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 capacitor 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 radiotelefónicas transatlánticas de Bell System; se le otorgó la patente número 1.356.763 el 26 de octubre de 1920. [1] Tenga en cuenta que el esquema básico que se muestra a continuación con la etiqueta "Circuito Hartley de drenaje común" 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 de red negativa.
En 1946 Hartley fue galardonado con la medalla de honor IRE "Por su trabajo inicial en circuitos oscilantes que emplean tubos de triodo 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 limitada ancho de banda y el tiempo requerido ". [2] (La segunda mitad de la cita se refiere al trabajo de Hartley en la 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 con derivación ) en paralelo con un condensador, con un amplificador entre la impedancia relativamente alta en todo el tanque LC y el voltaje relativamente bajo / punto de alta corriente entre las bobinas. La versión original de 1915 usaba 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 usa 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: [ dudoso ]
- la salida de la fuente del JFET ( emisor , si se ha utilizado un BJT ; cátodo 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 del todo el circuito del tanque), pero la corriente se amplifica , es decir, actúa como un búfer de corriente o una fuente de voltaje controlada por voltaje .
- esta salida de baja impedancia luego se alimenta a la derivación de la bobina, de manera efectiva a un autotransformador que aumentará el voltaje, requiriendo una corriente relativamente alta (en comparación con la disponible en la parte superior de la bobina).
- Con la resonancia de la bobina del condensador , todas las frecuencias que no sean la frecuencia sintonizada tenderán a ser absorbidas (el tanque aparecerá como casi 0Ω cerca de DC debido a la baja reactancia del inductor a bajas frecuencias, y bajo nuevamente a frecuencias muy altas debido al condensador ); también cambiarán la fase de la retroalimentación desde los 0 ° necesarios para la oscilación en todo menos en 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 pueda resultar una distorsión significativa ( armónicos espurios ). Cambiar la bobina con toma a dos bobinas separadas, como en el esquema de la patente original, todavía da como resultado un oscilador de trabajo, pero ahora que las dos bobinas no están acopladas magnéticamente a la inductancia, por lo que la frecuencia, el cálculo 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 usando una bobina con derivación en una disposición de retroalimentación de tanque LC es emplear una etapa amplificadora de rejilla común (o puerta común o base común), [3] que aún no se invierte pero proporciona ganancia de voltaje en lugar de corriente ganar ; la derivación de la bobina todavía está conectada al cátodo (o fuente o emisor), pero esta es ahora la entrada (de baja impedancia) al amplificador; el circuito del tanque dividido ahora está disminuyendo la impedancia de la impedancia de salida relativamente alta de la placa (o drenaje o colector).
El oscilador Hartley es el doble del oscilador Colpitts que usa un divisor de voltaje hecho de dos capacitores 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 utilizando una bobina con toma, con la retroalimentación tomada de la toma, 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 variaciones del circuito con un punto central conectado a tierra y la retroalimentación de un amplificador inversor o el colector / drenaje de un transistor también son comunes), pero un FET de unión (mostrado) o triodo a menudo se emplea como un buen grado de estabilidad de amplitud (y por lo tanto la reducción de la distorsión ) puede Se logra con una combinación simple de condensador y resistencia de fuga de rejilla en serie con la puerta o rejilla (consulte el circuito de Scott a continuación) gracias a la conducción de diodos en los picos de señal que generan 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 con derivación es L, entonces
Si se utilizan dos bobinas desacopladas de inductancia L 1 y L 2 , entonces
Sin embargo, si las dos bobinas están acopladas magnéticamente, la inductancia total será mayor debido a la inductancia mutua k [4]
La frecuencia de oscilación real será ligeramente más baja que la dada 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 solo condensador variable, un lado del cual se puede conectar a tierra
- La amplitud de salida permanece constante en el rango de frecuencia.
- Se necesita una bobina con derivación o dos inductores fijos, y muy pocos otros componentes
- Fácil de crear una variación precisa del oscilador de cristal de frecuencia fija reemplazando el capacitor con un cristal de cuarzo (resonante en paralelo) o reemplazando la mitad superior del circuito del tanque con un cristal y una resistencia de fuga de rejilla (como en el oscilador Tri-tet ) .
Desventajas:
- Salida rica en armónicos si se toma del amplificador y no directamente del circuito LC (a menos que se empleen circuitos de estabilización de amplitud).
Ver también
- Oscilador optoelectrónico
Referencias
- ^ "Patente US1356763: generador de oscilación" (PDF) . Patente de la Oficina de Estados Unidos . Consultado el 22 de marzo de 2016 .
- ^ Ralph VL Hartley, Legacies, IEEE History Center, actualizado el 23 de enero de 2003, http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Ralph_Hartley
- ^ Coates, Eric. "El oscilador de Hartley" . Aprenda acerca de la electrónica . Consultado el 22 de marzo de 2016 .
- ^ Jim McLucas, el oscilador Hartley no requiere inductores acoplados, EDN 26 de octubre de 2006 "Copia archivada" . Archivado desde el original el 4 de julio de 2008 . Consultado el 10 de diciembre de 2008 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- Langford-Smith, F. (1952), Radiotron Designer's Handbook (4a ed.), Sydney, Australia: Amalgamated Wireless Valve Company Pty., Ltd.
- Record, FA; Stiles, JL (junio de 1943), "An Analytical Demonstration of Hartley Oscillator Action", Proceedings of the IRE , 31 (6), doi : 10.1109 / jrproc.1943.230656 , ISSN 0096-8390
- Rohde, Ulrich L .; Poddar, Ajay K .; Böck, Georg (mayo de 2005), El diseño de osciladores de microondas modernos para aplicaciones inalámbricas: teoría y optimización , Nueva York, NY: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-72342-8
- Vendelin, George; Pavio, Anthony M .; Rohde, Ulrich L. (mayo de 2005), Diseño de circuitos de microondas utilizando técnicas lineales y no lineales , Nueva York, NY: John Wiley & Sons, ISBN 0-471-41479-4
enlaces externos
- Oscilador Hartley , publicación integrada