Oscilador hartley

El oscilador Hartley es un circuito oscilador electrónico en el que la frecuencia de oscilación está determinada por un circuito sintonizado que consta de condensadores e inductores, es decir, un oscilador LC. El circuito fue inventado en 1915 por el ingeniero estadounidense Ralph Hartley. La característica distintiva del oscilador Hartley es que el circuito sintonizado consta de un solo condensador en paralelo con dos inductores en serie (o un solo inductor con derivación), y la señal de retroalimentación necesaria para la oscilación se toma de la conexión central de los dos inductores.

Historia

El oscilador Hartley fue inventado por Hartley mientras trabajaba para el Laboratorio de Investigación de la Western Electric Company. Hartley inventó y patentó el diseño en 1915 mientras supervisaba las pruebas de radioteléfono transatlántico de Bell System; se le otorgó la patente número 1.356.763 el 26 de octubre de 1920. Tenga en cuenta que el esquema básico que se muestra a continuación, denominado "Circuito Hartley de drenaje común", se muestra a continuación. Es esencialmente el mismo que en el dibujo de la patente, excepto que el tubo se reemplaza por un JFET y que no se necesita la batería para una polarización negativa de la red.

En 1946, Hartley recibió la medalla de honor del IRE "por sus primeros trabajos en circuitos oscilantes que emplean tubos triodos y también por su reconocimiento temprano y exposición clara de la relación fundamental entre la cantidad total de información que puede transmitirse". a través de un sistema de transmisión de ancho de banda limitado y el tiempo requerido."(La segunda mitad de la cita se refiere al trabajo de Hartley en teoría de la información, que en gran medida fue paralelo a Harry Nyquist).

Operación

El oscilador Hartley se distingue por un circuito de tanque que consta de dos bobinas conectadas en serie (o, a menudo, una bobina roscada) en paralelo con un capacitor, con un amplificador entre la impedancia relativamente alta en todo el tanque LC y la relativamente alta impedancia en todo el tanque LC. Punto de bajo voltaje/alta corriente entre las bobinas. La versión original de 1915 utilizaba un triodo como dispositivo amplificador en configuración de placa común (seguidor de cátodo), con tres baterías y bobinas ajustables separadas. El circuito simplificado que se muestra a la derecha utiliza un JFET (en configuración de drenaje común), un circuito de tanque LC (aquí se toma el devanado único) y una sola batería. El circuito ilustra el funcionamiento del oscilador Hartley:

• la salida de la JFET fuente ()emisor, si se hubiera utilizado un BJT; cathode para un triodo) tiene la misma fase que la señal en su puerta (o base) y aproximadamente el mismo voltaje que su entrada (que es el voltaje a través de todo el circuito del tanque), pero el la corriente se amplifica, es decir, está actuando como un buffer corriente o fuente de tensión controlada por el voltaje.
• esta baja salida de impedancia se introduce en la bobina, efectivamente en un autotransformador que aumentará el voltaje, requiriendo una corriente relativamente alta (comparada con la disponible en la parte superior de la bobina).
• con la resonancia del capacitor-coil, todas las frecuencias distintas de la frecuencia sintonizada tendran a ser absorbidas (el tanque aparecerá como casi 0Ω cerca de DC debido a la baja reacción del inductor a bajas frecuencias, y baja de nuevo en frecuencias muy altas debido al condensador); también cambiarán la fase de la retroalimentación de los 0° necesarios para la oscilación a toda, pero la frecuencia sintonizada.

Las variaciones en el circuito simple a menudo incluyen formas de reducir automáticamente la ganancia del amplificador para mantener un voltaje de salida constante a un nivel por debajo de la sobrecarga; El circuito simple anterior limitará el voltaje de salida debido a que la puerta conduce en picos positivos, amortiguando efectivamente las oscilaciones, pero no antes de que se produzca una distorsión significativa (armónicos espurios). Cambiar la bobina roscada a dos bobinas separadas, como en el esquema original de la patente, aún da como resultado un oscilador en funcionamiento, pero ahora que las dos bobinas no están acopladas magnéticamente, la inductancia y, por lo tanto, el cálculo de la frecuencia debe modificarse (ver más abajo), y La explicación del mecanismo de aumento de voltaje es más complicada que el escenario del autotransformador.

Una implementación bastante diferente que utiliza una bobina roscada en una disposición de retroalimentación de tanque LC es emplear una etapa amplificadora de red común (o puerta común o base común), que aún no es inversora pero proporciona ganancia de voltaje. en lugar de ganancia actual; la derivación de la bobina todavía está conectada al cátodo (o fuente o emisor), pero esta es ahora la entrada (baja impedancia) al amplificador; el circuito de tanque dividido ahora está reduciendo la impedancia de la impedancia de salida relativamente alta de la placa (o drenaje o colector).

El oscilador Hartley es el mono del oscilador Colpitts que utiliza un divisor de voltaje hecho de dos condensadores en lugar de dos inductores. Aunque no es necesario que haya un acoplamiento mutuo entre los dos segmentos de la bobina, el circuito generalmente se implementa usando una bobina con derivación, con la retroalimentación tomada de la derivación, como se muestra aquí. El punto de derivación óptimo (o relación de inductancias de la bobina) depende del dispositivo amplificador utilizado, que puede ser un transistor de unión bipolar, FET, triodo o amplificador de casi cualquier tipo (no inversor en este caso, aunque existen variaciones del circuito con también son comunes un punto central conectado a tierra y retroalimentación de un amplificador inversor o el colector/drenaje de un transistor), pero a menudo se emplea una unión FET (mostrada) o triodo ya que se puede lograr un buen grado de estabilidad de amplitud (y por lo tanto reducción de la distorsión). Esto se puede lograr con una simple combinación de resistencia y condensador de fuga de red en serie con la puerta o la red (consulte el circuito de Scott a continuación) gracias a que la conducción de diodos en los picos de señal genera suficiente polarización negativa para limitar la amplificación.

La frecuencia de oscilación es aproximadamente la frecuencia de resonancia del circuito del tanque. Si la capacitancia del capacitor del tanque es C y la inductancia total de la bobina roscada es L, entonces

f=12π π LC{displaystyle f={1 over 2pi {fnK},}

Si dos bobinas desacopladas de inductancia L₁ y L₂ están usado entonces

L=L1+L2{displaystyle L=L_{1}+L_{2},}

Sin embargo, si las dos bobinas están acopladas magnéticamente, la inductancia total será mayor debido a la inductancia mutua k

L=L1+L2+kL1L2{displaystyle L=L_{1}+L_{2}+k{sqrt {L_{1}L_{2}},}

La frecuencia de oscilación real será ligeramente menor que la indicada anteriormente, debido a la capacitancia parásita en la bobina y la carga del transistor.

Ventajas del oscilador Hartley:

• La frecuencia se puede ajustar utilizando un único condensador variable, un lado del cual se puede colocar
• La amplitud de salida permanece constante sobre el rango de frecuencias
• Se necesita una bobina o dos inductores fijos, y muy pocos otros componentes
• Fácil de crear una precisa variación de oscilador de cristal de frecuencia fija sustituyendo al condensador por un cristal de cuarzo (paralela-resonante) o reemplazando la mitad superior del circuito de tanque con un resistor de cristal y rejilla (como en el oscilador de trío).

Desventajas:

• La salida armónica rica si se toma del amplificador y no directamente del circuito LC (a menos que se emplee circuito de estabilización de amplitud).