Hartley振荡器工作,使用OP-AMP设计

哈特利振荡器是经典的LC反馈电路之一,用于产生高频波形或信号。正如我们在LC振荡器的文章中讨论的,如果在反馈网络中选择电阻器元件X1和X2作为电感,X3作为电容,那么该振荡器称为哈特利振荡器。

这些可以通过使用不同的电路配置来实现。哈特利振荡器的主要部分是放大器部分和油箱部分。水箱部分由两个电感器和一个电容器组成。每个部分产生一个180度的交流信号电压的相移,因此它产生一个正弦波电压。

哈特利振荡器电路

Hartley振荡器的电路图如下图所示。以公共发射器配置连接的NPN晶体管用作放大器级的有源器件。R1和R2是偏置电阻器,RFC是射频扼流圈,其提供AC和DC操作之间的隔离。

在高频时,这种扼流圈的电抗值非常高;因此它可以被视为开路。直流条件的电抗为零,因此对于直流电容器没有任何问题。CE是发射极旁路电容器,RE也是偏置电阻器。电容器CC1和CC2是耦合电容器。

哈特利振荡器电路

当直流电源(Vcc)给电路时,集电极电流开始上升,电容C开始充电。一旦电容C充满电,它开始通过L1和L2放电,然后再次开始充电。

该后和第四电压波形是一个正弦波,其是一个小的并且引线,其负面改变。除非被扩大,否则最终会消亡。

现在晶体管进入图片。由罐电路产生的正弦波通过电容器CC1耦合到晶体管的基部。

由于晶体管被配置为公共发射器,因此它需要从罐电路的输入,并将其反转到具有主要肯定变化的标准正弦波。

因此,晶体管提供放大以及反转以放大和校正由罐电路产生的信号。L1和L2之间的互感提供从集电极发射电路到基极电路的能量的反馈。

这个电路的振荡频率是

FO = 1 /(2π√(LEQ C))

其中Leq是罐电路中线圈的总电感,并提供为

Leq = L1 + L2 + 2M

对于实际电路,如果L1 = L2 = L且互感被忽略,则可以简化振荡频率

f = 1/ (2π√2 L C)

在一些电路中,晶体管Hartley振荡器的L1和L2之间存在互感,如下图所示。

具有相互电感的晶体管Hartley振荡器

哈特利振荡器的互感

电流通过线圈的变化通过磁场引起其他附近线圈中的电流称为相互电感。由于其他电感器的磁通量,它是一个电感器引起的额外电感量。

考虑互感的影响,线圈的总电感可由下式计算。

Leq = L1 + L2 + 2M

式中M为互感,其值取决于电感之间的有效耦合、它们之间的间距、每个线圈的尺寸、每个线圈的匝数和用于公共铁芯的材料类型。

在射频振荡器中,根据由紧密耦合电感器产生的场的北部和南极地,确定电路的总电感。

如果各个线圈产生的电场方向相同,那么互感将增加到总电感,因此总电感增加。

如果字段呈相反方向,则相互电感将减小总电感。因此,振荡器工作频率将增加。

Hartley振荡器的设计考虑了两个电感器的相互影响。实际上,对于两个电感器使用共同的核心,但是根据耦合系数,相互电感效果可以大大。

当电感之间有100%的磁耦合时,该系数值为一个单位;如果电感之间没有磁耦合,该系数值为零。

使用运放的哈特利振荡器电路

可以通过使用运算放大器来实现Hartley振荡器,并且其典型的布置如下图所示。这种类型的电路利用反馈电阻和输入电阻有助于增益调整。

在晶体管哈特利振荡器中,增益依赖于槽电路元件L1和L2,而在运放振荡器中增益依赖于槽电路元件较少,因此提供了很大的频率稳定性。

Hartley振荡器电路使用OP-AMP

这个电路的工作原理类似于晶体管版的哈特利振荡器。由反馈电路产生的正弦波与运放部分耦合。然后这个波被放大器稳定和反转。

振荡器的频率通过在水箱电路中使用可变电容来改变,使反馈比和输出幅值在一个频率范围内保持恒定。这种振子的振动频率与上面讨论的振子相同,给出如下

FO = 1 /(2π√(LEQ C))

其中LEQ = L1 + L2 + 2M或L1 + L2

为了从这个电路中产生振荡,放大器增益必须选择大于或至少等于两个电感的比值。

Av = L1 / L2

如果L1和L2之间存在互感,因为这两个线圈有共同的铁芯,那么增益变为

Av = (L1 + M) / (L2 + M)

示例1

考虑由水箱电路组成的晶体管哈特利振荡器的电容为100pF。集电极与抽丝点之间的电感量为30µH,抽丝点与晶体管基极之间的电感量为1 × 10-8 H。求振荡频率。忽略互感。

考虑到

C = 100pF = 100 × 10-12年F

L1 =30μH= 30×10-6H

l = 30µh = 1 × 10-8H

晶体管哈特利振荡器的振荡频率由

FO = 1 /(2π√(l1 + l2)c))))

= 1 /(2π√((30×10-6)+(1×10-8× 100 × 10-12年))

= 2.9×106赫兹

= 2.9兆赫

示例2

考虑给定的图,其中Hartley振荡器由运算放大器和反馈LC网络构成。通过参考给定值确定电阻R的工作频率和最大可接受值,以开始振荡。

哈特利振荡器的例子

对于Hartley振荡器,振荡的频率是给出的

FO = 1 /(2π√(LEQ C))

Leq = L1 + L2

Leq = 1.0 × 10-6+ 0.1 × 10-6

Leq = 1.1 × 10-6

给定的电容值为C = 1 × 10-9F

因此,FO = 1 /(2π√(1.1×10-6×1×10-9

= 4.799 MHz。

反馈因子= L2 / L1

= 0.1×10-6/ 1.0×10-6

= 0.1

因此所需的最小增益= 10

但是,增益= R2/R = 100 × 103./ R.

因此,R的最大值= 100 × 103./ 10.

= 10k欧姆。

优势

  • 代替两个单独的线圈,如L1和L2,一个线圈的裸线可以使用和线圈接地沿它的任何理想点。
  • 通过使用可变电容或使磁芯可移动(改变电感),振荡的频率可以改变。
  • 输出的幅度在工作频率范围内保持恒定。
  • 需要很少的组件,包括两个固定电感器或螺纹线圈。

缺点

  • 它不能用作低频振荡器,因为电感器的值变大并且电感器的尺寸变得庞大。
  • 该振荡器输出的谐波含量非常高,因此不适合要求纯正弦波的应用。

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