哈特利工作振荡器，用运放进行设计

哈特利振荡器是经典的LC反馈电路之一，用于产生高频波形或信号。正如我们在LC振荡器文章中讨论的，如果在反馈网络中选择电抗元件X1和X2作为电感，X3作为电容，则该振荡器称为Hartley振荡器。

这些可以通过使用不同的电路配置来实现。哈特利振荡器的主要部分是放大器部分和油箱部分。罐体部分由两个电感器和一个电容组成。每一节产生180度的交流信号电压相移，因此它产生一个正弦波电压。

哈特利振荡器电路

哈特利振荡器的电路图如下图所示。在放大级，一个连接在共发射极配置的NPN晶体管作为有源器件。R1和R2是偏置电阻，RFC是射频扼流圈，提供交流和直流操作之间的隔离。

在高频下，该扼流圈的电抗值非常高;因此，它可以看作是开路的。直流条件下电抗为零，因此直流电容器没有问题。CE是发射极旁路电容，RE也是偏置电阻。电容器CC1和CC2是耦合电容器。

当直流电源(Vcc)给电路时，收集器电流开始上升，并开始对电容C进行充电。一旦C充满电，它开始通过L1和L2放电，然后再次开始充电。

这个后四电平电压波形是正弦波，是一个小的，并导致其负变化。它最终会消亡，除非它被放大。

现在晶体管出现了。由槽电路产生的正弦波通过电容器CC1耦合到晶体管的基部。

由于晶体管被配置为共发射极，它从槽电路接受输入，并将其转换为具有领先正变化的标准正弦波。

因此，晶体管提供放大和反转，以放大和校正由槽电路产生的信号。L1和L2之间的互感提供了从集电极-发射极电路到基极-发射极电路的能量反馈。

该电路的振荡频率为

1/ (2π√(Leq C))

式中Leq为槽回路中线圈的总电感，表示为

Leq = L1 + L2 + 2M

对于实际电路，如果L1 = L2 = L，且忽略互感，则振荡频率可简化为

fo = 1/ (2π√(2 L C))

在某些电路中，如图所示，晶体管化的哈特利振荡器的L1和L2之间存在互感。

哈特利振荡器中的互感

通过线圈的电流的变化被磁场感应到附近线圈的电流称为互感。它是一个电感器由于其他电感器的磁通量而产生的额外电感量。

考虑到互感的影响，线圈的总电感可由下式求得。

Leq = L1 + L2 + 2M

其中M是互感，它的值取决于电感器之间的有效耦合，它们之间的间距，每个线圈的尺寸，每个线圈的匝数和用于公共铁芯的材料类型。

在射频振荡器中，取决于紧密耦合的电感产生的电场的南北极性，电路的总电感是确定的。

如果两个线圈产生的磁场方向相同，则互感会增加到总电感上，因此总电感增加。

如果两个磁场方向相反，则互感会降低总电感。因此，振荡器的工作频率将会增加。

哈特利振荡器的设计考虑了这两个电感的相互作用。在实际中，一个共同的铁心是用于两个电感器，但取决于耦合系数的互感效应可以更大。

当电感器之间有百分之百的磁耦合时，这个系数值是统一的，当电感器之间没有磁耦合时，这个系数值为零。

使用运放的哈特利振荡器电路

哈特利振荡器可以用运算放大器来实现，其典型的结构如下图所示。这种电路可以利用反馈电阻和输入电阻进行增益调整。

在晶体管哈特利振荡器中，增益依赖于槽电路元件L1和L2，而在运放中，振荡器增益对槽的依赖较小电路元素因此提供了很高的频率稳定性。

这个电路的工作原理类似于哈特利振荡器的晶体管版本。由反馈电路产生的正弦波与运放部分耦合。然后这个波被放大器稳定并反向。

通过在槽电路中使用可变电容，使反馈比和输出幅值在一个频率范围内保持恒定，从而改变振荡器的频率。这类振荡器的振荡频率与上面讨论的振荡器的振荡频率相同，并给出

1/ (2π√(Leq C))

其中Leq = L1 + L2 + 2M或L1 + L2

为了从这个电路产生振荡，放大器的增益必须选择大于或至少等于两个电感之比。

Av = L1 / L2

如果L1和L2之间因为这两个线圈的共同磁心而存在互感，那么增益变成

Av = (L1 + M) / (L2 + M)

示例1

考虑由槽电路组成的晶体管化哈特利振荡器的电容为100pF。集电极与分接点之间的电感为30µH，分接点与晶体管基极之间的电感为1 × 10-8 H，求振荡频率。忽略互感。

考虑到

C = 100pF = 100 × 10^－１２F

L1 = 30µh = 30 × 10^－6H

L2 = 30µh = 1 × 10^－8H

给出了晶体管哈特利振荡器的振荡频率

fo = 1/ (2π√(L1 + L2) C))

= 1/ (2π√(30 × 10)^－6) + (1 × 10^－8)) × 100 × 10^－１２))

= 2.9 × 10⁶赫兹

= 2.9兆赫

示例2

考虑图中哈特利振荡器由运算放大器和反馈LC网络构成。通过参考给定的值，确定启动振荡所需的工作频率和电阻R的最大可接受值。

对于哈特利振荡器，振荡频率由

1/ (2π√(Leq C))

其中Leq = L1 + L2

Leq = 1.0 × 10^－6+ 0.1 × 10^－6

Leq = 1.1 × 10^－6

给定电容值为C = 1 × 10⁹F

因此，fo = 1/ (2π√(1.1 × 10)^－6× 1 × 10⁹）

= 4.799 MHz。

反馈因子= L2 / L1

= 0.1 × 10^－6/ 1.0 × 10^－6

= 0.1

因此所需的最小增益= 10

但是，增益= R2/R = 100 × 10^3./ R

因此，R的最大值= 100 × 10^3./ 10

= 10k欧姆。

优势

• 代替L1和L2两个分开的线圈，一个裸线线圈可以使用，线圈接地在任何想要的点沿它。
• 通过使用可变电容或使铁芯可动(改变电感)，可以改变振荡频率。
• 输出的振幅在工作频率范围内保持恒定。
• 非常少的组件需要包括两个固定电感或抽头线圈。

缺点

• 由于电感变大，体积变大，不能作为低频振荡器使用。
• 该振荡器输出的谐波含量很高，不适合纯正弦波的应用。