Генератор Хартли — это электронная схема генератора , в которой частота колебаний определяется настроенным контуром, состоящим из конденсаторов и катушек индуктивности , то есть LC -генератором. Схема была изобретена в 1915 году американским инженером Ральфом Хартли . Отличительной особенностью генератора Хартли является то, что настроенный контур состоит из одного конденсатора, соединенного параллельно, и двух последовательно соединенных катушек индуктивности (или одной катушки индуктивности с отводом), а сигнал обратной связи, необходимый для колебаний, берется из центрального соединения двух катушек индуктивности.
Генератор Хартли был изобретен Хартли, когда он работал в Исследовательской лаборатории Western Electric Company . Хартли изобрел и запатентовал конструкцию в 1915 году, наблюдая за испытаниями трансатлантической радиотелефонной связи Bell System; 26 октября 1920 года ему был выдан патент под номером 1,356,763. [1]
В 1946 году Хартли был награжден Почетной медалью Института радиоинженеров «за раннюю работу над колебательными контурами, использующими триодные лампы » и за работу в области теории информации (которая во многом соответствовала работам Гарри Найквиста ) о «фундаментальной связи между общим объемом информации, которая может быть передана по системе передачи с ограниченной полосой пропускания , и требуемым для этого временем» [2] .
Генератор Хартли отличается контуром резервуара, состоящим из двух последовательно соединенных катушек (или, часто, катушки с отводом ) параллельно с конденсатором, с усилителем между относительно высоким импедансом по всему LC-контуру и относительно низкой точкой напряжения/высокого тока между катушками. Оригинальная версия 1915 года использовала триод в качестве усилительного устройства в конфигурации с общим катодом , с тремя батареями и отдельными регулируемыми катушками. Упрощенная схема цепи JFET с общим стоком использует LC-контур (здесь отводится одна обмотка) и одну батарею, но в остальном по сути такая же, как и на патентном чертеже. Схема иллюстрирует работу генератора Хартли: [ сомнительно – обсудить ]
Вариации простой схемы часто включают способы автоматического снижения усиления усилителя для поддержания постоянного выходного напряжения на уровне ниже перегрузки; простая схема выше ограничит выходное напряжение из-за проводимости затвора на положительных пиках, эффективно гася колебания, но не раньше, чем могут возникнуть значительные искажения ( паразитные гармоники ). Замена катушки с отводами на две отдельные катушки, как в оригинальной патентной схеме, по-прежнему приводит к рабочему генератору, но теперь, когда две катушки не связаны магнитно, индуктивность, а значит, и частота, расчеты должны быть изменены (см. ниже), и объяснение механизма увеличения напряжения сложнее, чем в сценарии с автотрансформатором.
Совсем иная реализация с использованием катушки с отводами в схеме обратной связи с LC-контуром заключается в использовании каскада усилителя с общей сеткой (или общим затвором, или общей базой) [3] , который по-прежнему неинвертирующий, но обеспечивает усиление напряжения вместо усиления тока ; отвод катушки по-прежнему подключен к катоду (или источнику, или эмиттеру), но теперь это вход усилителя (с низким импедансом); контур с разделенным контуром теперь снижает импеданс от относительно высокого выходного импеданса пластины (или стока, или коллектора).
Генератор Хартли является аналогом генератора Колпитца , который использует два конденсатора вместо двух индукторов для делителя напряжения . Хотя нет необходимости во взаимной связи между двумя сегментами катушки, схема обычно реализуется с использованием катушки с ответвлением, при этом обратная связь берется с ответвления, как показано здесь. Оптимальная точка ответвления (или соотношение индуктивностей катушек) зависит от используемого усилительного устройства, которое может быть биполярным транзистором , полевым транзистором , триодом или усилителем практически любого типа (в данном случае неинвертирующим, хотя также распространены вариации схемы с заземленной центральной точкой и обратной связью от инвертирующего усилителя или коллектора/стока транзистора), но часто используется полевой транзистор (показан) или триод, поскольку хорошей степени амплитудной стабильности (и, следовательно, снижения искажений ) можно добиться с помощью простой комбинации резистора и конденсатора утечки сетки, последовательно соединенных с затвором или сеткой (см. схему Скотта ниже), благодаря проводимости диода на пиках сигнала, создающей достаточно отрицательное смещение для ограничения усиления.
Частота колебаний приблизительно равна резонансной частоте контура. Если емкость конденсатора контура равна C , а общая индуктивность катушки с отводами равна L , то
Если использовать две несвязанные катушки индуктивности L 1 и L 2 , то
Однако если две катушки магнитно связаны, общая индуктивность будет больше из-за взаимной индуктивности k [4]
Фактическая частота колебаний будет несколько ниже указанной выше из-за паразитной емкости в катушке и нагрузки транзистора.
Генератор Хартли имеет ряд преимуществ:
Выходной сигнал богат гармониками, если он взят из усилителя, а не напрямую из LC-контура (если только не используется схема стабилизации амплитуды). Это можно считать как преимуществом, так и недостатком.
На схеме показан пример со значениями компонентов. [5] Вместо полевых транзисторов можно использовать другие активные компоненты, такие как биполярные транзисторы или вакуумные лампы , способные обеспечивать усиление на желаемой частоте.
Усилитель с общим стоком имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому вход усилителя подключен к вершине с высоким импедансом LC-цепи C1, L1, L2, а выход усилителя подключен к отводу с низким импедансом LC-цепи. Утечка сетки C2 и R1 автоматически устанавливают рабочую точку через смещение утечки сетки . Меньшее значение C2 дает меньшее гармоническое искажение , но требует большего нагрузочного резистора. Нагрузочный резистор RL является частью моделирования, а не частью схемы.
