简而言之,振荡器是将来自电源的直流电转换成负载的交流电的电路。振荡器系统由有源和无源组件构成,用于在输出端产生正弦波或任何其他重复波形,而无需施加外部输入信号。在之前的教程中,我们讨论了一些振荡器:
- 科尔皮茨振荡器
- RC相移振荡器
- 温桥振荡器
- 石英晶体振荡器
- 相移振荡器电路
- 压控振荡器(VCO)
任何种类的无线电电视发射器或接收器或任何实验室测试设备都具有振荡器。它是产生时钟信号的主要组成部分。可以在非常常见的设备(例如手表)内部看到一个简单的振荡器应用程序。手表使用振荡器产生1 Hz的时钟信号。
根据输出波形,振荡器分为正弦振荡器或张弛振荡器。如果振荡器在输出端产生具有确定频率的正弦波,则该振荡器称为正弦波振荡器。张弛振荡器在输出端提供非正弦波,例如方波或三角波或任何类似种类的波。
除了基于输出信号的振荡器分类以外,还可使用诸如负电阻振荡器,反馈振荡器等电路结构对振荡器进行分类。
该哈特利振荡器是在1915年由美国工程师拉尔夫·哈特利发明了LC类型(电感-电容)的反馈振荡器之一。在本教程中,我们将讨论Hartley振荡器的构造和应用。
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Hartley振荡器是LC振荡器。LC振荡器由振荡电路组成,振荡电路是产生所需振荡的重要部分。储能电路使用三个组件,两个电感器和一个电容器。电容器与两个串联电感器并联连接。以下是哈雷振荡器的电路图:
为什么将电感电容组合称为振荡电路?因为LC电路存储了振荡频率。在储能电路中,电容器和两个串联电感器相互反复充电和放电,从而产生振荡。充电和放电时间,换句话说,电容器和电感器的值是决定振荡频率的主要因素。
基于晶体管
在上图中,显示了一个实用的Hartley振荡器电路,其中的有源元件是PNP晶体管。在电路中,输出电压出现在连接到集电极的振荡电路上。但是,反馈电压也是输出电压的一部分,在电感L1两端出现,表示为V1。
的频率正比于电容器和电感值的比率。
哈特利振荡器电路的工作
哈特利振荡器中的有源元件是晶体管。该特性的有效区域中的直流工作点由电阻R1,R2,RE和集电极电源电压VCC决定。电容器CB是隔离电容器,CE是Easter旁路电容器。
该晶体管在共发射极结构配置。在这种配置中,晶体管输入和输出电压具有180度相移。在该电路中,输出电压V1和反馈电压V2具有180度相移。通过将两者结合起来,我们获得了总的360度相移,这对于振荡至关重要(称为Barkhausen准则)。
在不施加外部信号的情况下开始电路内部振荡的另一项基本要求是在电路内部产生噪声电压。接通电源后,会产生噪声频谱,噪声频谱很宽,并且在振荡器所需的频率上具有所需的电压分量。
对于大电阻值,电路的AC操作不受电阻R1和R2的影响。这两个电阻器用于晶体管的偏置。接地和CE用于整个电路的抗扰性,并且这两个电阻和电容器分别用作发射极电阻和发射极电容器。
交流工作很大程度上受振荡电路谐振频率的影响。振荡频率可以使用以下公式确定:
F = 1 /2π√L Ť Ç
振荡电路的总电感为L T = L 1 + L 2
基于运算放大器的Hartley振荡器
在上图中,显示了基于运放的Hartley振荡器,其中电容器C1与L1和L2串联并联。
运算放大器以反相配置连接,其中电阻器R1和R2为反馈电阻器。放大器电压增益可以通过以下公式确定–
A =-(R2 / R1)
反馈电压和输出电压也在上述基于运放的Hartley振荡器电路中表示。
可以使用基于晶体管的Hartley振荡器部分中使用的公式来计算振荡频率。
Hartley振荡器通常在RF范围内振荡。可以通过更改电感器或电容器或两者的值来改变频率。为了选择可变元件,在电感器上方选择了电容器,因为它们比电感器容易变化。振荡频率可以以3:1的比例变化,以实现平滑变化。
哈特利振荡器的例子
假设具有60-120 KHz可变频率的Hartley振荡器由一个微调电容器(100 pF至400 pF)组成。振荡电路有两个电感,其中一个电感的值为39uH。因此,要查找其他电感器的值,我们将遵循以下过程:
Hartley振荡器的频率为-
F = 1 /2π√L Ť Ç
在这种情况下,频率在60到120 kHz之间变化,比率为1:2。由于电容以100pF:400pF的比率(即1:4的比率)变化,因此可以通过一对线圈获得频率的变化。
因此,当频率F为60 kHz时,电容为400 pF。
现在,
因此,总电容为17.6 mH,其他电感的值为
17.6 mH – 0.039 mH = 17.56 mH。
Hartley振荡器和Colpitts振荡器之间的区别
Colpitts振荡器与Hartley振荡器非常相似,但是两者的结构有所不同。尽管Hartley和Colpitts振荡器在振荡电路中都具有三个组件,但Colpitts振荡器使用的是一个并联的电感器和两个串联的电容器,而Hartley振荡器使用的是完全相反的一个并联的电容器和两个电感器。
哈特利振荡器的优缺点
优点:
1.输出幅度与可变频率范围不成比例,并且幅度保持接近恒定。
2.可以使用微调器而不是振荡电路中的固定电容器轻松控制频率。
3.由于射频频率稳定,非常适合射频范围应用。
缺点
1.Hartley振荡器提供了失真的正弦波,不适合与正弦波相关的操作。产生此缺陷的主要原因是在输出端感应出大量谐波。
2.低频时,电感值变大。
Hartley振荡器电路主要用于在无线电发射器和接收器等各种设备中生成正弦波。