Un oscilador Hartley es un circuito de retroalimentación LC clásico que se utiliza para generar señales o formas de onda de alta frecuencia. Como se explica en el artículo sobre el oscilador LC, si se eligen los elementos de reactancia X1 y X2 como inductores y X3 como condensador en la red de retroalimentación, el oscilador se denomina oscilador Hartley.
Estos se pueden implementar utilizando varias configuraciones de circuito. Las partes principales del oscilador Hartley son la sección del amplificador y la sección del tanque. La sección del tanque consta de dos inductores y un condensador. Cada sección produce un cambio de fase de 180 grados del voltaje de la señal de CA, produciendo así un voltaje sinusoidal.
Tabla de contenido
circuito oscilador hartley
El diagrama de circuito del oscilador Hartley se muestra a continuación. Los transistores NPN conectados en una configuración de emisor común actúan como dispositivos activos en la etapa de amplificación. R1 y R2 son resistencias de polarización y RFC es un inductor de alta frecuencia que proporciona aislamiento entre el funcionamiento de CA y CC.
A altas frecuencias, el valor de reactancia de este estrangulador es muy alto. Por tanto, puede tratarse como un circuito abierto. No hay ningún problema con los condensadores de CC porque en condiciones de CC la reactancia es cero. CE es el condensador de derivación del emisor y RE es también la resistencia de polarización. Los condensadores CC1 y CC2 son condensadores de acoplamiento.
Cuando se aplica energía CC (Vcc) al circuito, la corriente del colector comienza a aumentar y el capacitor C comienza a cargarse. Una vez que C está completamente cargado, comienza a descargarse a través de L1 y L2 y comienza a cargarse nuevamente.
La forma de onda de voltaje antes y después de esto es una pequeña onda sinusoidal negativa. Si no se amplifica, eventualmente desaparecerá.
Aquí es donde entran en juego los transistores. La onda sinusoidal generada por el circuito tanque se acopla a la base del transistor a través del condensador CC1.
El transistor está configurado como un emisor común, por lo que toma la entrada del circuito del tanque y la invierte a una onda sinusoidal estándar con una transición positiva al principio.
Por lo tanto, el transistor proporciona amplificación e inversión para amplificar y corregir la señal generada por el circuito del tanque. La inductancia mutua entre L1 y L2 proporciona retroalimentación de energía desde el circuito colector-emisor al circuito base-emisor.
La frecuencia de oscilación de este circuito es
fo = 1/ (2π √ (Leq C))
donde Leq es la inductancia total de las bobinas en el circuito del tanque y viene dada por:
Leq = L1 + L2 + 2M
En un circuito real, si L1 = L2 = L y se ignora la inductancia mutua, la frecuencia de oscilación se puede simplificar como:
fo = 1/ (2π √ (2 LC))
En algunos circuitos, existe una inductancia mutua entre L1 y L2 de un oscilador Hartley transistorizado, como se muestra en la siguiente figura.
Inductancia mutua del oscilador Hartley
La inductancia mutua se refiere al hecho de que los cambios en la corriente que fluye a través de una bobina inducen corrientes en otras bobinas circundantes debido al campo magnético. Esta es la inductancia adicional creada por el flujo magnético de un inductor en el otro.
Considerando el efecto de la inductancia mutua, la inductancia total de la bobina se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Leq = L1 + L2 + 2M
donde M es la inductancia mutua y su valor depende del acoplamiento efectivo entre los inductores, el espacio entre los inductores, las dimensiones de cada bobina, el número de vueltas en cada bobina y el tipo de material utilizado para el núcleo común.
En un oscilador de alta frecuencia, la inductancia total del circuito está determinada por los polos norte y sur del campo magnético producido por el inductor estrechamente acoplado.
Si los campos magnéticos producidos por las bobinas individuales están en la misma dirección, la inductancia total aumenta porque la inductancia mutua se suma a la inductancia total.
Cuando los campos magnéticos están en direcciones opuestas, la inductancia mutua reduce la inductancia total. Por tanto, la frecuencia de funcionamiento del oscilador aumenta.
El diseño del oscilador Hartley tiene en cuenta este efecto mutuo de los dos inductores. En la práctica, se utiliza un núcleo común para ambos inductores, pero dependiendo del coeficiente de acoplamiento, el efecto de la inductancia mutua puede ser mucho mayor.
El valor de este coeficiente es 1 si hay un 100% de acoplamiento magnético entre los inductores y 0 si no hay ningún acoplamiento magnético entre los inductores.
Circuito de oscilación Hartley utilizando amplificador operacional.
Se puede implementar un oscilador Hartley utilizando un amplificador operacional, cuya configuración típica se muestra en la siguiente figura. Este tipo de circuito utiliza resistencias de entrada y retroalimentación para facilitar el ajuste de ganancia.
En un oscilador Hartley transistorizado, la ganancia depende de los elementos del circuito tanque L1 y L2, mientras que en un oscilador con amplificador operacional la ganancia depende menos de los elementos del circuito tanque, lo que resulta en una excelente estabilidad de frecuencia.
El funcionamiento de este circuito es similar a la versión transistorizada del oscilador Hartley. La onda sinusoidal generada por el circuito de retroalimentación está acoplada a una sección de amplificador operacional. Luego, un amplificador estabiliza e invierte esta forma de onda.
La frecuencia del oscilador se varía mediante el uso de un condensador variable en el circuito del tanque que mantiene constante la relación de retroalimentación y la amplitud de salida en todo el rango de frecuencia. La frecuencia de oscilación de este tipo de oscilador es la misma que la frecuencia del oscilador comentada anteriormente y viene dada por:
fo = 1/ (2π √ (Leq C))
donde Leq = L1 + L2 + 2M o L1 + L2
Para generar oscilación a partir de este circuito, se debe elegir que la ganancia del amplificador sea al menos la relación de las dos inductancias.
Av = L1 / L2
Si hay una inductancia mutua entre L1 y L2 debido al núcleo común de estas dos bobinas, la ganancia es:
Av = (L1 + M) / (L2 + M)
Ejemplo 1
Considere un oscilador Hartley transistorizado construido a partir de un circuito de tanque con una capacitancia de 100 pF. La inductancia entre el colector y el punto de derivación es de 30 µH, y el valor de la inductancia entre el punto de derivación y la base del transistor es 1 × 10-8 H. Encuentra la frecuencia de oscilación. Se ignora la inductancia mutua.
dado que
C = 100 pF = 100 × 10-12 F
L1 = 30 μH = 30 × 10-6 h
L2 = 30 μH = 1 × 10-8 h
La frecuencia de oscilación de un oscilador Hartley transistorizado viene dada por:
fo = 1/ (2π √ (L1 + L2) C))
= 1/ (2π √ ((30 × 10-6) + (1 × 10-8))×100×10-12))
= 2,9 × 106 Hz
= 2,9MHz
Ejemplo 2
Considere un diagrama en el que un oscilador Hartley consta de un amplificador operacional y una red LC de retroalimentación. Con referencia a los valores dados, se determinan la frecuencia de funcionamiento y el valor máximo permitido de la resistencia R para iniciar la oscilación.
Para un oscilador Hartley, la frecuencia de oscilación viene dada por:
fo = 1/ (2π √ (Leq C))
Aquí, Leq = L1 + L2
Lec = 1,0 × 10-6 +0,1×10-6
Lec = 1,1 × 10-6
El valor del condensador dado es C = 1 × 10.-9 F
Por lo tanto, fo = 1/ (2π √ (1,1 × 10-6 ×1×10-9)
= 4.799MHz.
Coeficiente de retroalimentación = L2 / L1
= 0,1 × 10-6 /1,0×10-6
= 0,1
Por lo tanto, ganancia mínima requerida = 10
Sin embargo, ganancia = R2/R = 100 × 103/R
Por tanto, valor máximo de R = 100 × 103 /Diez
= 10K ohmios.
ventaja
- En lugar de dos bobinas separadas como L1 y L2, puede usar una sola bobina de cable desnudo y conectarla a tierra en cualquier punto a lo largo de ella.
- La frecuencia de oscilación se puede cambiar utilizando un condensador variable o haciendo que el núcleo sea móvil (cambiando la inductancia).
- La amplitud de salida permanece constante en todo el rango de frecuencia de funcionamiento.
- Se requieren muy pocos componentes, incluidos dos inductores fijos o bobinas roscadas.
Contras
- Debido al gran valor y tamaño del inductor, no se puede utilizar como oscilador de baja frecuencia.
- La salida de este oscilador tiene un contenido armónico muy alto, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones que requieren ondas sinusoidales puras.