Bộ Dao Động Hartley

Bộ Dao Động Hartley

Mạch Dao Động Hartley.

Bộ dao động Hartley được phát minh vào năm 1915 bởi kỹ sư người Mỹ Ralph Hartley khi ông đang làm việc cho công ty Western Electric. Thiết kế gốc sử dụng ống điện và ông đã nhận được bằng sáng chế cho nó vào năm 1920.

Trong bộ dao động Hartley, tần số dao động được xác định bởi một mạch bồn gồm hai cuộn cảm và một tụ điện. Các cuộn cảm được kết nối nối tiếp và tụ điện được kết nối song song với chúng. Bộ dao động Hartley thường được sử dụng trong các ứng dụng dao động tần số radio (RF), và dải tần số khuyến nghị là từ 20kHz đến 30MHz. Bộ dao động Hartley có thể hoạt động ở tần số thấp hơn 20kHz, nhưng để tần số thấp hơn, giá trị cuộn cảm cần phải lớn và có một giới hạn thực tế. Sơ đồ mạch của một bộ dao động Hartley điển hình được hiển thị trong hình dưới đây.

Trong sơ đồ mạch, các résistor R1 và R2 tạo thành một chia áp, cung cấp điện áp polar cho transistor Q1. Re là résistor ở emitter, có nhiệm vụ cung cấp ổn định nhiệt độ cho transistor. Ce là tụ điện by-pass ở emitter, có tác dụng bỏ qua tín hiệu AC được khuếch đại. Nếu tụ by-pass emitter không có, các điện áp AC được khuếch đại sẽ rơi vào Re và sẽ được cộng vào điện áp cơ bản-emitter của Q1, gây nên sự thay đổi trong điều kiện polar. Cin là tụ điện DC tách, trong khi Cout là tụ điện DC tách đầu ra. Nhiệm vụ của tụ điện tách DC là ngăn chặn các điện áp DC từ việc đạt đến bước tiếp theo. Cuộn L1, L2 và tụ C1 tạo thành mạch bồn.

Khi nguồn điện được bật, transistor bắt đầu dẫn và dòng collector tăng lên. Do đó, tụ C1 bắt đầu sạc và khi tụ C1 sạch, nó bắt đầu xả qua cuộn L1. Quá trình sạc và xả này tạo ra một chuỗi dao động giảm dần trong mạch bồn và đây chính là yếu tố quan trọng.

Các dao động tạo ra trong mạch bồn được kết nối (phản hồi) đến cổng của Q1 và xuất hiện dưới dạng tín hiệu được khuếch đại qua cực collector và emitter của transistor. Điện áp đầu ra của transistor (điện áp qua cực collector và emitter) sẽ phối hợp với điện áp qua cuộn L1. Vì nối của hai cuộn cảm đất, điện áp qua L2 sẽ ở ngoài pha so với điện áp qua L1. Thực tế, điện áp qua L2 thực sự được phản hồi đến cổng của Q1. Từ đó, chúng ta có thể thấy rằng điện áp phản hồi nằm ngoài pha so với transistor và transistor chính nó sẽ tạo ra một sự chênh lệch pha khác 180°. Vì vậy, tổng sự chênh lệch pha giữa đầu vào và đầu ra là 360° và đây là điều kiện rất quan trọng để tạo ra dao động liên tục.

Tiêu chí Barkhausen: Hệ thống tuyến tính chỉ tạo ra dao động liên tục ở tần số mà tại đó độ gia tăng xung quanh đường lặp phản hồi bằng 1 và chênh lệch pha xung quanh đường lặp phản hồi là ZERO hoặc bội số nguyên của 2∏.

Tần số của Bộ dao động Hartley. Tần số "F" của một bộ dao động Hartley có thể được biểu diễn bằng phương trình;

Phương trình tần số bộ dao động Hartley

C là điện dung của tụ C1 trong mạch bồn.

L = L1+L2, là cảm hồi hiệu quả của cuộn cảm L1 và L2 trong mạch bồn.

Ở đây, cuộn cảm L1 và L2 được giả sử được quấn trên các lõi khác nhau. Nếu chúng được quấn trên một lõi duy nhất, thì L = L1 + L2 + 2M, trong đó M là cảm hồi chung giữa hai cuộn cảm.

Bộ dao động Hartley sử dụng Op-amp.

Bố trí điển hình của Bộ dao động Hartley sử dụng Op-amp được hiển thị trong hình trên. Ưu điểm chính của việc sử dụng Op-amp là rằng độ khuếch đại của dao động có thể được điều chỉnh cá nhân bằng cách sử dụng résistor phản hồi (Rf) và résistor đầu vào (R1). Op-amp được sắp xếp ở chế độ nghịch và độ khuếch đại có thể được biểu diễn bằng phương trình A = -Rf/R1. Trong các phiên bản sử dụng transistor, độ khuếch đại sẽ bằng hoặc ít nhiều lớn hơn tỷ lệ của L1 và L2. Trong phiên bản Op-amp, độ khuếch đại ít phụ thuộc vào các thành phần mạch bồn nên nó cung cấp tính ổn định tần số tốt hơn. Nguyên tắc hoạt động và phương trình tần số của phiên bản Op-amp tương tự như phiên bản sử dụng transistor.