Osciladores Hartley: Soluções Confiáveis e Sintônicas para Amplitude Consistente

Os osciladores eletrônicos são circuitos eletrônicos que convertem energia CC em um sinal CA. Dependendo do tipo de filtro seletivo de frequência, você pode agrupá-los em osciladores RC ou osciladores LC.

Um dos osciladores mais comuns que você encontrará em receptores de rádio ou como osciladores RF é o Oscilador Hartley. É um avanço do oscilador Armstrong, e é fácil de sintonizar. Hoje, vamos mergulhar mais fundo em sua operação, configurações, etc., à medida que avançamos no artigo.

Um oscilador eletrônico

O que são Osciladores Hartley?

O oscilador Hartley, uma invenção de Ralph Hartley em 1915, é um tipo de oscilador harmônico. Um oscilador LC (um circuito com indutores e capacitores) determina sua frequência de oscilação. Você pode sintonizá-los para gerar ondas em uma banda de radiofrequência, daí conhecidos como osciladores RF. A faixa RF do sinal senoidal começa de 30kHz a 30MHz.

Oscilador Hartley simples

Uma característica que distingue o oscilador é o circuito sintonizado ter um capacitor em conexão paralela com dois indutores simples com derivação. Além disso, ele obtém o sinal de realimentação necessário para oscilação a partir da conexão central do indutor.

Princípio de Funcionamento e Diagrama do Circuito do Oscilador Hartley

Um oscilador Hartley tem vários componentes de circuito como no diagrama com diferentes funções.

Um diagrama de circuito do oscilador Hartley

R1, R2 e RE fornecem a polarização necessária do circuito, enquanto C2 e C1 funcionam como capacitores de acoplamento.

Então, a bobina de choke de radiofrequência (RFC) mantém separadamente as condições de CC e CA no circuito. É porque ela mostra reatância quase zero em condições de CC, assim não causando interrupções nos capacitores de CC. Além disso, a reatância RFC em aplicações de alta frequência é grande, então você pode considerá-la em circuito aberto.

O circuito também tem um amplificador transistor que fornece um deslocamento de fase de 180°. L1, L2 e C, componentes do circuito de tanque, geram a frequência de oscilação.

Agora, em termos do princípio de funcionamento;

• Se você aplicar tensão de alimentação CC (VCC) ao circuito, haverá um aumento na corrente do coletor do transistor. Isso começará a carregar o capacitor no circuito de tanque.
• Após uma carga completa, o capacitor começará a descarregar através dos indutores L2 e L1.
• À medida que o capacitor descarrega, o indutor começará a carregar.

(bobinas de indutor)

Nota;

Um capacitor armazena carga em um campo elétrico, enquanto um indutor armazena na forma de um campo magnético. Portanto, quando um capacitor descarrega totalmente, o indutor começará automaticamente a carregar e vice-versa.

• A descarga e carga contínuas levam a saída a ter oscilações senoidais. E como nossa amplitude também está diminuindo gradualmente, teremos principalmente oscilações amortecidas no sinal de saída. A diminuição da amplitude é devida à resistência interna do indutor que resulta em perda de calor no circuito (I²R).
• Além disso, o circuito de tanque fornece um deslocamento de fase de 180° entre os pontos B e A. O ponto C, no entanto, permanece aterrado. Como tal, quando b é negativo, a será positivo.
• Para sustentar nossas oscilações por muito tempo, precisaremos amplificar nossas oscilações senoidais amortecidas. E então, forneceremos a saída do circuito de tanque como entrada para um transistor com configuração de emissor comum. Lá, o transistor amplificará o sinal senoidal.
• Em seguida, a indutância mútua entre os indutores L1 e L2 recebe o sinal/energia de realimentação.
• Depois, o capacitor nos circuitos de tanque produz ainda oscilações senoidais após receber energia de carga dos transistores com saída amplificada.
• Em outro sentido, a saída amplificada compensa as perdas de calor que o circuito de tanque incorreu. Portanto, o circuito de tanque garante uma amplitude de saída constante sobre uma faixa de frequência de trabalho em vez de amplitude decrescente.

Frequência de Oscilação do Oscilador Hartley

Você pode calcular a frequência de oscilações que um circuito de tanque produz de forma semelhante a qualquer circuito ressonante paralelo. Para isso, usaremos a fórmula;

C é a capacitância de C1 no circuito de tanque.

Nos osciladores Hartley, usamos dois indutores no circuito de tanque. Então, nossa indutância equivalente será;

L_eq = L₁+ L₂

Também devemos considerar a indutância mútua entre as bobinas ao encontrar a indutância equivalente. Será;

L_eq = L₁+ L₂+ 2M

Finalmente, compilaremos a frequência de oscilação como;

Oscilador Hartley em Diferentes Configurações

Oscilador Hartley Alimentado em Derivação (Shunt-fed)

Um oscilador Hartley alimentado em derivação usa uma configuração de emissor comum.

Um oscilador Hartley alimentado em derivação

Ao usar uma tensão de alimentação, os resistores divisores de tensão R_B e R1 fornecem a polarização fixa.

C1 faz bypass de R_E, o resistor de swamping do emissor que estabiliza a temperatura.

Então, o indutor L3 alimenta em derivação o coletor enquanto C3 funciona como capacitor de acoplamento e bloqueio CC. O bloqueio e acoplamento impedem o curto-circuito do coletor.

Da mesma forma, C2 é o capacitor de acoplamento de bloqueio de base que garante que a base para a terra não tenha curtos-circuitos.

Operação de um oscilador Hartley alimentado em derivação

Após o circuito alimentado em derivação receber alguma energia, R1 e R_B determinam a polarização inicial. Ao mesmo tempo, a realimentação obtida do coletor para a base via L2 e L1 constrói uma oscilação.

Nota;

Um caminho CA existe do emissor através de L2 e C2 para a base. O caminho é semelhante ao via L1 e C3 para o coletor.

Uma polarização degenerativa se desenvolve através de RE durante a oscilação (e um valor correto de C1).

Valores de elementos shunt-led determinam o seguinte:

1. Valores de R_B e R1 fornecem polarização classe C para uma partida fácil.
2. Valores de C1 e RE são para estabilização de temperatura.
3. Por último, valores de polarização classe C ou B determinam a eficiência necessária de operação.

A saída pode finalmente vir de um indutor para o tanque ou do capacitor para o coletor.

Oscilador Hartley Alimentado em Série (Series-fed)

Em nossa segunda configuração, o oscilador Hartley alimentado em série, o circuito de base também é estabilizado por emissor e polarizado por divisor de tensão. Ao aplicar a tensão do coletor através da derivação do indutor do tanque, C3 deriva a fonte de tensão para o sinal. Além disso, sua operação é semelhante ao circuito alimentado em derivação.

A diferença surge quando a CC flui através de uma seção do circuito de tanque. Aqui, o fator Q e a estabilidade da frequência do oscilador tornam-se menores que um circuito alimentado em derivação.

Diagrama de circuito de um oscilador Hartley alimentado em série

Oscilador Hartley Usando Amp-Op (Amplificador Operacional)

Uma grande vantagem do amp-op é que você pode ajustar individualmente o ganho do oscilador usando um resistor de entrada e realimentação. A disposição do amp-op está em modo inversor. Portanto, você pode expressar o ganho usando a equação;

A = -Rf/R1

Onde;

-Rf = resistor de realimentação

R1 = resistor de entrada

A = Ganho

Um oscilador Hartley usando amp-op

Em inversões com transistores, o ganho será ligeiramente maior ou igual à razão de L2 e L1. Na versão do circuito amp-op, há maior estabilidade de frequência, pois depende minimamente dos elementos do circuito de tanque. Mas, tanto a versão transistor quanto a versão amp-op têm equações de frequência e princípios de funcionamento semelhantes.

Vantagens e Desvantagens do Oscilador Hartley

Os prós de um oscilador Hartley incluem;

• Primeiro, você pode usar uma única bobina como autotransformador em vez de um transformador grande.
• Segundo, você precisará apenas de alguns componentes, como dois indutores fixos ou uma bobina com derivação.
• Além disso, se você substituir o capacitor por um cristal de quartzo, pode gerar uma variação de um oscilador de cristal de frequência fixa.

Um cristal de quartzo

• Então, você poderá manter a amplitude de saída sobre a faixa de frequência fixa necessária.
• Por fim, você pode variar a frequência usando um indutor variável ou um único capacitor variável.

Os contras são;

• Infelizmente, você não pode usar osciladores Hartley para oscilações de baixa frequência.
• Além disso, ele tem distorções harmônicas, portanto não adequado para aplicações que precisam de ondas senoidais puras. Felizmente, você pode remover as distorções adicionando circuitos de estabilização de amplitude.

Conclusão

Brevemente, osciladores Hartley têm várias aplicações, como produzir uma onda senoidal da frequência desejada. Não apenas isso, mas também têm muitas configurações como amplificador baseado em Transistor de Efeito de Campo (FET), alimentado em série ou derivação, etc.

Você pode entrar em contato conosco para mais conhecimento sobre osciladores Hartley. Estamos à sua disposição.