Oscilador Hartley - Hartley oscillator

O oscilador Hartley é um circuito oscilador eletrônico no qual a frequência de oscilação é determinada por um circuito sintonizado composto por capacitores e indutores , ou seja, um oscilador LC. O circuito foi inventado em 1915 pelo engenheiro americano Ralph Hartley . A característica distintiva do oscilador Hartley é que o circuito sintonizado consiste em um único capacitor em paralelo com dois indutores em série (ou um único indutor derivado), e o sinal de feedback necessário para a oscilação é obtido da conexão central dos dois indutores.

História

O oscilador Hartley foi inventado por Hartley enquanto ele trabalhava para o Laboratório de Pesquisa da Western Electric Company . Hartley inventou e patenteou o projeto em 1915 enquanto supervisionava os testes radiotelefônicos transatlânticos da Bell System; foi concedida a patente número 1.356.763 em 26 de outubro de 1920. Observe que o esquema básico mostrado abaixo rotulado "Circuito de dreno comum Hartley" é essencialmente o mesmo que no desenho da patente, exceto que o tubo é substituído por um JFET , e que o bateria para uma polarização negativa da grade não é necessária.

Em 1946, Hartley foi premiado com a medalha de honra IRE "Por seus primeiros trabalhos em circuitos oscilantes empregando tubos triodo e também por seu reconhecimento precoce e exposição clara da relação fundamental entre a quantidade total de informação que pode ser transmitida através de um sistema de transmissão de largura de banda e o tempo necessário. " (A segunda metade da citação refere-se ao trabalho de Hartley na teoria da informação, em grande parte semelhante a Harry Nyquist .)

Operação

O oscilador Hartley é distinguido por um circuito tanque que consiste em duas bobinas conectadas em série (ou, muitas vezes, uma bobina derivada ) em paralelo com um capacitor, com um amplificador entre a impedância relativamente alta em todo o tanque LC e a voltagem relativamente baixa / ponto de alta corrente entre as bobinas. A versão original de 1915 usava um triodo como dispositivo de amplificação na configuração de placa comum (seguidor de cátodo), com três baterias e bobinas ajustáveis ​​separadas. O circuito simplificado mostrado à direita usa um JFET (na configuração de dreno comum ), um circuito tanque LC (aqui o único enrolamento é derivado) e uma única bateria. O circuito ilustra a operação do oscilador Hartley:

• a saída da fonte do JFET ( emissor , se um BJT tiver sido usado; cátodo para um triodo) tem a mesma fase do sinal em sua porta (ou base) e aproximadamente a mesma voltagem de sua entrada (que é a voltagem através do todo o circuito do tanque), mas a corrente é amplificada , ou seja, atua como um buffer de corrente ou fonte de tensão controlada por tensão .
• esta saída de baixa impedância é então alimentada na derivação da bobina, efetivamente em um autotransformador que aumentará a tensão, exigindo uma corrente relativamente alta (em comparação com aquela disponível no topo da bobina).
• com a ressonância da bobina do capacitor , todas as frequências além da frequência sintonizada tenderão a ser absorvidas (o tanque aparecerá como quase 0Ω perto da CC devido à baixa reatância do indutor em frequências baixas, e novamente baixo em frequências muito altas devido ao capacitor ); eles também mudarão a fase do feedback do 0 ° necessário para qualquer oscilação, exceto a frequência sintonizada.

Variações no circuito simples geralmente incluem maneiras de reduzir automaticamente o ganho do amplificador para manter uma tensão de saída constante em um nível abaixo da sobrecarga; o circuito simples acima limitará a tensão de saída devido ao gate conduzir em picos positivos, amortecendo efetivamente as oscilações, mas não antes que uma distorção significativa ( harmônicos espúrios ) possa resultar. Alterar a bobina derivada para duas bobinas separadas, como no esquema da patente original, ainda resulta em um oscilador de trabalho, mas agora que as duas bobinas não estão magneticamente acopladas à indutância e, portanto, a frequência, o cálculo deve ser modificado (veja abaixo), e a explicação do mecanismo de aumento de tensão é mais complicada do que o cenário do autotransformador.

Uma implementação bastante diferente usando uma bobina derivada em um arranjo de feedback de tanque LC é empregar um estágio amplificador de grade comum (ou porta comum ou base comum), que ainda não é invertido, mas fornece ganho de tensão em vez de ganho de corrente ; a derivação da bobina ainda está conectada ao cátodo (ou fonte ou emissor), mas agora esta é a entrada (baixa impedância) para o amplificador; o circuito de tanque dividido está agora diminuindo a impedância da impedância de saída relativamente alta da placa (ou dreno ou coletor).

O oscilador Hartley é o dual do oscilador Colpitts, que usa um divisor de tensão feito de dois capacitores em vez de dois indutores. Embora não haja nenhum requisito para que haja acoplamento mútuo entre os dois segmentos da bobina, o circuito é geralmente implementado usando uma bobina com derivação, com o feedback obtido da derivação, como mostrado aqui. O ponto de derivação ideal (ou razão das indutâncias da bobina) depende do dispositivo de amplificação usado, que pode ser um transistor de junção bipolar , FET , triodo ou amplificador de quase qualquer tipo (não inversor neste caso, embora variações do circuito com um ponto central aterrado e feedback de um amplificador de inversão ou o coletor / dreno de um transistor também são comuns), mas um FET de junção (mostrado) ou triodo é frequentemente empregado como um bom grau de estabilidade de amplitude (e, portanto, redução de distorção ) pode ser alcançada com uma combinação simples de resistor-capacitor de vazamento de grade em série com a porta ou grade (veja o circuito Scott abaixo) graças à condução de diodo em picos de sinal acumulando polarização negativa suficiente para limitar a amplificação.

A frequência de oscilação é aproximadamente a frequência ressonante do circuito tanque. Se a capacitância do capacitor do tanque for C e a indutância total da bobina derivada for L, então

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

Se duas bobinas desacopladas de indutância L ₁ e L ₂ forem usadas, então

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

No entanto, se as duas bobinas forem acopladas magneticamente, a indutância total será maior por causa da indutância mútua k

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

A frequência de oscilação real será ligeiramente mais baixa do que a fornecida acima, por causa da capacitância parasita na bobina e do carregamento pelo transistor.

Vantagens do oscilador Hartley:

• A frequência pode ser ajustada usando um único capacitor variável, um lado do qual pode ser aterrado
• A amplitude de saída permanece constante ao longo da faixa de frequência
• Uma bobina derivada ou dois indutores fixos são necessários, e muito poucos outros componentes
• Fácil de criar uma variação precisa do oscilador de cristal de frequência fixa , substituindo o capacitor por um cristal de quartzo (ressonante paralelo) ou substituindo a metade superior do circuito do tanque por um cristal e resistor de vazamento de grade (como no oscilador Tri-tet ) .

Desvantagens:

• Saída rica em harmônicos se tirada do amplificador e não diretamente do circuito LC (a menos que um circuito de estabilização de amplitude seja empregado).

Veja também

• Oscilador optoeletrônico

Referências

• Langford-Smith, F. (1952), Radiotron Designer's Handbook (4ª ed.), Sydney, Austrália: Amalgamated Wireless Valve Company Pty., Ltd.
• Registro, FA; Stiles, JL (junho de 1943), "An Analytical Demonstration of Hartley Oscillator Action", Proceedings of the IRE , 31 (6), doi : 10.1109 / jrproc.1943.230656 , ISSN  0096-8390
• Rohde, Ulrich L .; Poddar, Ajay K .; Böck, Georg (maio de 2005), The Design of Modern Microwave Oscillators for Wireless Applications: Theory and Optimization , New York, NY: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-72342-8
• Vendelin, George; Pavio, Anthony M .; Rohde, Ulrich L. (maio de 2005), Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques , New York, NY: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41479-4

links externos

• Oscilador Hartley , Publicação Integrada