Oscilador Hartley

Em termos simples, o oscilador é um circuito que converte a energia CC da fonte de alimentação em energia CA para a carga. O sistema oscilador é construído usando componentes ativos e passivos e é usado para a produção de formas de onda senoidais ou qualquer outra forma de onda repetitiva na saída sem qualquer aplicação de um sinal de entrada externo. Discutimos alguns osciladores em nossos tutoriais anteriores:

• Oscilador Colpitts
• Oscilador de mudança de fase RC
• Wein Bridge Oscillator
• Oscilador de cristal de quartzo
• Circuito Oscilador de Mudança de Fase
• Oscilador de tensão controlada (VCO)

Qualquer tipo de transmissor ou receptor de rádio-TV ou qualquer equipamento de teste de laboratório possui o oscilador. É o principal componente para produzir o sinal do clock. Um aplicativo simples de oscilador pode ser visto dentro de um dispositivo muito comum, como um relógio. Os relógios usam um oscilador para produzir um sinal de relógio de 1 Hz.

Os osciladores são classificados como osciladores sinusoidais ou osciladores de relaxamento, dependendo da forma de onda de saída. Se um oscilador produz uma onda sinusoidal com frequência definida na saída, o oscilador é chamado de oscilador senoidal. Os osciladores de relaxamento fornecem ondas não sinusoidais, como onda quadrada ou triangular ou qualquer tipo semelhante de onda na saída.

Além das classificações do oscilador com base no sinal de saída, os osciladores podem ser classificados usando a construção do circuito como oscilador de resistência negativa, oscilador de feedback, etc.

O oscilador Hartley é um dos osciladores de feedback do tipo LC (indutor-capacitor), que foi inventado em 1915 pelo engenheiro americano Ralph Hartley. Neste tutorial, discutiremos sobre a construção e aplicação do oscilador Hartley.

O circuito do tanque

O oscilador Hartley é um oscilador LC. Um oscilador LC consiste em um circuito tanque que é uma parte essencial para produzir a oscilação necessária. O circuito tanque está usando três componentes, dois indutores e um capacitor. O capacitor é conectado em paralelo com dois indutores em série. Abaixo está o diagrama de circuito do Oscilador Harley:

Por que a combinação indutor-capacitor é chamada de circuito tanque? Porque o circuito LC armazena a frequência da oscilação. No circuito tanque, o capacitor e dois indutores em série estão sendo carregados e descarregados um pelo outro repetidamente, o que produz uma oscilação. O tempo de carga e descarga ou em outras palavras, o valor do capacitor e indutores é o principal fator determinante para a frequência de oscilação.

Baseado em transistor

Na imagem acima, um circuito oscilador de Hartley prático é mostrado onde um componente ativo é o transistor PNP. No circuito, a tensão de saída aparece através do circuito tanque que está conectado ao coletor. No entanto, a tensão de feedback também é uma parte da tensão de saída que é denotada como V1, aparecendo através do indutor L1.

A frequência é diretamente proporcional à relação entre os valores do capacitor e dos indutores.

Funcionamento do circuito oscilador de Hartley

O componente ativo no oscilador de Hartley é o transistor. O ponto de operação DC na região ativa das características é governado pelos resistores R1, R2, RE e a tensão de alimentação do coletor VCC. O capacitor CB é o capacitor de bloqueio e CE é o capacitor de desvio de Páscoa.

O transistor está configurado na configuração de emissor comum. Nesta configuração, a tensão de entrada e saída do transistor tem uma mudança de fase de 180 graus. No circuito, a tensão de saída V1 e a tensão de feedback V2 tem uma mudança de fase de 180 graus. Combinando esses dois, obtemos um total de 360 ​​graus de mudança de fase, essencial para a oscilação (referido como critério de Barkhausen).

Outra coisa essencial para iniciar a oscilação dentro do circuito sem aplicar um sinal externo é produzir voltagem de ruído dentro do circuito. Quando a energia é ligada, uma tensão de ruído é produzida com um amplo espectro de ruído e tem o componente de tensão necessário na frequência, necessária para o oscilador.

A operação CA do circuito não é afetada pela resistência R1 e R2 para um grande valor de resistência. Esses dois resistores são usados ​​para a polarização do transistor. O terra e o CE estão sendo usados ​​para a imunidade do circuito geral e esses dois resistores e capacitor são usados ​​como resistor de emissor e capacitor de emissor.

A operação CA é amplamente afetada pela frequência ressonante do circuito tanque. A frequência da oscilação pode ser determinada usando a fórmula abaixo

F = 1 / 2π√L _T C

A indutância total do circuito tanque é L _T = L ₁ + L ₂

Oscilador Hartley Op-Amp

Na imagem acima, o oscilador Hartley baseado em amp op foi mostrado onde o capacitor C1 está conectado em paralelo com L1 e L2 em série.

O Op-amp é conectado em uma configuração de inversão, onde o resistor R1 e R2 é o resistor de feedback. O ganho de tensão do amplificador pode ser determinado pela fórmula mencionada abaixo -

A = - (R2 / R1)

A tensão de feedback e a tensão de saída também são denotadas no circuito oscilador Hartley baseado em amplificador operacional acima.

A frequência da oscilação pode ser calculada usando a mesma fórmula que é usada na seção do oscilador Hartley baseada em transistor.

O oscilador Hartley geralmente oscila na faixa de RF. A frequência pode ser variada alterando o valor do indutor ou capacitores ou ambos. Para a seleção de um componente variável, os capacitores são escolhidos acima dos indutores, pois podem ser facilmente variados do que os indutores. A frequência da oscilação pode ser alterada na proporção de 3: 1 para variações suaves.

Exemplo de oscilador de Hartley

Suponha que um oscilador Hartley com uma frequência variável de 60-120 KHz consiste em um capacitor trimmer (100 pF a 400 pF). O circuito tanque tem dois indutores onde o valor de um indutor é 39uH. Portanto, para encontrar o valor de outro indutor, seguiremos o procedimento abaixo:

A frequência do oscilador Hartley é-

F = 1 / 2π√L _T C

Nesta situação onde a frequência varia entre 60 a 120 kHz que é uma relação 1: 2. A variação da frequência pode ser obtida por um par de bobinas, pois a capacitância varia na relação 100pF: 400 pF que é uma relação 1: 4.

Portanto, quando a frequência F é 60 kHz, a capacitância é 400 pF.

Agora,

Portanto, a capacitância total é de 17,6 mH e o valor do outro indutor é

17,6 mH - 0,039 mH = 17,56 mH.

Diferenças entre Hartley Oscillator e Colpitts Oscillator

O oscilador Colpitts é muito semelhante ao oscilador Hartley, mas há uma diferença na construção entre os dois. Embora Hartley e Colpitts, ambos os osciladores tenham três componentes no circuito do tanque, o oscilador Colpitts usa um único indutor em paralelo com dois capacitores em série, enquanto o oscilador Hartley usa exatamente o oposto, um único capacitor em paralelo com dois indutores em série.

Vantagens e desvantagens do oscilador Hartley

Vantagens:

1. A amplitude de saída não é proporcional à faixa de frequência variável e a amplitude permanece quase constante.

2. A frequência é facilmente controlável usando um aparador em vez do capacitor fixo no circuito do tanque.

3.Bem adequado para aplicações de faixa de RF devido à geração de frequência de RF estável.

Desvantagens

1. Oscilador de Hartley fornece uma onda senoidal distorcida e não é adequado para operações relacionadas com a onda senoidal pura. A principal razão para esta desvantagem é a grande quantidade de harmônicas induzidas na saída.

2. Em baixa frequência, o valor do indutor torna-se grande.

O Circuito Oscilador Hartley é usado principalmente para gerar onda senoidal em vários dispositivos, como transmissores e receptores de rádio.