今天主要是關(guān)于哈特利振蕩器原理。

哈特利（Hartley）振蕩器是什么意思？

哈特利振蕩器（哈特萊）是一種電感三點(diǎn)式振蕩電路，哈特利振蕩器的振蕩頻率由 LC 調諧電路（即由電容和電感組成的電路）確定（如下圖所示）。哈特利振蕩器通常被調諧以產(chǎn)生射頻波段的波，也被稱(chēng)為RF振蕩器。

哈特利振蕩器振蕩電路

調諧 LC 電路連接在晶體管放大器的集電極和基極之間。就振蕩電壓而言，發(fā)射器連接到調諧電路線(xiàn)圈上的分接點(diǎn)。

調諧LC諧振電路的反饋部分取自電感線(xiàn)圈的中心抽頭，甚至是兩個(gè)與可變電容器并聯(lián)的獨立線(xiàn)圈串聯(lián)，如上所示圖。

基本哈特利振蕩器設計

哈特利振蕩器電路可以由使用單個(gè)抽頭線(xiàn)圈（類(lèi)似于自耦變壓器）或一對串聯(lián)線(xiàn)圈與單個(gè)電容并聯(lián)的任何配置制成，如下圖所示。

當電路發(fā)生振蕩時(shí)，X點(diǎn)（集電極）處的電壓相對于Y點(diǎn)（發(fā)射極）與Z點(diǎn)（基極）處的電壓相對于Y點(diǎn)的異相180 °。

在振蕩頻率下，集電極負載的阻抗是電阻性的，基極電壓的增加會(huì )導致集電極電壓的降低。

因此，基極和集電極之間的電壓存在 180° 的相位變化，這與反饋回路中的原始 180° 相移一起為要維持的振蕩提供了正反饋的正確相位關(guān)系。

反饋量取決于電感器“分接點(diǎn)”的位置，如果將其移近收集器，則反饋量會(huì )增加，但收集器和大地之間的輸出會(huì )減少，反之亦然。

電阻R1和R2以正常方式為晶體管提供通常的穩定直流偏置，而電容則充當隔直電容。

哈特利振蕩器原理圖

在這個(gè)哈特利振蕩器電路中，DC 集電極電流流過(guò)線(xiàn)圈的一部分，因此該電路被稱(chēng)為“串聯(lián)饋電”，哈特利振蕩器的振蕩頻率為：

哈特利振蕩器的振蕩頻率公式

L T是總的累積耦合電感，在一般的情況下，L T就是兩個(gè)電感之和，但是當兩個(gè)電感的互感很大時(shí)就需要修改了。

互感是由一個(gè)電感器（或抽頭電感器的一部分）周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)引起的額外有效量的電感，該磁場(chǎng)將電流引入另一個(gè)電感。具體的如下所示：

共芯中心抽頭電感

當兩個(gè)電感都繞在同一個(gè)磁芯上時(shí)，互感 (M) 的影響可能相當大，總電感的計算公式如下：

總電感的計算公式

M 的實(shí)際值取決于兩個(gè)電感磁耦合的效率，其中包括電感之間的間距、每個(gè)電感上的匝數、每個(gè)線(xiàn)圈的尺寸和公共磁芯的材料。

振蕩頻率可以通過(guò)改變“調諧”電容C或通過(guò)改變線(xiàn)圈內鐵粉芯的位置（感應調諧）來(lái)調整，從而在很寬的頻率范圍內提供輸出，使其非常容易調諧。

哈特利振蕩器案例

哈特利振蕩器電路具有兩個(gè)各自為 0.5mH 的獨立電感，與可在 100pF 和 500pF 之間調節的可變電容并聯(lián)諧振，確定振蕩的上下頻率以及 哈特利振蕩器帶寬。

從上面我們可以計算出哈特利振蕩器的振蕩頻率：

哈特利振蕩器的振蕩頻率

該電路由兩個(gè)串聯(lián)的電感線(xiàn)圈組成，因此總電感為：

總電感

哈特利振蕩器高頻：

哈特利振蕩器高頻

哈特利振蕩器低頻：

哈特利振蕩器低頻

哈特利振蕩器帶寬：

哈特利振蕩器帶寬

并聯(lián)哈特利振蕩器電路原理1

除了上面的哈特利振蕩器外，還可以將調諧諧振電路連接到放大器兩端作為并聯(lián)饋電振蕩器，如下所示。

在并聯(lián)的哈特利振蕩器電路中，集電極電流的交流和直流分量在電路周?chē)加歇毩⒌穆窂?。由于直流分量被電容器阻擋，C2 沒(méi)有直流電流流過(guò)電感線(xiàn)圈，L 并且在調諧電路中浪費的功率更少。

并聯(lián)哈特利振蕩器電路

射頻線(xiàn)圈 (RFC) L2 是一種射頻扼流圈，在振蕩頻率下具有高電抗，因此當直流分量通過(guò) L2 時(shí)，大部分射頻電流通過(guò)電容 C2 施加到 LC 調諧槽電路電源?？梢允褂秒娮杵鞔?RFC 線(xiàn)圈 L2 ，但效率會(huì )更低。

并聯(lián)饋電哈特利振蕩器電路原理2

如下圖所示，使用一個(gè)電壓源，固定偏壓由分壓電阻 R 1 和 R B 提供。由 C 1 旁路的發(fā)射極緩沖電阻 R E 用于溫度穩定。

集電極通過(guò)電感 L 3并聯(lián)饋電， C 3 用作隔直和耦合電容，以防止槽路線(xiàn)圈使集電極短路。類(lèi)似地，C 2 用作基極阻塞耦合電容，以防止基極通過(guò)槽路電感對地短路。

并聯(lián)哈特利振蕩器電路

當并聯(lián)饋電電路通電時(shí)，初始偏置由 R 1和R B 確定，并且通過(guò)從集電極通過(guò)槽路電感的 L 1和L 2 部分提供給基極的反饋來(lái)建立振蕩。

要注意，從發(fā)射極通過(guò)諧振回路的 L 1 部分和耦合電容 C 3到集電極存在一條 AC 路徑，并且存在通過(guò) L 2和 C 2 到基極的類(lèi)似路徑。

隨著(zhù)振蕩的發(fā)生，在 R E（如果C1是正確的值）。通常，選擇分壓 R 1 和R B 的值以提供 A 類(lèi)偏壓以便于啟動(dòng)，選擇 R E和C 1的值以提供熱穩定性和 B 類(lèi)或 C 類(lèi)偏壓實(shí)現所需要的工作效率。

輸出可以取自連接到集電極的電容或耦合到槽路的電感。

使用運算放大器的哈特利振蕩器

除了使用雙極結型晶體管 (BJT) 作為哈特利振蕩器的放大器有源級外，我們還可以使用場(chǎng)效應晶體管 (FET) 或運算放大器 (op-amp)。

運算放大器 哈特利振蕩器的操作與晶體管版本的操作完全相同，其操作頻率以相同的方式計算，如下圖所示：

運算放大器的哈特利振蕩器

使用運算放大器作為其有源級構建哈特利振蕩器的優(yōu)勢在于，可以使用反饋電阻 R1和 R2輕松調整運算放大器的增益。

與上面的晶體管振蕩器一樣，電路的增益必須等于或略大于L1/L2的比率。如果兩個(gè)電感線(xiàn)圈繞在一個(gè)共同的磁芯上并且互感M存在，則比率變?yōu)?L1+M)/(L2+M)。

共基極哈特利振蕩器

下圖中的振蕩器使用公共基極放大器。當振蕩器第一次上電時(shí)，放大器工作在 A 類(lèi)，正反饋。

LC 諧振電路接收集電極電流脈沖并開(kāi)始以其設計頻率諧振。儲能電路提供的電流放大倍數很高，最初輸出幅度非常大。

一旦第一個(gè)脈沖出現并通過(guò) C2 反饋到發(fā)射極，DC 電壓在很大程度上取決于 C2 和 R3 的時(shí)間常數，該時(shí)間常數遠長(cháng)于振蕩波的周期時(shí)間，建立跨越R3。

共基極哈特利振蕩器

隨著(zhù)發(fā)射極電壓的增加，放大器的偏置點(diǎn)從其 A 類(lèi)位置向 C 類(lèi)條件“滑動(dòng)”，如上圖所示，從而減小由電位產(chǎn)生的相對穩定的基極電壓之間的差異 (Vbe) 驅動(dòng)器 R1/R2 和越來(lái)越正的發(fā)射極電壓。

這減少了可以被 TR1 放大的波形部分，直到波形的尖端產(chǎn)生通過(guò)儲能電路的集電極電流脈沖，并且閉環(huán)增益電路降低到 1。有效地來(lái)自?xún)δ茈娐返恼答丆2 和 R3 產(chǎn)生的負反饋和反饋處于平衡狀態(tài)。

與這種平衡的任何偏差都會(huì )產(chǎn)生校正效果。如果輸出波的幅度減小，則通過(guò) C2 的反饋也會(huì )減小，從而導致發(fā)射極電壓降低，從而使 V 的負值更小，從而產(chǎn)生集電極電流的校正增加，并在諧振電路上產(chǎn)生更大的輸出波。

隨著(zhù)集電極電流增加，TR1 發(fā)射極電壓也會(huì )增加。這將導致 R3 兩端的電壓更大，使發(fā)射極更正，從而有效地增加 Tr1 的負基極/發(fā)射極電壓量。這會(huì )再次降低集電極電流，從而導致儲能電路產(chǎn)生更小的輸出波形，并將電路的閉環(huán)增益平衡為 1。

共發(fā)射極哈特利振蕩器

下圖所示的電路使用一個(gè)共發(fā)射極放大器和來(lái)自調諧電路頂部的正反饋，通過(guò) C2（隔直和交流耦合電容）到基極。

抽頭電感 L1/L2 的頂端和底端在本設計中是反相的，諧振電路的抽頭點(diǎn)連接到電源線(xiàn)，在共射極放大器中，它與電源線(xiàn)完全相同。

共發(fā)射極哈特利振蕩器

晶體管發(fā)射極由于電源兩端的去耦電容（未顯示，因為它們將在電源中），以及發(fā)射極電阻兩端的 C3。

共射極放大器中的基極也與集電極波形反相，從而通過(guò) C2 產(chǎn)生正反饋。再次使用自動(dòng) C 類(lèi)偏置，但在該電路中，發(fā)射極去耦電容 C3 的值將很關(guān)鍵，并且比普通 A 類(lèi)放大器中的要小。它只會(huì )部分解耦 R3，R3/C3 的時(shí)間常數控制施加的 C 類(lèi)偏置量。

帶調諧反饋的哈特利振蕩器

下圖中，電感的抽頭接地而不是 +Vcc，兩個(gè)隔直電容用于消除調諧電路中的任何直流電。集電極負載現在由射頻扼流圈提供，該扼流圈僅在振蕩器頻率下提供高阻抗。

帶調諧反饋的哈特利振蕩器

與共發(fā)射極哈特利振蕩器相似的方式為帶調諧反饋的哈特利振蕩器提供自動(dòng) C 類(lèi)偏置。然而，在此變體中，不是使用僅在所需頻率下放大的調諧放大器，而是此處的放大器將在很寬的頻率范圍內工作。

然而，將調諧諧振電路放置在反饋路徑中可確保正反饋僅在調諧電路的諧振頻率處發(fā)生。

諧振頻率公式

哈特利振蕩器的優(yōu)點(diǎn)

• 即使在包括抽頭線(xiàn)圈或固定電感之后，對組件的需求也非常少。

• 可以將單個(gè)線(xiàn)圈用作自耦變壓器，而不是使用大型變壓器。

• 振蕩頻率可以通過(guò)使用可變電感或使用可變電容來(lái)改變

• 可以使用單個(gè)裸線(xiàn)線(xiàn)圈來(lái)代替使用兩個(gè)單獨的感應線(xiàn)圈 L1 和 L2。

• 電路非常簡(jiǎn)單，并不復雜。

• 可以產(chǎn)生具有恒定幅度的正弦振蕩。

哈特利振蕩器的缺點(diǎn)

• 有時(shí)由于諧波的存在會(huì )產(chǎn)生失真的正弦信號，這是哈特利振蕩器的主要缺點(diǎn)之一。

• 不能用作低頻振蕩器，因為電感的尺寸和電感的值很大。

哈特利振蕩器的功能

• 哈特利振蕩器用作無(wú)線(xiàn)電接收器中的本地振蕩器，由于頻率范圍廣的原因，它是一種流行的振蕩器。

• 適用于高達 30MHz 的射頻 (RF) 范圍內的振蕩。

• 用于產(chǎn)生具有所需頻率的正弦波。