什么是哈特利振荡器？案例+公式

今天主要是关于哈特利振荡器原理。

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哈特利振荡器（哈特莱）是一种电感三点式振荡电路，哈特利振荡器的振荡频率由 LC 调谐电路（即由电容和电感组成的电路）确定（如下图所示）。哈特利振荡器通常被调谐以产生射频波段的波，也被称为RF振荡器。

哈特利振荡器振荡电路

调谐 LC 电路连接在晶体管放大器的集电极和基极之间。就振荡电压而言，发射器连接到调谐电路线圈上的分接点。

调谐LC谐振电路的反馈部分取自电感线圈的中心抽头，甚至是两个与可变电容器并联的独立线圈串联，如上所示图。

哈特利振荡器电路可以由使用单个抽头线圈（类似于自耦变压器）或一对串联线圈与单个电容并联的任何配置制成，如下图所示。

当电路发生振荡时，X点（集电极）处的电压相对于Y点（发射极）与Z点（基极）处的电压相对于Y点的异相180 °。

在振荡频率下，集电极负载的阻抗是电阻性的，基极电压的增加会导致集电极电压的降低。

因此，基极和集电极之间的电压存在 180° 的相位变化，这与反馈回路中的原始 180° 相移一起为要维持的振荡提供了正反馈的正确相位关系。

反馈量取决于电感器“分接点”的位置，如果将其移近收集器，则反馈量会增加，但收集器和大地之间的输出会减少，反之亦然。

电阻R1和R2以正常方式为晶体管提供通常的稳定直流偏置，而电容则充当隔直电容。

哈特利振荡器原理图

在这个哈特利振荡器电路中，DC 集电极电流流过线圈的一部分，因此该电路被称为“串联馈电”，哈特利振荡器的振荡频率为：

哈特利振荡器的振荡频率公式

L T是总的累积耦合电感，在一般的情况下，L T就是两个电感之和，但是当两个电感的互感很大时就需要修改了。

互感是由一个电感器（或抽头电感器的一部分）周围产生的磁场引起的额外有效量的电感，该磁场将电流引入另一个电感。具体的如下所示：

共芯中心抽头电感

当两个电感都绕在同一个磁芯上时，互感 (M) 的影响可能相当大，总电感的计算公式如下：

总电感的计算公式

M 的实际值取决于两个电感磁耦合的效率，其中包括电感之间的间距、每个电感上的匝数、每个线圈的尺寸和公共磁芯的材料。

振荡频率可以通过改变“调谐”电容C或通过改变线圈内铁粉芯的位置（感应调谐）来调整，从而在很宽的频率范围内提供输出，使其非常容易调谐。

哈特利振荡器电路具有两个各自为 0.5mH 的独立电感，与可在 100pF 和 500pF 之间调节的可变电容并联谐振，确定振荡的上下频率以及 哈特利振荡器带宽。

从上面我们可以计算出哈特利振荡器的振荡频率：

哈特利振荡器的振荡频率

该电路由两个串联的电感线圈组成，因此总电感为：

总电感

哈特利振荡器高频：

哈特利振荡器高频

哈特利振荡器低频：

哈特利振荡器低频

哈特利振荡器带宽：

哈特利振荡器带宽

除了上面的哈特利振荡器外，还可以将调谐谐振电路连接到放大器两端作为并联馈电振荡器，如下所示。

在并联的哈特利振荡器电路中，集电极电流的交流和直流分量在电路周围都有独立的路径。由于直流分量被电容器阻挡，C2 没有直流电流流过电感线圈，L 并且在调谐电路中浪费的功率更少。

并联哈特利振荡器电路

射频线圈 (RFC) L2 是一种射频扼流圈，在振荡频率下具有高电抗，因此当直流分量通过 L2 时，大部分射频电流通过电容 C2 施加到 LC 调谐槽电路电源。可以使用电阻器代替 RFC 线圈 L2 ，但效率会更低。

如下图所示，使用一个电压源，固定偏压由分压电阻 R 1 和 R B 提供。由 C 1 旁路的发射极缓冲电阻 R E 用于温度稳定。

集电极通过电感 L 3并联馈电， C 3 用作隔直和耦合电容，以防止槽路线圈使集电极短路。类似地，C 2 用作基极阻塞耦合电容，以防止基极通过槽路电感对地短路。

并联哈特利振荡器电路

当并联馈电电路通电时，初始偏置由 R 1和R B 确定，并且通过从集电极通过槽路电感的 L 1和L 2 部分提供给基极的反馈来建立振荡。

要注意，从发射极通过谐振回路的 L 1 部分和耦合电容 C 3到集电极存在一条 AC 路径，并且存在通过 L 2和 C 2 到基极的类似路径。

随着振荡的发生，在 R E（如果C1是正确的值）。通常，选择分压 R 1 和R B 的值以提供 A 类偏压以便于启动，选择 R E和C 1的值以提供热稳定性和 B 类或 C 类偏压实现所需要的工作效率。

输出可以取自连接到集电极的电容或耦合到槽路的电感。

除了使用双极结型晶体管 (BJT) 作为哈特利振荡器的放大器有源级外，我们还可以使用场效应晶体管 (FET) 或运算放大器 (op-amp)。

运算放大器 哈特利振荡器的操作与晶体管版本的操作完全相同，其操作频率以相同的方式计算，如下图所示：

运算放大器的哈特利振荡器

使用运算放大器作为其有源级构建哈特利振荡器的优势在于，可以使用反馈电阻 R1和 R2轻松调整运算放大器的增益。

与上面的晶体管振荡器一样，电路的增益必须等于或略大于L1/L2的比率。如果两个电感线圈绕在一个共同的磁芯上并且互感M存在，则比率变为(L1+M)/(L2+M)。

下图中的振荡器使用公共基极放大器。当振荡器第一次上电时，放大器工作在 A 类，正反馈。

LC 谐振电路接收集电极电流脉冲并开始以其设计频率谐振。储能电路提供的电流放大倍数很高，最初输出幅度非常大。

一旦第一个脉冲出现并通过 C2 反馈到发射极，DC 电压在很大程度上取决于 C2 和 R3 的时间常数，该时间常数远长于振荡波的周期时间，建立跨越R3。

共基极哈特利振荡器

随着发射极电压的增加，放大器的偏置点从其 A 类位置向 C 类条件“滑动”，如上图所示，从而减小由电位产生的相对稳定的基极电压之间的差异 (Vbe) 驱动器 R1/R2 和越来越正的发射极电压。

这减少了可以被 TR1 放大的波形部分，直到波形的尖端产生通过储能电路的集电极电流脉冲，并且闭环增益电路降低到 1。有效地来自储能电路的正反馈C2 和 R3 产生的负反馈和反馈处于平衡状态。

与这种平衡的任何偏差都会产生校正效果。如果输出波的幅度减小，则通过 C2 的反馈也会减小，从而导致发射极电压降低，从而使 V 的负值更小，从而产生集电极电流的校正增加，并在谐振电路上产生更大的输出波。

随着集电极电流增加，TR1 发射极电压也会增加。这将导致 R3 两端的电压更大，使发射极更正，从而有效地增加 Tr1 的负基极/发射极电压量。这会再次降低集电极电流，从而导致储能电路产生更小的输出波形，并将电路的闭环增益平衡为 1。

下图所示的电路使用一个共发射极放大器和来自调谐电路顶部的正反馈，通过 C2（隔直和交流耦合电容）到基极。

抽头电感 L1/L2 的顶端和底端在本设计中是反相的，谐振电路的抽头点连接到电源线，在共射极放大器中，它与电源线完全相同。

共发射极哈特利振荡器

晶体管发射极由于电源两端的去耦电容（未显示，因为它们将在电源中），以及发射极电阻两端的 C3。

共射极放大器中的基极也与集电极波形反相，从而通过 C2 产生正反馈。再次使用自动 C 类偏置，但在该电路中，发射极去耦电容 C3 的值将很关键，并且比普通 A 类放大器中的要小。它只会部分解耦 R3，R3/C3 的时间常数控制施加的 C 类偏置量。

下图中，电感的抽头接地而不是 +Vcc，两个隔直电容用于消除调谐电路中的任何直流电。集电极负载现在由射频扼流圈提供，该扼流圈仅在振荡器频率下提供高阻抗。

带调谐反馈的哈特利振荡器

与共发射极哈特利振荡器相似的方式为带调谐反馈的哈特利振荡器提供自动 C 类偏置。然而，在此变体中，不是使用仅在所需频率下放大的调谐放大器，而是此处的放大器将在很宽的频率范围内工作。

然而，将调谐谐振电路放置在反馈路径中可确保正反馈仅在调谐电路的谐振频率处发生。

谐振频率公式

• 即使在包括抽头线圈或固定电感之后，对组件的需求也非常少。

• 可以将单个线圈用作自耦变压器，而不是使用大型变压器。

• 振荡频率可以通过使用可变电感或使用可变电容来改变

• 可以使用单个裸线线圈来代替使用两个单独的感应线圈 L1 和 L2。

• 电路非常简单，并不复杂。

• 可以产生具有恒定幅度的正弦振荡。

• 有时由于谐波的存在会产生失真的正弦信号，这是哈特利振荡器的主要缺点之一。

• 不能用作低频振荡器，因为电感的尺寸和电感的值很大。

• 哈特利振荡器用作无线电接收器中的本地振荡器，由于频率范围广的原因，它是一种流行的振荡器。

• 适用于高达 30MHz 的射频 (RF) 范围内的振荡。

• 用于产生具有所需频率的正弦波。