Osciladores de Hartley:la mejor opción para mantener una amplitud constante

Los osciladores electrónicos son circuitos electrónicos que convierten la potencia de CC en una señal de CA. Dependiendo del tipo de filtro selectivo de frecuencia, puede agruparlos en osciladores RC u osciladores LC.

Uno de los osciladores más comunes que encontrará en los receptores de radio o como osciladores de RF son los osciladores Hartley. Es un avance del oscilador Armstrong y es fácil de sintonizar. Hoy profundizaremos en su funcionamiento, configuraciones, etc., a medida que avanzamos en el artículo.

Un oscilador electrónico

¿Qué son los osciladores Hartley?

El oscilador Hartley, una invención de Ralph Hartley en 1915, es un tipo de oscilador armónico. Un oscilador LC (un circuito con inductores y condensadores) determina su frecuencia de oscilación. Puede sintonizarlos para generar ondas en una banda de radiofrecuencia, por lo que se conocen como osciladores de RF. El rango de RF de la señal de onda sinusoidal comienza desde 30kHz hasta 30MHz.

Oscilador Hartley simple

Una característica que distingue al circuito sintonizado del oscilador que tiene un capacitor en conexión paralela con dos inductores de derivación simple. Además, toma la señal de retroalimentación requerida para la oscilación de la conexión central del inductor.

Principio de funcionamiento y diagrama de circuito del oscilador Hartley

Un oscilador Hartley tiene varios componentes de circuito como en el diagrama con diferentes funciones.

Diagrama del circuito de un oscilador Hartley

R1, R2 y RE proporcionan la polarización del circuito requerida, mientras que C2 y C1 funcionan como capacitores de acoplamiento.

Luego, la bobina de choque de radiofrecuencia (RFC) mantiene por separado las condiciones de CC y CA en el circuito. Es porque muestra una reactancia casi nula en condiciones de CC, por lo que no provoca interrupciones en los condensadores de CC. Además, la reactancia RFC en aplicaciones de alta frecuencia es grande, por lo que puede considerarla en circuito abierto.

El circuito también tiene un amplificador de transistor que proporciona un cambio de fase de 180°. L1, L2 y C, componentes del circuito del tanque, generan la frecuencia de oscilación.

Ahora, en términos del principio de funcionamiento;

• Si aplica voltaje de suministro de CC (VCC) al circuito, habrá un aumento en la corriente del colector del transistor. Eso comenzará a cargar el capacitor en el circuito del tanque.
• Después de una carga completa, el capacitor comenzará a descargarse a través de los inductores L2 y L1.
• A medida que el capacitor se descarga, el inductor comenzará a cargarse.

(bobinas inductoras)

Nota;

Un condensador almacena carga en un campo eléctrico, mientras que un inductor almacena en forma de un campo magnético . Por lo tanto, cuando un capacitor se descarga por completo, el inductor comenzará a cargarse automáticamente y viceversa.

• La descarga y la carga continuas hacen que la salida tenga oscilaciones sinusoidales. Y dado que nuestra amplitud también está disminuyendo gradualmente, en su mayoría tendremos oscilaciones amortiguadas en la señal de salida. La disminución de amplitud se debe a la resistencia interna del inductor que resulta en la pérdida de calor en el circuito (I ² R).
• Además, el circuito del tanque proporciona un cambio de fase de 180° entre los puntos B y A. Sin embargo, el punto C permanece conectado a tierra. Así, cuando b es negativo, a será positivo.
• Para mantener nuestras oscilaciones durante mucho tiempo, necesitaremos amplificar nuestras oscilaciones sinusoidales amortiguadas. Y así, proporcionaremos la salida del circuito del tanque como entrada a un transistor con una configuración de emisor común. Allí, el transistor amplificará la señal sinusoidal.
• Luego, la inductancia mutua entre los inductores L1 y L2 recibe la señal/energía de retroalimentación.
• Luego, el capacitor en los circuitos del tanque produce más oscilaciones sinusoidales después de recibir energía de carga de los transistores con salida amplificada.
• En otro sentido, la salida amplificada compensa las pérdidas de calor en las que incurrió el circuito del tanque. Por lo tanto, el circuito del tanque garantiza una amplitud de salida constante en un rango de frecuencia de trabajo en lugar de una amplitud decreciente.

Frecuencia de oscilación del oscilador Hartley

Puede calcular la frecuencia de las oscilaciones que produce un circuito de tanque de manera similar a cualquier circuito resonante paralelo. Para eso, usaremos la fórmula;

C es la capacitancia de C1 en el circuito del tanque.

En los osciladores Hartley, usamos dos inductores en el circuito del tanque. Entonces, nuestra inductancia equivalente será;

L _equivalente =L ₁ + L ₂

También debemos considerar la inductancia mutua entre las bobinas al encontrar la inductancia equivalente. Será;

L _equivalente =L ₁ + L ₂ + 2M

Finalmente, cotejaremos la frecuencia oscilante como;

Oscilador Hartley en diferentes configuraciones

Oscilador Hartley alimentado por derivación

Un oscilador Hartley alimentado por derivación utiliza una configuración de emisor común.

Un oscilador Hartley alimentado por derivación

Cuando se utiliza una tensión de alimentación, las resistencias divisorias de tensión R_B y R1 proporcionan la polarización fija.

C1 pasa por alto R_E , la resistencia de inundación del emisor que estabiliza la temperatura.

Luego, el inductor L3 alimenta en derivación al colector mientras C3 funciona como un capacitor de acoplamiento y bloqueo de CC. El bloqueo y el acoplamiento evitan que el colector se cortocircuite.

Asimismo, C2 es el condensador de acoplamiento de bloqueo de base que garantiza que la base a tierra no tenga cortocircuitos.

Operación de un oscilador Hartley alimentado por derivación

Después de que el circuito alimentado en derivación recibe algo de energía, R1 y R_B determinar el sesgo inicial. Al mismo tiempo, la retroalimentación recibida del colector a la base a través de L2 y L1 genera una oscilación.

Nota;

Existe un camino de CA desde el emisor a través de L2 y C2 hasta la base. El camino es similar al de L1 y C3 hasta el colector.

Se desarrolla un sesgo degenerativo transversal RE durante la oscilación (y un valor correcto de C1).

Los valores de los elementos dirigidos por derivación determinan lo siguiente:

1. R_B y los valores R1 proporcionan un sesgo de clase C para un inicio fácil.
2. Los valores C1 y RE son para estabilización de temperatura.
3. Por último, los valores de polarización de clase C o B determinan la eficiencia de operación requerida.

La salida finalmente puede provenir de un inductor al tanque o del capacitor al colector.

Oscilador Hartley alimentado en serie

En nuestra segunda configuración, el oscilador Hartley alimentado en serie, el circuito base también está estabilizado por emisor y polarizado por divisor de voltaje. A medida que aplica el voltaje del colector a través de la derivación del inductor del tanque, C3 desvía la fuente de voltaje para la señal. Además, su funcionamiento es similar al circuito alimentado por derivación.

La diferencia surge cuando la CC fluye a través de una sección del circuito del tanque. Aquí, el factor Q y la estabilidad de la frecuencia del oscilador se vuelven más bajos que en un circuito alimentado en derivación.

Diagrama de circuito de un oscilador Hartley alimentado en serie

Oscilador Hartley con amplificador operacional (amplificador operacional)

Una de las principales ventajas del amplificador operacional es que puede ajustar individualmente la ganancia del oscilador utilizando una entrada y la disposición del oscilador de resistencia de retroalimentación del amplificador operacional está en un modo de inversión. Por lo tanto, puede expresar la ganancia usando la ecuación;

A =-Rf/R1

Por lo cual;

-Rf = resistencia de retroalimentación

R1 = resistencia de entrada

A =Ganancia

Un oscilador Hartley con amplificador operacional

En inversiones con transistores, la ganancia será ligeramente mayor o igual a la relación de L2 y L1. En la versión de circuito Op-amp, mayor estabilidad de frecuencia ya que depende mínimamente de los elementos del circuito del tanque. Pero, tanto la versión de transistor como la versión de amplificador operacional tienen ecuaciones de frecuencia y principios de funcionamiento similares.

Ventajas y desventajas del oscilador Hartley

Las ventajas de un oscilador Hartley incluyen;

• En primer lugar, puede usar una sola bobina como autotransformador en lugar de un transformador grande.
• En segundo lugar, solo necesitará unos pocos componentes, como dos inductores fijos o una bobina con derivación.
• Además, si reemplaza el capacitor con un cuarto de cristal, puede generar una variación de un oscilador de cristal de frecuencia fija.

Un cuarto de cristal

• Luego, podrá mantener la amplitud de salida en el rango de frecuencia fijo requerido.
• Por último, puede variar la frecuencia usando un inductor variable o un solo capacitor variable.

Los contras son;

• Desafortunadamente, no puede usar osciladores Hartley para oscilaciones de baja frecuencia.
• Además, tiene distorsiones armónicas, por lo que no es adecuado para aplicaciones que necesitan ondas sinusoidales puras. Afortunadamente, puede eliminar las distorsiones agregando un circuito de estabilización de amplitud.

Conclusión

Brevemente, los osciladores Hartley tienen varias aplicaciones, como producir una onda sinusoidal de la frecuencia deseada. No solo eso, sino que también tienen muchas configuraciones, como amplificador basado en transistor de efecto de campo (FET), alimentado en serie o en derivación, etc.

Puede comunicarse con nosotros para obtener más información sobre los osciladores Hartley. Estamos a su servicio.