Osilator Hartley

Desain Osilator Hartley memakai dua kumparan/coil induktif secara seri menggunakan kapasitor paralel buat membangun rangkaian tangki resonansinya yg membentuk osilasi sinusoidal.

Salah satu kelemahan utama dari rangkaian Osilator LC dasar yang kami lihat dalam tutorial sebelumnya adalah bahwa mereka tidak memiliki alat untuk mengendalikan amplitudo osilasi dan juga, sulit untuk menyetel osilator ke frekuensi yang diperlukan. Jika kopling elektromagnetik kumulatif antara L₁ dan L₂ terlalu kecil akan ada umpan balik cukup dan osilasi akhirnya akan mati pergi ke nol.

Demikian juga jika umpan balik terlalu kuat osilasi akan terus meningkat dalam amplitudo sampai dibatasi oleh kondisi rangkaian yang menghasilkan distorsi sinyal. Jadi menjadi sangat sulit untuk "menyetel" osilator.

Namun, dimungkinkan untuk memberi umpan balik tepat jumlah tegangan untuk osilasi amplitudo konstan. Jika kita memberi umpan balik lebih dari yang diperlukan, amplitudo osilasi dapat dikontrol dengan membiasakan penguat sedemikian rupa sehingga jika osilasi meningkat dalam amplitudo, bias meningkat dan gain penguat (amplifier) berkurang.

Jika amplitudo osilasi berkurang maka bias berkurang dan gain penguat meningkat, sehingga meningkatkan umpan balik. Dengan cara ini amplitudo osilasi dijaga konstan menggunakan proses yang dikenal sebagai Bias Base Otomatis.

Satu keuntungan besar dari bias dasar otomatis dalam osilator yang dikontrol tegangan, adalah bahwa osilator dapat dibuat lebih efisien dengan memberikan bias Kelas-Batau bahkan kondisi bias Kelas-C dari transistor.

Ini memiliki keuntungan bahwa arus collector hanya mengalir selama bagian dari siklus osilasi sehingga arus collector diam sangat kecil. Maka rangkaian osilator dasar "self-tuning" ini membentuk salah satu jenis konfigurasi osilator umpan balik resonansi paralel LC yang paling umum yang disebut rangkaian Osilator Hartley.

Dalam Osilator Hartley, rangkaian LC yang disetel terhubung antara collector dan base penguat transistor. Sejauh menyangkut tegangan osilasi, emitter terhubung ke titik penyadapan pada coil rangkaian yang disetel.

Bagian umpan balik dari rangkaian tangki LC yang disetel diambil dari keran tengah coil induktor atau bahkan dua kumparan coil terpisah dalam seri yang mana paralel dengan kapasitor variabel, C seperti yang ditunjukkan.

Rangkaian osilator Hartley sering disebut sebagai osilator induktansi split karena coil L disadap di tengah (center tap). Akibatnya, induktansi L bertindak seperti dua coil terpisah dalam jarak sangat dekat dengan arus yang mengalir melalui bagian coil XY menginduksi sinyal ke bagian coil YZ di bawah ini.

Rangkaian Osilator Hartley dapat dibuat dari konfigurasi apa pun yang menggunakan baik kumparan (coil) tunggal (mirip dengan Autotransformer) atau sepasang coil terhubung seri secara paralel dengan Kapasitor tunggal seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Desain Dasar Rangkaian Osilator Hartley

Pada saat rangkaian berosilasi, tegangan yang ada pada titik X (collector), akan relatif terhadap titik Y (emitter), yaitu 180° diluar-fasa dengan tegangan di titik Z (basis) yang relatif terhadap titik Y. Pada frekuensi osilasi, impedansi beban collector resistif dan peningkatan tegangan Base menyebabkan penurunan tegangan Collector.

Kemudian ada perubahan fasa 180° dalam tegangan antara Base dan Collector dan ini bersama dengan perubahan fasa 180° asli dalam loop umpan balik memberikan hubungan fase yang benar dari umpan balik positif untuk osilasi dipertahankan.

Jumlah umpan balik tergantung pada posisi "titik sadap" dari Induktor. Jika ini dipindahkan lebih dekat ke collector, jumlah umpan balik meningkat, tetapi output yang diambil antara collector dan earth berkurang dan sebaliknya. Resistor, R1 dan R2 memberikan bias DC stabil yang biasa untuk transistor secara normal sedangkan kapasitor bertindak sebagai kapasitor pemblokiran DC.

Di rangkaian Osilator Hartley ini, arus DC Collector mengalir melalui bagian coil dan untuk alasan ini rangkaian dikatakan sebagai “Seri-fed” dengan frekuensi osilasi dari Osilator Hartley yang diberikan sebagai.

Catatan: L_T adalah total kumulatif ditambah induktansi jika dua kumparan (coil) terpisah digunakan termasuk Mutual Induktansi, M, mereka.

Frekuensi osilasi dapat disesuaikan dengan memvariasikan kapasitor "penyetelan", C atau dengan memvariasikan posisi inti iron-dust di dalam coil (penyetelan induktif) yang memberikan output pada berbagai frekuensi sehingga sangat mudah untuk disetel. Juga Osilator Hartley menghasilkan output amplitudo yang konstan atas seluruh rentang frekuensi.

Seperti halnya Osilator Hartley Seri-fed di atas, juga dimungkinkan untuk menghubungkan rangkaian tangki yang disetel pada penguat (amplifier) sebagai osilator shunt-fed seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Rangkaian Osilator Hartley Shunt-fed

Dalam rangkaian osilator Hartley shunt-fed, komponen AC dan DC dari arus collector memiliki jalur terpisah di sekitar rangkaian. Karena komponen DC tersumbat oleh kapasitor, C2 tidak ada DC mengalir melalui coil induktif, L dan lebih sedikit daya yang terbuang dalam rangkaian yang disetel.

Radio Frequency Coil (RFC), L2 adalah choke RF yang memiliki reaktansi tinggi pada frekuensi osilasi sehingga sebagian besar arus RF diterapkan ke rangkaian tangki tuning LC melalui kapasitor, C2 ketika komponen DC melewati L2 ke catu daya. Sebuah resistor dapat digunakan sebagai pengganti coil RFC, L2 tetapi efisiensinya akan lebih sedikit.

Contoh: Osilator Hartley No.1

Sebuah rangkaian Osilator Hartley memiliki dua induktor individu 0.5mH masing-masing, yang dirancang untuk beresonansi secara paralel dengan kapasitor variabel yang dapat disesuaikan antara 100pF dan 500pF. Tentukan frekuensi osilasi atas dan bawah dan juga bandwidth osilator Hartley.

Dari atas kita dapat menghitung frekuensi osilasi untuk Osilator Hartley sebagai:

Rangkaian terdiri dari dua kumparan coil induktif secara seri, sehingga induktansi total diberikan sebagai:

L_T = L₁ + L₂ = 0.5mH + 0.5mH = 1.0mH

Frekuensi Atas Osilator Hartley

Frekuensi Bawah Osilator Hartley

Bandwidth Osilator Hartley

Bandwidth = f_H -f_L

= 503 - 225 = 278kHz

Osilator Hartley menggunakan Op-amp

Selain menggunakan transistor bipolar (BJT) sebagai tahap penguat aktif dari osilator Hartley, kita juga dapat menggunakan transistor efek medan, (FET) atau Op-amp. Pengoperasian Op-amp Osilator Hartley persis sama seperti untuk versi yang ditransisialisasi dengan frekuensi operasi yang dihitung dengan cara yang sama. Pertimbangkan rangkaian di bawah ini.

Rangkaian Op-amp Osilator Hartley

Keuntungan membangun Osilator Hartley menggunakan penguat operasional (Op-amp) sebagai tahap aktifnya adalah bahwa gain Op-amp dapat dengan mudah disesuaikan dengan menggunakan resistor umpan balik R1 dan R2. Seperti halnya osilator transistorized di atas, gain dari rangkaian harus sama atau sedikit lebih besar dari rasio L1/L2. Jika kedua coil induktif itu digulung ke inti yang sama dan induktansi bersama M ada maka rasionya menjadi (L1 + M)/(L2 + M).

Ringkasan Osilator Hartley

Kemudian untuk meringkas, Osilator Hartley terdiri dari rangkaian tangki resonator LC paralel yang umpan baliknya dicapai melalui pembagi induktif. Seperti kebanyakan rangkaian osilator, osilator Hartley ada dalam beberapa bentuk, dengan bentuk paling umum adalah rangkaian transistor di atas.

Konfigurasi ini Osilator Hartley memiliki rangkaian tangki disetel dengan coil resonan disadap untuk memberi makan sebagian kecil dari sinyal output kembali ke emitter dari transistor. Karena output dari emitter transistor selalu "dalam-fase" dengan output pada collector, sinyal umpan balik ini positif. Frekuensi osilasi yang merupakan tegangan gelombang sinus ditentukan oleh frekuensi resonansi dari rangkaian tangki.

Dalam tutorial berikutnya tentang Osilator, kita akan melihat jenis rangkaian Osilator LC lain yang berlawanan dengan osilator Hartley yang disebut Osilator Colpitts. Osilator Colpitts menggunakan dua kapasitor secara seri untuk membentuk pusat kapasitansi yang disadap secara paralel dengan satu induktansi dalam rangkaian tangki resonansinya.