El oscilador Hartley es un circuito oscilador electrónico en el que la frecuencia de oscilación está determinada por un circuito sintonizado que consta de condensadores e inductores , es decir, un oscilador LC . El circuito fue inventado en 1915 por el ingeniero estadounidense Ralph Hartley . La característica distintiva del oscilador Hartley es que el circuito sintonizado consta de un solo condensador en paralelo con dos inductores en serie (o un solo inductor con toma), y la señal de retroalimentación necesaria para la oscilación se toma de la conexión central de los dos inductores.
Hartley inventó el oscilador Hartley mientras trabajaba en el laboratorio de investigación de la Western Electric Company . Hartley inventó y patentó el diseño en 1915 mientras supervisaba las pruebas de radioteléfono transatlántico de Bell System; se le concedió la patente número 1.356.763 el 26 de octubre de 1920. [1]
En 1946, Hartley recibió la Medalla de Honor del Instituto de Ingenieros de Radio "por sus primeros trabajos sobre circuitos oscilantes que empleaban tubos de triodo " y por su trabajo en teoría de la información (que en gran medida fue paralelo al de Harry Nyquist ) sobre "la relación fundamental entre la cantidad total de información que puede transmitirse a través de un sistema de transmisión de ancho de banda limitado y el tiempo requerido". [2]
El oscilador Hartley se distingue por un circuito de tanque que consta de dos bobinas conectadas en serie (o, a menudo, una bobina con tomas ) en paralelo con un condensador, con un amplificador entre la impedancia relativamente alta a lo largo de todo el tanque LC y el punto de voltaje relativamente bajo/corriente alta entre las bobinas. La versión original de 1915 utilizaba un triodo como dispositivo amplificador en configuración de cátodo común , con tres baterías y bobinas ajustables separadas. El diagrama de circuito JFET de drenaje común simplificado utiliza un tanque LC (aquí el devanado único está conectado) y una sola batería, pero por lo demás es esencialmente el mismo que el dibujo de la patente. El circuito ilustra el funcionamiento del oscilador Hartley: [ dudoso – discutir ]
Las variaciones del circuito simple a menudo incluyen formas de reducir automáticamente la ganancia del amplificador para mantener un voltaje de salida constante a un nivel por debajo de la sobrecarga; el circuito simple anterior limitará el voltaje de salida debido a que la compuerta conduce en picos positivos, amortiguando efectivamente las oscilaciones, pero no antes de que pueda resultar una distorsión significativa ( armónicos espurios ). Cambiar la bobina con tomas a dos bobinas separadas, como en el esquema de patente original, aún da como resultado un oscilador que funciona, pero ahora que las dos bobinas no están acopladas magnéticamente, el cálculo de la inductancia y, por lo tanto, la frecuencia, debe modificarse (ver a continuación), y la explicación del mecanismo de aumento de voltaje es más complicada que el escenario del autotransformador.
Una implementación bastante diferente que utiliza una bobina con toma en una disposición de retroalimentación de tanque LC es emplear una etapa amplificadora de rejilla común (o compuerta común o base común), [3] que todavía no es inversora pero proporciona ganancia de voltaje en lugar de ganancia de corriente ; la toma de la bobina todavía está conectada al cátodo (o fuente o emisor), pero esta es ahora la entrada (de baja impedancia) al amplificador; el circuito de tanque dividido ahora está reduciendo la impedancia de la impedancia de salida relativamente alta de la placa (o drenaje o colector).
El oscilador Hartley es el doble del oscilador Colpitts , que utiliza dos condensadores en lugar de dos inductores para su divisor de tensión . Aunque no hay ningún requisito de acoplamiento mutuo entre los dos segmentos de la bobina, el circuito suele implementarse utilizando una bobina con tomas, con la retroalimentación tomada de la toma, como se muestra aquí. El punto de toma óptimo (o relación de inductancias de bobina) depende del dispositivo amplificador utilizado, que puede ser un transistor de unión bipolar , un FET , un triodo o un amplificador de casi cualquier tipo (no inversor en este caso, aunque también son comunes las variaciones del circuito con un punto central conectado a tierra y retroalimentación de un amplificador inversor o el colector/drenaje de un transistor), pero a menudo se emplea un FET de unión (mostrado) o un triodo, ya que se puede lograr un buen grado de estabilidad de amplitud (y, por lo tanto, reducción de la distorsión ) con una simple combinación de resistencia de fuga de rejilla -condensador en serie con la compuerta o rejilla (ver el circuito Scott a continuación) gracias a la conducción del diodo en los picos de señal que acumula suficiente polarización negativa para limitar la amplificación.
La frecuencia de oscilación es aproximadamente la frecuencia de resonancia del circuito de tanque. Si la capacitancia del capacitor de tanque es C y la inductancia total de la bobina con toma es L , entonces
Si se utilizan dos bobinas de inductancia desacopladas L 1 y L 2 entonces
Sin embargo, si las dos bobinas están acopladas magnéticamente, la inductancia total será mayor debido a la inductancia mutua k [4].
La frecuencia de oscilación real será ligeramente inferior a la indicada anteriormente, debido a la capacitancia parásita en la bobina y la carga del transistor.
El oscilador Hartley tiene varias ventajas:
La salida es rica en armónicos si se toma del amplificador y no directamente del circuito LC (a menos que se empleen circuitos de estabilización de amplitud). Esto puede considerarse una ventaja o una desventaja.
El esquema muestra un ejemplo con los valores de los componentes. [5] En lugar de transistores de efecto de campo , se podrían utilizar otros componentes activos como transistores de unión bipolar o tubos de vacío , capaces de producir ganancia a la frecuencia deseada.
El amplificador de drenaje común tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. Por lo tanto, la entrada del amplificador está conectada a la parte superior de alta impedancia del circuito LC C1, L1, L2 y la salida del amplificador está conectada a la toma de baja impedancia del circuito LC. La fuga de red C2 y R1 establece el punto de operación automáticamente a través de la polarización de fuga de red . Un valor menor de C2 proporciona una menor distorsión armónica , pero requiere una resistencia de carga más grande. La resistencia de carga RL es parte de la simulación, no parte del circuito.
