- วงจรรถถัง
- ใช้ทรานซิสเตอร์
- การทำงานของวงจร Hartley Oscillator
- ออสซิลเลเตอร์ Hartley ที่ใช้ Op-Amp
- ตัวอย่าง Hartley Oscillator
- ความแตกต่างระหว่าง Hartley Oscillator และ Colpitts Oscillator
- ข้อดีและข้อเสียของ Hartley Oscillator
พูดง่ายๆคือออสซิลเลเตอร์เป็นวงจรที่แปลงไฟ DC จากแหล่งจ่ายไปเป็นไฟ AC ไปยังโหลด ระบบออสซิลเลเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ทั้งส่วนประกอบที่ใช้งานและแบบพาสซีฟและใช้สำหรับการผลิตรูปคลื่นไซน์หรือรูปคลื่นที่ทำซ้ำอื่น ๆ ที่เอาต์พุตโดยไม่ต้องใช้สัญญาณอินพุตภายนอกใด ๆ เราได้พูดถึงออสซิลเลเตอร์สองสามตัวในบทช่วยสอนก่อนหน้านี้:
- Colpitts Oscillator
- RC Phase Shift Oscillator
- Wein Bridge Oscillator
- ออสซิลเลเตอร์คริสตัลควอตซ์
- Phase Shift Oscillator วงจร
- ออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VCO)
เครื่องส่งสัญญาณวิทยุโทรทัศน์หรือเครื่องรับหรืออุปกรณ์ทดสอบในห้องปฏิบัติการใด ๆ มีออสซิลเลเตอร์ มันเป็นองค์ประกอบหลักในการผลิตสัญญาณนาฬิกาแอปพลิเคชั่นออสซิลเลเตอร์ธรรมดา ๆ สามารถมองเห็นได้ภายในอุปกรณ์ทั่วไปเช่นนาฬิกา นาฬิกาใช้ออสซิลเลเตอร์เพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกา 1 Hz
ออสซิลเลเตอร์จัดเป็นออสซิลเลเตอร์แบบไซน์หรือออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลายขึ้นอยู่กับรูปคลื่นเอาต์พุต ถ้าออสซิลเลเตอร์สร้างคลื่นไซน์ที่มีความถี่แน่นอนในเอาต์พุตออสซิลเลเตอร์จะเรียกว่าออสซิลเลเตอร์รูปไซน์ ออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลายให้คลื่นที่ไม่ใช่ซายน์เช่นคลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นสามเหลี่ยมหรือคลื่นชนิดใด ๆ ที่คล้ายกันในเอาต์พุต
นอกเหนือจากการจำแนกประเภทของออสซิลเลเตอร์ตามสัญญาณเอาท์พุตแล้วออสซิลเลเตอร์สามารถจำแนกได้โดยใช้โครงสร้างวงจรเช่นออสซิลเลเตอร์ต้านทานเชิงลบออสซิลเลเตอร์ป้อนกลับเป็นต้น
Hartley oscillatorเป็นหนึ่งในประเภท LC (Inductor-Capacitor) ข้อเสนอแนะของออสซิลซึ่งเป็นที่ประดิษฐ์ขึ้นในปี 1915 โดยวิศวกรชาวอเมริกันราล์ฟฮาร์ทลี่ ในการกวดวิชานี้เราจะหารือเกี่ยวกับการก่อสร้างและการประยุกต์ใช้ Hartley oscillator
วงจรรถถัง
ออสซิลฮาร์ทลี่เป็น oscillator LC oscillator ประกอบด้วยวงจรถังซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการสร้างการสั่นที่ต้องการ วงจรถังใช้ส่วนประกอบสามตัวตัวเหนี่ยวนำสองตัวและตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเหนี่ยวนำสองชุด ด้านล่างนี้คือแผนภาพวงจรของ Harley Oscillator:
ทำไมการรวมกันของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุจึงเรียกว่าวงจรถัง? เนื่องจากวงจร LC เก็บความถี่ของการสั่น ในวงจรถังตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำสองชุดจะถูกชาร์จและคายประจุออกจากกันซ้ำ ๆ ซึ่งจะทำให้เกิดการสั่น เวลาในการชาร์จและการคายประจุหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือค่าของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำเป็นปัจจัยกำหนดหลักสำหรับความถี่การสั่น
ใช้ทรานซิสเตอร์
ในภาพด้านบนวงจรออสซิลเลเตอร์ Hartley ที่ใช้งานได้จริงจะแสดงโดยที่ส่วนประกอบที่ใช้งานคือทรานซิสเตอร์ PNP ในวงจรแรงดันขาออกจะปรากฏขึ้นทั่ววงจรถังซึ่งเชื่อมต่อกับตัวสะสม อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าป้อนกลับยังเป็นส่วนหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าขาออกซึ่งแสดงเป็น V1 ซึ่งปรากฏบนตัวเหนี่ยวนำ L1
ความถี่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราส่วนของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำค่า
การทำงานของวงจร Hartley Oscillator
ส่วนประกอบที่ใช้งานอยู่ใน Hartley Oscillator คือทรานซิสเตอร์ จุดปฏิบัติการ DC ในพื้นที่แอ็คทีฟของคุณสมบัติถูกควบคุมโดยตัวต้านทาน R1, R2, RE และแรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม VCC ตัวเก็บประจุ CB เป็นตัวเก็บประจุที่ปิดกั้นและ CE คือตัวเก็บประจุบายพาสอีสเตอร์
ทรานซิสเตอร์กำหนดค่าในการกำหนดค่าอีซีแอลที่พบบ่อยในการกำหนดค่านี้แรงดันไฟฟ้าขาเข้าและขาออกของทรานซิสเตอร์จะมีการกะระยะ 180 องศา ในวงจรแรงดันเอาต์พุต V1 และแรงดันป้อนกลับ V2 มีการกะระยะ 180 องศา เมื่อรวมทั้งสองนี้เราจะได้รับการกะระยะทั้งหมด 360 องศาซึ่งจำเป็นสำหรับการสั่น (เรียกว่าเกณฑ์ Barkhausen)
สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งในการเริ่มต้นการสั่นภายในวงจรโดยไม่ใช้สัญญาณภายนอกคือการสร้างแรงดันสัญญาณรบกวนภายในวงจร เมื่อเปิดเครื่องแรงดันเสียงจะเกิดขึ้นพร้อมสเปกตรัมเสียงกว้างและมีส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าที่ความถี่ซึ่งจำเป็นสำหรับออสซิลเลเตอร์
การทำงานของ AC ของวงจรไม่ได้รับผลกระทบจากความต้านทาน R1 และ R2 สำหรับค่าความต้านทานที่มาก ตัวต้านทานทั้งสองนี้ใช้สำหรับการให้น้ำหนักของทรานซิสเตอร์ มีการใช้ดินและ CE เพื่อสร้างภูมิคุ้มกันของวงจรโดยรวมและใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุทั้งสองนี้เป็นตัวต้านทานตัวปล่อยและตัวเก็บประจุตัวปล่อย
การทำงานของ AC ได้รับผลกระทบอย่างมากจากความถี่เรโซแนนซ์ของวงจรรถถัง ความถี่ของการสั่นสามารถกำหนดได้โดยใช้สูตรด้านล่าง -
F = 1 / 2π√L T C
ความเหนี่ยวนำทั้งหมดของวงจรถังคือ L T = L 1 + L 2
ออสซิลเลเตอร์ Hartley ที่ใช้ Op-Amp
ในภาพด้านบนออสซิลเลเตอร์ Hartley ที่ใช้ op-amp ถูกแสดงโดยที่ตัวเก็บประจุ C1 เชื่อมต่อแบบขนานกับ L1 และ L2 ในอนุกรม
Op-amp เชื่อมต่ออยู่ในคอนฟิกูเรชันแบบกลับด้านโดยที่ตัวต้านทาน R1 และ R2 เป็นตัวต้านทานแบบป้อนกลับ แรงดันไฟฟ้าของเครื่องขยายเสียงสามารถกำหนดได้จากสูตรที่กล่าวถึงด้านล่าง -
A = - (R2 / R1)
แรงดันป้อนกลับและแรงดันขาออกยังแสดงอยู่ในวงจร Hartley oscillator ที่ใช้ op-amp ข้างต้น
ความถี่ของการสั่นสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรเดียวกับที่ใช้ในส่วนของ Hartley oscillator ที่ใช้ทรานซิสเตอร์
Hartley oscillator มักจะแกว่งในช่วง RF ความถี่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนค่าของตัวเหนี่ยวนำหรือตัวเก็บประจุหรือทั้งสองอย่าง สำหรับการเลือกส่วนประกอบตัวแปรตัวเก็บประจุจะถูกเลือกเหนือตัวเหนี่ยวนำเนื่องจากสามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายกว่าตัวเหนี่ยวนำ ความถี่ของการสั่นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในอัตราส่วน 3: 1 สำหรับรูปแบบที่ราบรื่น
ตัวอย่าง Hartley Oscillator
สมมติว่าออสซิลเลเตอร์ Hartley ที่มีความถี่ตัวแปร 60-120 KHz ประกอบด้วยตัวเก็บประจุแบบทริมเมอร์ (100 pF ถึง 400 pF) วงจรถังมีตัวเหนี่ยวนำสองตัวโดยที่ค่าของตัวเหนี่ยวนำหนึ่งตัวคือ 39uH ดังนั้นในการหาค่าของตัวเหนี่ยวนำอื่น ๆ เราจะทำตามขั้นตอนด้านล่าง:
ความถี่ของ Hartley oscillator คือ -
F = 1 / 2π√L T C
ในสถานการณ์ที่ความถี่แตกต่างกันระหว่าง 60 ถึง 120 kHz ซึ่งเป็นอัตราส่วน 1: 2 การแปรผันของความถี่สามารถหาได้จากขดลวดคู่หนึ่งเนื่องจากความจุแตกต่างกันไปในอัตราส่วน 100pF: 400 pF ซึ่งเป็นอัตราส่วน 1: 4
ดังนั้นเมื่อความถี่ F คือ 60 kHz ความจุคือ 400 pF
ตอนนี้
ดังนั้นความจุรวมคือ 17.6 mH และค่าของตัวเหนี่ยวนำอื่น ๆ คือ
17.6 mH - 0.039 mH = 17.56 mH
ความแตกต่างระหว่าง Hartley Oscillator และ Colpitts Oscillator
Colpitts oscillator นั้นคล้ายกับ Hartley oscillator มาก แต่มีความแตกต่างในการสร้างระหว่างสองสิ่งนี้ แม้ว่า Hartley และ Colpitts ออสซิลเลเตอร์ทั้งสองจะมีส่วนประกอบสามส่วนในวงจรของถัง แต่Colpitts oscillator ใช้ตัวเหนี่ยวนำเดี่ยวควบคู่กับตัวเก็บประจุสองตัวในอนุกรมในขณะที่ออสซิลเลเตอร์ Hartley ใช้ตัวเก็บประจุตัวเดียวแบบคู่ขนานกับตัวเหนี่ยวนำสองตัวในอนุกรม
ข้อดีและข้อเสียของ Hartley Oscillator
ข้อดี:
1. แอมพลิจูดเอาต์พุตไม่ได้สัดส่วนกับช่วงความถี่ตัวแปรและแอมพลิจูดยังคงอยู่ใกล้ค่าคงที่
2. ความถี่สามารถควบคุมได้อย่างง่ายดายโดยใช้ทริมเมอร์แทนตัวเก็บประจุคงที่ในวงจรถัง
3. เหมาะสำหรับการใช้งานช่วง RF เนื่องจากการสร้างความถี่ RF ที่เสถียร
ข้อเสีย
1. ฮาร์ทลีย์ออสซิลเลเตอร์ให้คลื่นไซน์ที่บิดเบี้ยวและไม่เหมาะสำหรับการทำงานที่เกี่ยวข้องกับคลื่นไซน์บริสุทธิ์ เหตุผลหลักสำหรับข้อเสียเปรียบนี้คือจำนวนฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นในเอาต์พุต
2. ในความถี่ต่ำค่าตัวเหนี่ยวนำจะมีขนาดใหญ่
Hartley Oscillator Circuitส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างคลื่นไซน์ในอุปกรณ์ต่างๆเช่นเครื่องส่งสัญญาณวิทยุและเครื่องรับ