağlanır.

Ayarlı LC tank devresinin geri besleme kısmı, indüktör bobininin merkez noktasından veya hatta gösterildiği gibi değişken bir kapasitör C ile paralel seri halinde iki ayrı bobinden alınır.

Hartley devresine genellikle bölünmüş endüktans osilatörü denir, çünkü bobin L merkeze bağlıdır. Gerçekte, endüktans L, bobin bölümü XY boyunca akan akım ile çok yakın iki ayrı bobin gibi davranır, aşağıdaki bobin bölümü YZ’ye bir sinyal indükler.

Hartley Osilatörü devresi, aşağıda gösterildiği gibi, ya tek kademeli bobin (ototransformatöre benzer) ya da tek bir kapasitör ile paralel seri bağlı bir çift bobin kullanan herhangi bir konfigürasyondan yapılabilir.

Temel Hartley Osilatörü Tasarımı

Devre salınım yaparken, X noktasındaki (toplayıcı), Y noktasına (verici) göre voltaj, Z noktasındaki (taban) voltaj Y noktasına göre 180o faz dışıdır. Salınım frekansında, kollektör yükünün empedansı dirençlidir ve baz voltajındaki bir artış, kollektör voltajında ​​bir azalmaya neden olur.

Bu nedenle, Baz ve Kollektör arasındaki voltajda 180o‘luk bir faz değişikliği vardır ve bu, geri besleme döngüsündeki orijinal 180o‘luk faz kayması ile birlikte, salınımların korunması için pozitif geri beslemenin doğru faz ilişkisini sağlar.

Geri besleme miktarı, indüktörün “kılavuz noktasının” konumuna bağlıdır. Bu, toplayıcıya yaklaştırılırsa, geri besleme miktarı artar, ancak Toplayıcı ile toprak arasında alınan çıktı azalır ve bunun tersi de geçerlidir. Dirençler, R1 ve R2, transistör için normal şekilde stabilize edici DC polarlama sağlarken, kapasitörler ise DC bloke edici kapasitörler olarak hareket eder.

Bu Hartley Osilatör devresinde DC kollektör akımı bobinin bir kısmından geçer ve bu nedenle devrenin “Seri beslemeli” olduğu söylenir ve Hartley Osilatörünün salınım frekansı olarak verilir.

Not: LT, karşılıklı endüktansları M dahil olmak üzere iki ayrı bobin kullanılıyorsa toplam kümülatif olarak birleştirilmiş endüktanstır.

Salınımların frekansı, “ayar” kapasitörü C değiştirilerek veya bobin içindeki çekirdeğinin konumu değiştirilerek (endüktif ayar) ayarlanabilir, bu da ayarlamayı çok kolaylaştıran geniş bir frekans aralığında bir çıkış verir. Ayrıca Hartley Osilatörü, tüm frekans aralığında sabit olan bir çıkış genliği üretir.

Yukarıdaki Seri beslemeli Hartley Osilatörünün yanı sıra, ayarlı tank devresini amplifikatör boyunca aşağıda gösterildiği gibi şönt beslemeli bir osilatör olarak bağlamak da mümkündür.

Şönt beslemeli Hartley Osilatör devresi

Şönt beslemeli Hartley osilatör devresinde, kollektör akımının hem AC hem de DC bileşenlerinin devre etrafında ayrı yolları vardır. DC bileşeni kapasitör tarafından bloke edildiğinden, C2 endüktif bobinden DC akmaz, L ve ayarlı devrede daha az güç boşa harcanır.

Radyo Frekans Bobini (RFC), L2, salınım frekansında yüksek reaktansa sahip bir RF bobinidir, böylece RF akımının çoğu, DC bileşeni L2’den geçerken C2, kapasitör aracılığıyla LC ayar tankı devresine uygulanır. RFC bobini L2 yerine bir direnç kullanılabilir, ancak verim daha az olur.

Hartley Osilatörü Soru Örneği 1

Her biri 0,5 mH’lik iki ayrı indüktöre sahip bir Hartley Osilatör devresi, 100pF ile 500pF arasında ayarlanabilen değişken bir kapasitör ile paralel olarak rezonansa girecek şekilde tasarlanmıştır. Salınım üst ve alt frekanslarını ve ayrıca Hartley osilatörlerinin bant genişliğini hesaplayın.

Salınımların frekanslarını hesaplamak için bu formülü kullanabiliriz:

Devre, seri bağlı iki endüktif bobinden oluşur, bu nedenle toplam endüktans şu şekilde verilir:

Üst Frekansı

Alt Frekans

Bant Genişliği

503 – 225 = 278kHz

OPAMP Kullanan Hartley Osilatörü

Hartley osilatörünün aktif aşaması olarak iki kutuplu bağlantı transistörü (BJT) kullanmanın yanı sıra, bir alan etkili transistör (FET) veya bir işlemsel yükseltici (op-amp) de kullanabiliriz. Op-amp kullanan Hartley Osilatörünün çalışması, aynı şekilde hesaplanan çalışma frekansı ile transistörlü versiyonla tamamen aynıdır.

Aktif aşaması olarak işlemsel bir amplifikatör kullanarak bir Hartley Osilatörü oluşturmanın avantajı, op-amp kazancının R1 ve R2 geri besleme dirençleri kullanılarak çok kolay ayarlanabilmesidir. Yukarıdaki transistörlü osilatörde olduğu gibi, devrenin kazancı L1/L2 oranından çok veya biraz daha büyük olmalıdır. İki endüktif bobin ortak bir çekirdeğe sarılırsa ve karşılıklı endüktans M varsa, oran (L1+M)/(L2+M) olur.

Özetle

Özetlemek gerekirse, Hartley Osilatörü, geri beslemesi endüktif bölücü yoluyla elde edilen paralel bir LC rezonatör tank devresinden oluşur. Çoğu osilatör devresi gibi, Hartley osilatörü de çeşitli biçimlerde bulunur ve en yaygın biçim yukarıdaki transistör devresidir.

Bu Hartley Osilatör konfigürasyonu, çıkış sinyalinin bir kısmını transistörün yayıcısına geri beslemek için rezonans bobinine bağlı olarak ayarlanmış bir tank devresine sahiptir. Transistör emitörünün çıkışı, kollektördeki çıkışla her zaman “aynı fazda” olduğundan, bu geri besleme sinyali pozitiftir. Sinüs dalgası voltajı olan salınım frekansı, tank devresinin rezonans frekansı tarafından belirlenir.

Osilatörler hakkında bir sonraki derste, Colpitts Osilatörü olarak adlandırılan Hartley osilatörünün tersi olan başka bir LC osilatör devresi tipine bakacağız. Colpitts osilatörü, rezonans tank devresi içinde tek bir endüktans ile paralel olarak bir merkez kademeli kapasitans oluşturmak için seri olarak iki kapasitör kullanır.