نوسان‌ساز هارتلی: چیست؟ (فرکانس و مدار)

چیست اسیلاتور هارتلی؟

اسیلاتور هارتلی (یا اسیلاتور RF) نوعی از اسیلاتورهای هارمونیک است. فرکانس اسیلاتور هارتلی توسط یک مدار LC (یعنی مداری که شامل خازن‌ها و القایی‌ها است) تعیین می‌شود. اسیلاتورهای هارتلی معمولاً تنظیم می‌شوند تا موج‌هایی در باند فرکانس رادیویی تولید کنند (که به همین دلیل نیز به آن‌ها اسیلاتورهای RF گفته می‌شود).

اسیلاتورهای هارتلی در سال ۱۹۱۵ توسط مهندس آمریکایی رالف هارتلی اختراع شدند.

ویژگی تمایز اسیلاتور هارتلی این است که مدار تنظیم شامل یک خازن موازی با دو القایی سری (یا یک القایی لمسی) است و سیگنال بازخورد لازم برای اسیلاتور از اتصال میانی دو القایی گرفته می‌شود.

نمودار مداری اسیلاتور هارتلی در شکل ۱ زیر نشان داده شده است:

در اینجا RC مقاومت جامعه‌گر است در حالی که مقاومت انتشار RE شبکه پایدارساز را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، مقاومت‌های R1 و R2 شبکه تقسیم ولتاژ را برای ترانزیستور در حالت مشترک-انتشار CE تشکیل می‌دهند.

بعداً، خازن‌های Ci و Co خازن‌های جداکننده ورودی و خروجی هستند در حالی که خازن انتشار CE خازن دورزدن است که برای دورزدن سیگنال‌های AC تقویت شده استفاده می‌شود. تمام این المان‌ها مشابه با آنهایی که در یک تقویت‌کننده مشترک-انتشار وجود دارد که با یک شبکه تقسیم ولتاژ تغذیه می‌شود.

با این حال، شکل ۱ نشان‌دهنده یک مجموعه دیگر از المان‌ها است، یعنی القایی‌های L1 و L2, و خازن C که مدار ذخیره (در قفسه قرمز نشان داده شده) را تشکیل می‌دهند.

با روشن شدن منبع تغذیه، ترانزیستور شروع به رسانایی می‌کند، که منجر به افزایش جریان جامعه‌گر IC می‌شود که خازن C را شارژ می‌کند.

پس از کسب بیشترین شارژ ممکن، C شروع به خارج شدن از طریق القایی‌ها L1 و L2 می‌کند. این چرخه‌های شارژ و خارج شدن منجر به اسیلاتورهای میرا در مدار ذخیره می‌شوند.

جریان اسیلاتور در مدار ذخیره ولتاژ AC را در القایی‌های L1 و L2 ایجاد می‌کند که ۱۸۰ درجه با هم اختلاف فاز دارند چون نقاط تماس آن‌ها به زمین متصل هستند.

علاوه بر این، از شکل مشخص است که خروجی تقویت‌کننده در القایی L1 اعمال می‌شود در حالی که ولتاژ بازخورد از L2 گرفته شده و به پایه ترانزیستور اعمال می‌شود.

بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که خروجی تقویت‌کننده با ولتاژ مدار ذخیره همزمان است و انرژی از دست رفته آن را تأمین می‌کند در حالی که انرژی بازخورد به مدار تقویت‌کننده ۱۸۰ درجه اختلاف فاز دارد.

ولتاژ بازخورد که ۱۸۰ درجه با ترانزیستور اختلاف فاز دارد، توسط یک اختلاف فاز ۱۸۰ درجه دیگر ناشی از عملکرد ترانزیستور ارائه می‌شود.

بنابراین سیگنالی که در خروجی ترانزیستور ظاهر می‌شود تقویت شده و اختلاف فاز کل ۳۶۰ درجه خواهد داشت.

در این حالت، اگر ضریب تقویت مدار را کمی بیشتر از نسبت بازخورد که توسط

(اگر سیم‌پیچ‌ها روی همان هسته پیچیده شده باشند با M که القایی‌های متقابل را نشان می‌دهد)
آنگاه مدار یک اسیلاتور ایجاد می‌کند که با حفظ ضریب تقویت مدار برابر با نسبت بازخورد تداوم می‌یابد.

این باعث می‌شود که مدار در شکل ۱ به عنوان یک اسیلاتور عمل کند زیرا در آن هر دو شرط معیارهای بارکهاوزن را برآورده می‌کند.

فرکانس چنین اسیلاتوری به صورت زیر است

که در آن،

اسیلاتورهای هارتلی در کنفیگوراسیون‌های مختلفی موجود هستند از جمله سری یا شانت-فید، مشترک-انتشار یا مشترک-بازه، و مبتنی بر ترانزیستورهای BJT (ترانزیستور گره‌ای دوقطبی) یا FET (ترانزیستور اثر میدانی).

به علاوه، باید توجه داشت که بخش تقویت‌کننده مبتنی بر ترانزیستور در شکل ۱ حتی می‌تواند با یک تقویت‌کننده دیگری مانند یک تقویت‌کننده معکوس‌کننده تشکیل شده توسط یک Op-Amp جایگزین شود.