하틀리 발진기

하틀리 발진기

Hartley 발진기 설계는 병렬 커패시터와 직렬로 연결된 두 개의 유도 코일을 사용하여 정현파 발진을 생성하는 공진 탱크 회로를 형성합니다.

이전 튜토리얼에서 살펴본 기본 LC 발진기 탱크 회로의 주요 단점 중 하나인 Hartley 발진기와 달리 출력 발진의 진폭을 제어할 수 있는 수단이 없다는 것입니다. 또한 발진기를 필요한 발진 주파수로 미세 조정하는 것이 어려울 수 있습니다.

L 1 과 L 2 사이의 누적 전자기 결합이 너무 작으면 피드백이 충분하지 않아 진동이 결국 0으로 줄어들게 됩니다. 마찬가지로 피드백이 너무 강하면 신호 왜곡을 생성하는 회로 조건에 의해 제한될 때까지 진동의 진폭이 계속 증가합니다. 그러면 일정한 진폭으로 진동을 유지하기 위해 발진기를 "조정"하는 것이 다소 어려워질 수 있습니다
.

그러나 재생 피드백을 사용하면 일정한 진폭 진동에 대해 정확한 양의 전압을 피드백하는 것이 가능합니다. 필요한 것보다 더 많이 피드백하면 진동의 진폭이 증가하면 바이어스가 증가하고 증폭기의 이득이 감소하는 방식으로 증폭기를 바이어싱하여 진동의 진폭을 제어할 수 있습니다.

진동의 진폭이 감소하면 바이어스가 감소하고 증폭기의 이득이 증가하여 피드백이 증가합니다. 이러한 방식으로 진동의 진폭은 자동 베이스 바이어스(Automatic Base Bias) 라는 프로세스를 사용하여 일정하게 유지됩니다 .

 

전압 제어 발진기에서 자동 베이스 바이어스의 가장 큰 장점 중 하나는 트랜지스터의 클래스 B 바이어스 또는 클래스 C 바이어스 조건을 제공하여 발진기를 더욱 효율적으로 만들 수 있다는 것입니다. 이는 컬렉터 전류가 발진 사이클의 일부 동안에만 흐르므로 정지 컬렉터 전류가 매우 작다는 장점이 있습니다. 그런 다음 이 "자체 조정" 기본 발진기 회로는 Hartley 발진기 회로라고 하는 가장 일반적인 유형의 LC 병렬 공진 피드백 발진기 구성 중 하나를 형성합니다.

Hartley 발진기 탱크 회로

Hartley 발진기 에서 튜닝된 LC 회로는 트랜지스터 증폭기의 콜렉터와 베이스 사이에 연결됩니다. 진동 전압과 관련하여 이미터는 동조 회로 코일의 태핑 지점에 연결됩니다.

조정된 LC 탱크 회로의 피드백 부분은 인덕터 코일의 중앙 탭이나 가변 커패시터 C 와 병렬인 직렬로 연결된 두 개의 별도 코일에서 가져옵니다 .

Hartley 회로는 코일 L이 중앙에 탭되어 있기 때문에 분할 인덕턴스 발진기라고도 합니다 . 실제로 인덕턴스 L은 코일 섹션 XY 를 통해 흐르는 전류와 매우 근접한 두 개의 별도 코일처럼 작동하여 아래 코일 섹션 YZ 에 신호를 유도합니다 .

Hartley 발진기 회로는 아래 표시된 것처럼 단일 탭 코일(자동 변압기와 유사) 또는 단일 커패시터와 병렬로 연결된 한 쌍의 직렬 연결 코일을 사용하는 모든 구성으로 만들 수 있습니다.

기본 Hartley 발진기 설계

 

회로가 진동할 때 점 Y (이미터)를 기준으로 점 X(컬렉터 ) 의 전압은 점 Y를 기준으로 점 Z (베이스)의 전압과 180o 위상차가 납니다 . 발진 주파수에서 컬렉터 부하의 임피던스는 저항성이 있으며 기본 전압이 증가하면 컬렉터 전압이 감소합니다.

따라서 베이스와 컬렉터 사이의 전압에는 180 ° 위상 변화가 있으며 이는 피드백 루프의 원래 180 ° 위상 변화와 함께 유지되는 진동에 대한 포지티브 피드백의 올바른 위상 관계를 제공합니다.

피드백의 양은 인덕터의 "태핑 포인트" 위치에 따라 달라집니다. 이것이 컬렉터에 더 가까이 이동하면 피드백 양이 증가하지만 컬렉터와 접지 사이에서 발생하는 출력은 감소하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 저항 R1 및 R2는 일반적인 방식으로 트랜지스터에 대한 일반적인 안정화 DC 바이어스를 제공하는 반면 커패시터는 DC 차단 커패시터 역할을 합니다.

이 Hartley 발진기 회로에서 DC 컬렉터 전류는 코일의 일부를 통해 흐르며 이러한 이유로 회로는 Hartley 발진기의 발진 주파수가 다음과 같이 주어지는 "직렬 공급"이라고 합니다.

 

 

참고: L T 는 상호 인덕턴스 M을 포함하여 두 개의 개별 코일이 사용되는 경우 총 누적 결합 인덕턴스입니다 .

진동 주파수는 "튜닝" 커패시터 C 를 변경 하거나 코일 내부의 철분 코어 위치를 변경하여(유도 튜닝) 광범위한 주파수에 대한 출력을 제공함으로써 조정이 매우 쉽게 조정될 수 있습니다. 또한 Hartley 발진기는 전체 주파수 범위에 걸쳐 일정한 출력 진폭을 생성합니다.

위의 직렬 공급 Hartley 발진기뿐만 아니라 아래 그림과 같이 션트 공급 발진기로 증폭기 전체에 튜닝 탱크 회로를 연결할 수도 있습니다.

분로 공급 Hartley 발진기 회로

 

션트 공급 회로에서 컬렉터 전류의 AC 및 DC 구성 요소는 모두 회로 주위에 별도의 경로를 갖습니다. DC 구성 요소가 커패시터에 의해 차단되므로 C2 DC가 유도 코일을 통해 흐르지 않고 L이 조정된 회로에서 낭비되는 전력이 줄어듭니다.

RFC(Radio Frequency Coil) L2 는 발진 주파수에서 높은 리액턴스를 갖는 RF 초크로서, DC 성분이 L2 를 통과하여 RF 전류의 대부분이 커패시터 C2 를 통해 LC 튜닝 탱크 회로 에 인가됩니다. 전원 공급 장치. RFC 코일 L2 대신 저항기를 사용할 수 있지만 효율성은 떨어집니다.

튜토리얼 예제 No1

각각 0.5mH의 두 개의 개별 인덕터가 있는 Hartley 발진기 회로 는 100pF에서 500pF 사이에서 조정될 수 있는 가변 커패시터와 병렬로 공진하도록 설계되었습니다. 진동의 상위 및 하위 주파수와 Hartley 발진기 대역폭을 결정합니다.

위에서 우리는 진동의 빈도를 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

 

회로는 직렬로 연결된 두 개의 유도 코일로 구성되므로 총 인덕턴스는 다음과 같이 제공됩니다.

 

고주파 발진

저주파 진동

 

하틀리 발진기 대역폭

연산 증폭기를 사용하는 Hartley 발진기

Hartley 발진기의 증폭기 활성 스테이지로 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)를 사용할 뿐만 아니라 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 연산 증폭기(op-amp)를 사용할 수도 있습니다. 연산 증폭기 Hartley 발진기 의 작동은 트랜지스터 버전과 정확히 동일하며 작동 주파수는 동일한 방식으로 계산됩니다. 아래 회로를 고려하십시오.

기본 연산 증폭기 회로

 

연산 증폭기를 활성 스테이지로 사용하여 Hartley 발진기를 구성할 때의 장점은 피드백 저항기 R1 및 R2 를 사용하여 연산 증폭기의 이득을 매우 쉽게 조정할 수 있다는 것입니다 . 위의 트랜지스터화된 발진기와 마찬가지로 회로의 이득은 L1/L2 비율과 같거나 약간 커야 합니다 . 두 개의 유도 코일이 공통 코어에 감겨 있고 상호 인덕턴스 M 이 존재하는 경우 비율은 (L1+M)/(L2+M) 이 됩니다 .

튜토리얼 요약

요약하면 Hartley 발진기는 피드백이 유도 분배기를 통해 달성되는 병렬 LC 공진기 탱크 회로로 구성됩니다. 대부분의 발진기 회로와 마찬가지로 Hartley 발진기는 여러 형태로 존재하며 가장 일반적인 형태는 위의 트랜지스터 회로입니다.

이 Hartley 발진기 구성에는 출력 신호의 일부를 트랜지스터 이미터로 다시 공급하기 위해 탭된 공진 코일이 있는 조정된 탱크 회로가 있습니다. 트랜지스터 이미터의 출력은 항상 컬렉터의 출력과 "동위상"이므로 이 피드백 신호는 양수입니다. 사인파 전압인 발진 주파수는 탱크 회로의 공진 주파수에 의해 결정됩니다.

발진기에 대한 다음 튜토리얼에서는 Colpitts 발진기라고 불리는 Hartley 발진기와 반대되는 또 다른 유형의 LC 발진기 회로를 살펴보겠습니다. Colpitts 발진기는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터를 사용하여 공진 탱크 회로 내의 단일 인덕턴스와 병렬로 중앙 탭 커패시턴스를 형성합니다.