Генератор хартли. Генератор Хартли: принцип работы, схемы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает генератор Хартли. Каковы его основные характеристики и преимущества. Какие существуют разновидности схем генератора Хартли. Где применяется генератор Хартли в современной электронике.

Содержание

Принцип работы генератора Хартли

Генератор Хартли является одним из основных типов LC-генераторов синусоидальных колебаний. Его главная особенность заключается в способе организации положительной обратной связи через отвод от катушки индуктивности колебательного контура.

Основные элементы схемы генератора Хартли:

Колебательный LC-контур
Усилительный элемент (транзистор, лампа или операционный усилитель)
Катушка индуктивности с отводом для обратной связи
Конденсаторы для развязки по постоянному току

Принцип работы генератора Хартли можно описать следующим образом:

В колебательном контуре возникают собственные колебания на резонансной частоте.
Часть напряжения с катушки через отвод подается на вход усилительного элемента.

Усиленный сигнал с выхода поступает обратно в контур, поддерживая в нем колебания.
За счет положительной обратной связи в схеме возникает генерация на частоте контура.

Таким образом, в генераторе Хартли реализуется баланс амплитуд и фаз, необходимый для возникновения автоколебаний.

Основные характеристики генератора Хартли

Генератор Хартли обладает рядом важных характеристик и преимуществ:

Простота конструкции и настройки
Высокая стабильность частоты
Широкий диапазон рабочих частот (от десятков кГц до сотен МГц)
Низкий уровень гармоник в выходном сигнале
Возможность плавной перестройки частоты
Хорошая форма выходного синусоидального сигнала

Частота генерации определяется параметрами LC-контура и рассчитывается по формуле:

f = 1 / (2π√(LC))

где L — суммарная индуктивность катушки, C — емкость конденсатора контура.

Разновидности схем генератора Хартли

Существует несколько основных вариантов схем генератора Хартли:

1. Генератор Хартли с общим эмиттером

Наиболее распространенная схема на биполярном транзисторе. Обеспечивает хорошее усиление и стабильность. Частота определяется LC-контуром в цепи коллектора.

2. Генератор Хартли с общей базой

Отличается повышенной стабильностью на высоких частотах. LC-контур включен между коллектором и эмиттером транзистора.

3. Генератор Хартли с общим коллектором

Имеет низкое выходное сопротивление. Контур включен между базой и эмиттером. Применяется редко из-за сложности настройки.

4. Генератор Хартли на полевом транзисторе

Обладает высоким входным сопротивлением. Схема аналогична варианту с общим истоком.

5. Генератор Хартли на операционном усилителе

Современный вариант с улучшенными характеристиками. ОУ работает в режиме компаратора.

Применение генератора Хартли

Генератор Хартли находит широкое применение в различных областях электроники:

Радиопередающие устройства
Гетеродины радиоприемников
Измерительные генераторы сигналов
Системы радиолокации
Устройства беспроводной связи
Синтезаторы частот
Лабораторные источники сигналов

Особенно эффективно использование генератора Хартли в диапазоне средних и высоких частот (до сотен МГц).

Преимущества и недостатки генератора Хартли

Основные преимущества генератора Хартли:

Простота схемы и настройки
Хорошая стабильность частоты
Низкий уровень гармоник
Возможность перестройки в широком диапазоне

К недостаткам можно отнести:

Необходимость катушки с отводом
Сложность работы на очень высоких частотах
Чувствительность к паразитным параметрам

Настройка генератора Хартли

Правильная настройка генератора Хартли включает следующие этапы:

Расчет и изготовление катушки индуктивности с отводом
Подбор емкости конденсатора контура
Установка рабочей точки активного элемента
Регулировка положения отвода катушки
Проверка формы и стабильности выходного сигнала

При настройке важно обеспечить оптимальную обратную связь для устойчивой генерации.

Заключение

Генератор Хартли остается одной из наиболее популярных и эффективных схем LC-генераторов. Благодаря простоте, надежности и хорошим характеристикам он широко применяется в современной радиоэлектронной аппаратуре. Понимание принципов работы генератора Хартли важно для разработчиков радиотехнических устройств.

описание, принцип работы и схема

В данной статье мы подробно рассмотрим генератор Хартли, опишем принцип его работы и схемы, а также осциллятор Хартли на операционном усилителе.

Описание и принцип работы

Один из основных недостатков базовой схемы LC-осциллятора, на которую мы смотрели в предыдущем уроке, заключается в том, что у него нет средств управления амплитудой колебаний, а также трудно настроить осциллятор на требуемую частоту. Если кумулятивная электромагнитная связь между L₁ и L₂ слишком мала, обратной связи будет недостаточно, и колебания в конечном итоге погаснут до нуля.

Аналогично, если бы обратная связь была слишком сильной, колебания продолжали бы увеличиваться по амплитуде, пока они не были ограничены условиями цепи, вызывающими искажение сигнала. Таким образом, становится очень трудно «настроить» осциллятор.

Тем не менее можно вернуть точно правильную величину напряжения для колебаний с постоянной амплитудой. Если мы передадим больше, чем необходимо, амплитудой колебаний можно управлять путем смещения усилителя следующим образом:

если колебания увеличиваются по амплитуде, смещение растет, а коэффициент усиления усилителя уменьшается;
если амплитуда колебаний уменьшается, смещение тоже, а коэффициент усиления усилителя растет, что увеличивает обратную связь.

Таким образом, амплитуда колебаний поддерживается постоянной с помощью процесса, известного как автоматическое смещение базы.

Одним из больших преимуществ автоматического смещения базы в осцилляторе, управляемом напряжением, является то, что осциллятор может быть более эффективным за счет обеспечения смещения класса B или даже условия смещения класса C транзистора. Преимущество этого заключается в том, что ток коллектора протекает только в течение части цикла колебаний, поэтому ток покоящегося коллектора очень мал. Затем эта «самонастраивающаяся» схема базового генератора формирует один из наиболее распространенных типов конфигураций генератора с параллельной резонансной обратной связью LC, называемый схемой генератора Хартли.

В осцилляторе Хартли настроенная LC-цепь подключена между коллектором и базой транзисторного усилителя. Что касается колебательного напряжения, то излучатель подключен к точке отвода на настроенной катушке цепи.

Часть обратной связи настроенной цепи LC-бака берется из центрального отвода катушки индуктивности или даже из двух последовательных отдельных катушек, которые параллельны переменному конденсатору C.

Схема Хартли часто упоминается как осциллятор с разделенной индуктивностью, потому что катушка L отводится от центра. Фактически индуктивность L действует как две отдельные катушки в очень непосредственной близости с током, протекающим через секцию XY катушки, и индуцирует сигнал в секцию YZ катушки ниже.

Цепь генератора Хартли может быть изготовлена в любой конфигурации, в которой используется либо одиночная отводимая катушка (аналогично автотрансформатору), либо пара последовательно соединенных катушек, подключенных параллельно с одним конденсатором, как показано ниже.

Базовая схема осциллятора Хартли

Когда схема колеблется, напряжение в точке X (коллектор), по отношению к точке Y (эмиттер), 180° вне фазы с напряжением в точке Z (основание) по отношению к точке Y. На частоте колебаний импеданс нагрузки коллектора является резистивным, и увеличение базового напряжения вызывает уменьшение напряжения коллектора.

Затем происходит изменение фазы на 180° в напряжении между базой и коллектором, и это вместе с первоначальным сдвигом фазы на 180° в контуре обратной связи обеспечивает правильное фазовое соотношение положительной обратной связи для колебаний, которые должны поддерживаться.

Степень обратной связи зависит от положения «точки отвода» индуктора. Если он перемещается ближе к коллектору, величина обратной связи увеличивается, но выходная мощность между коллектором и землей уменьшается, и наоборот. Резисторы R₁ и R₂ обеспечивают стандартное стабилизирующее смещение постоянного тока для транзистора обычным образом, в то время как конденсаторы действуют в качестве блокирующих постоянный ток.

В этой схеме генератора Хартли ток коллектора постоянного тока протекает через часть катушки, и по этой причине говорят, что цепь «питается последовательно», а частота колебаний генератора Хартли задается как:

Примечание: L_Т представляет общий объем конденсаторов, если использованы две отдельные обмотки с их взаимной индуктивностью М.

Частота колебаний может быть отрегулирована путем изменения «настраивающего» конденсатора C или положения железно-пылевого сердечника внутри катушки (индуктивная настройка), обеспечивающего выходной сигнал в широком диапазоне частот, что делает его очень простым в настройке. Кроме того, осциллятор Хартли генерирует выходную амплитуду, которая является постоянной во всем диапазоне частот.

Как и вышеописанный, генератор Хартли с последовательным питанием также возможно подключить в настроенную цепь бака через усилитель в качестве генератора с шунтирующим питанием, как показано ниже.

Шунтирующая схема осциллятора Хартли

В цепи генератора Хартли с шунтирующим питанием компоненты переменного и постоянного тока коллектора имеют отдельные пути вокруг цепи. Так как компонент постоянного тока заблокирован конденсатором C₂, нет постоянного тока, протекающего через индуктивную катушку L, и меньше энергии теряется в настроенной цепи.

Радиочастотная катушка (RFC) L₂ представляет собой высокочастотный дроссель, который имеет высокое реактивное сопротивление на частоте колебаний, так что большая часть радиочастотного тока подается на цепь настраивающего резервуара LC через конденсатор C₂, когда компонент постоянного тока проходит через L₂ к блоку питания. Вместо RFC-катушки L₂ можно использовать резистор, но эффективность будет меньше.

Верхняя частота осциллятора Хартли

Нижняя частота осциллятора Хартли

Пропускная способность осциллятора Хартли

Осциллятор Хартли с использованием операционного усилителя

Помимо использования биполярного переходного транзистора (BJT) в качестве активной ступени усилителя генератора Хартли, мы также можем использовать либо полевой транзистор (FET), либо операционный усилитель (op-amp). Работа осциллятора Хартли с операционным усилителем точно такая же, как и для транзисторной версии, частота работы рассчитывается таким же образом. Рассмотрим схему ниже.

Преимущество построения генератора Хартли с использованием операционного усилителя в качестве активной ступени состоит в том, что коэффициент усиления операционного усилителя очень легко регулируется с помощью резисторов обратной связи R₁ и R₂. Как и в случае с транзисторным генератором, описанным выше, коэффициент усиления схемы должен быть слишком большим или немногим больше, чем отношение L₁ / L₂. Если две индуктивные катушки намотаны на общий сердечник, и существует взаимная индуктивность M, то отношение становится равным (L₁ + M) / (L₂ + M).

Резюме осциллятора Хартли

Подводя итог, можно отметить: осциллятор Хартли состоит из параллельной цепи бака резонатора LC, обратная связь которой достигается посредством индуктивного делителя. Как и большинство схем генератора, генератор Хартли существует в нескольких формах, причем наиболее распространенной из них является схема транзистора выше.

Эта конфигурация осциллятора Хартли имеет настроенный контур резервуара с его резонансной катушкой, подключенной для подачи части выходного сигнала обратно на эмиттер транзистора. Поскольку выход эмиттерного транзистора всегда «синфазный» с выходом на коллекторе, этот сигнал обратной связи является положительным. Частота колебаний, выступающая в качестве синусоидального напряжения, определяется резонансной частотой контура резервуара.

В следующем уроке об осцилляторах мы рассмотрим другой тип LC-контура генератора, противоположный осциллятору Хартли, который называется генератор Колпитца. В генераторе Колпитца используются два конденсатора, соединенных последовательно, чтобы сформировать емкостное сопротивление в центре, параллельное одной индуктивности в его резонансной цепи резервуара.

Генератор по схеме Хартли | Техника и Программы

April 22, 2010 by admin Комментировать »

[Этот тип генератора называют также автогенератором с индуктивной трехточкой или с автотрансформаторной обратной связью. — Прим. ред.]

На рис. 4.3 показана схема другого типа генератора с регулируемой частотой. Отличительной особенностью этого генератора является то, что в нем сигналом обратной связи является напряжение, возбуждаемое на части L₁ индуктивной катушки; вся катушка L₁L₂ вместе с конденсатором переменной емкости C₁ образует колебательный контур генератора. Для подачи сигнала обратной связи в цепь базы используются разделительный конденсатор С₂ и отвод от индуктивной катушки. Данная схема выполнена на n — р — n-транзисторе, но можно применить и транзистор другого типа, в частности полевой транзистор. Как и для генератора Армстронга, резонансная частота колебательного контура, практически равная частоте генерации, определяется равенством (4.11), в котором следует полагать, что

С = С₁, a L — суммарная индуктивность катушки.

Отвод от катушки индуктивности делит ее на две части: ба-зово-эмиттерную (L₁) и коллекторно-эмиттерную L₂. Конденсаторы С₂ и С₃ не пропускают постоянных составляющих тока и напряжения в колебательный контур.

Коллекторно-эмиттерная катушка индуктивности L₂ является выходной индуктивной катушкой каскада. Показанная на рис. 4.3 связь между катушками L₂ и L₁ и между катушкой L₁и входной цепью транзистора автоматически обеспечивает нужные фазовые соотношения между входной и выходной цепями генератора для возбуждения и поддержания генерируемых колебаний. Выходное напряжение снимается с катушки L₃, индуктивно связанной с L₂. Высокочастотный дроссель не пропускает токи высокой частоты в цепь источника питания. При работе на высоких частотах на частоту генерации влияют также паразитные индуктивные и емкостные параметры схемы, такие, как собственные емкости транзистора, индуктивность подводящих проводов и емкость монтажа. Чем выше частота генерации, тем более существенным становится воздействие указанных параметров.

Рис. 4.3. Генератор по схеме Хартли.

Генератор Хартли — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Оригинальный рисунок из патента.

Схема генератора Хартли на операционном усилителе (знаки входов ОУ нужно поменять местами)

Фазовая диаграмма генератора Хартли на ОУ У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.

Генератор Хартли (индуктивная трёхточка) является электронным LC-генератором в котором положительная обратная связь берётся через отвод от части катушки индуктивности параллельного LC-контура.

Был предложен Ральфом Хартли, который подал заявку на патент 1 июня 1915 г. и получил патент номер 1 356 763 26 октября 1920 г.

В зависимости от схемы усилительного каскада возможны три разновидности генератора Хартли: на каскаде с общим эмиттером (катодом, стоком), на каскаде с общим коллектором (анодом, истоком) и на каскаде с общей базой (сеткой, затвором).

Каскад с общим истоком в схеме генератора Хартли на полевом транзисторе фазу не сдвигает. В цепи затвора колебательный контур включен без перекоса фазы, а в цепи стока используется частичное включение контура, которое при отводе от середины катушки имеет перекос фазы 45°, петлевой сдвиг фазы при этом составляет 45° (запас устойчивости по фазе −135°÷+45°), но при таком включении контур сильно шунтируется, поэтому коэффициент включения контура в стоковой цепи уменьшают (на рисунке до 1/4 от всей катушки), при этом перекос фазы и петлевой сдвиг фазы увеличиваются (в пределе до 90°) при этом положительный запас устойчивости по фазе уменьшается (в пределе до 0°), генерация срывается, поэтому приходится искать некое компромиссное включение. Включение контура к стоковой цепи через катушку связи позволяет регулировать коэффициент включения контура без изменения перекоса по фазе и петлевого сдвига фазы, но это уже будет генератор Мейснера со сдвигом фазы в трансформаторе около 360° (встречное включение обмоток), при согласном включении обмоток трансформатора сдвиг фазы составляет около 180°, при котором генератор становится дискриминатором (подавителем, режекторным активным фильтром).