Osilator Hartley: Solusi Tunable dan Terpercaya untuk Amplitudo Konsisten

Osilator elektronik adalah rangkaian elektronik yang mengubah daya DC menjadi sinyal AC. Bergantung pada tipe filter selektif frekuensi, Anda dapat mengelompokkannya menjadi osilator RC atau osilator LC. 

Salah satu osilator paling umum yang Anda temukan di penerima radio atau sebagai osilator RF adalah Osilator Hartley. Ia adalah perkembangan dari osilator Armstrong, dan mudah diatur. Hari ini, kita akan menyelami lebih dalam operasi, konfigurasi, dan sebagainya, seiring kita bergerak melalui artikel ini. 

Osilator elektronik

Apa Itu Osilator Hartley?

Osilator Hartley, penemuan Ralph Hartley pada 1915, adalah tipe osilator harmonik. Osilator LC (rangkaian dengan induktor dan kapasitor) menentukan frekuensi osilasi. Anda dapat menyesuaikannya untuk menghasilkan gelombang dalam band radiofrekuensi, oleh karena itu dikenal sebagai osilator RF. Range RF dari sinyal gelombang sinus dimulai dari 30kHz hingga 30MHz. 

Osilator Hartley sederhana

Fitur yang membedakan osilator ini adalah rangkaian teratur yang memiliki satu kapasitor dalam koneksi paralel dengan dua induktor tunggal yang di-tap. Lebih lagi, ia mengambil sinyal umpan balik yang diperlukan untuk osilasi dari koneksi tengah induktor. 

Prinsip Kerja dan Diagram Rangkaian Osilator Hartley

Osilator Hartley memiliki beberapa komponen rangkaian seperti dalam diagram dengan fungsi yang berbeda.

Diagram rangkaian Osilator Hartley

R1, R2, dan RE menyediakan biasing rangkaian yang diperlukan sementara C2 dan C1 berfungsi sebagai kapasitor coupling. 

Kemudian, coil choke radio frekuensi (RFC) secara terpisah mempertahankan kondisi DC dan AC dalam rangkaian. Itu karena ia menunjukkan reaktansi hampir nol dalam kondisi DC, sehingga tidak menyebabkan gangguan pada kapasitor DC. Lebih lanjut, reaktansi RFC dalam aplikasi frekuensi tinggi sangat besar, jadi Anda dapat mempertimbangkannya sebagai rangkaian terbuka. 

Rangkaian juga memiliki penguat transistor yang menyediakan perpindahan fase sebesar 180°. L1, L2, dan C, komponen rangkaian tank, menghasilkan frekuensi osilasi. 

Sekarang, dalam hal prinsip kerja;

• Jika Anda menerapkan tegangan pasokan DC (VCC) ke rangkaian, akan terjadi peningkatan arus kolektor transistor. Itu akan memulai pengisian kapasitor di rangkaian tank. 
• Setelah terisi penuh, kapasitor akan mulai mengosongkan melalui induktor L2 dan L1. 
• Saat kapasitor mengosongkan, induktor akan mulai diisi. 

(coil induktor)

Catatan; 

Kapasitor menyimpan muatan dalam medan listrik, sementara induktor menyimpan dalam bentuk medan magnet. Oleh karena itu, ketika kapasitor sepenuhnya mengosongkan, induktor akan secara otomatis mulai diisi dan sebaliknya. 

• Pengosongan dan pengisian yang berkelanjutan menghasilkan output dengan osilasi sinusoidal. Dan karena amplitudo kita juga secara bertahap menurun, kita sebagian besar akan memiliki osilasi damped pada sinyal output. Penurunan amplitudo disebabkan oleh resistensi internal induktor yang menghasilkan kehilangan panas dalam rangkaian (I²R). 
• Selain itu, rangkaian tank menyediakan perpindahan fase sebesar 180° antara titik B dan A. Titik C, justru, tetap di-ground. Dengan demikian, ketika b negatif, a akan positif. 
• Untuk mempertahankan osilasi kita untuk waktu yang lama, kita perlu menguatkan osilasi sinusoidal damped kita. Dan jadi, kita akan menyediakan output rangkaian tank sebagai input ke transistor dengan konfigurasi common emitter. Di sana, transistor akan menguatkan sinyal sinusoidal.  
• Selanjutnya, induktansi saling di antara induktor L1 dan L2 menerima sinyal/energi umpan balik. 
• Setelah itu, kapasitor di rangkaian tank lebih lanjut menghasilkan osilasi sinusoidal setelah menerima energi pengisian dari transistor dengan output yang diukirkan. 
• Dalam arti lain, output yang diukirkan mengkompensasi kehilangan panas yang dialami oleh rangkaian tank. Oleh karena itu, rangkaian tank memastikan amplitudo output yang konstan atas rentang frekuensi kerja alih-alih amplitudo yang menurun. 

Frekuensi Osilasi Osilator Hartley

Anda dapat menghitung frekuensi osilasi yang dihasilkan oleh rangkaian tank sama seperti rangkaian resonansi paralel apa pun. Untuk itu, kita akan menggunakan rumus;

C adalah kapasitansi C1 di rangkaian tank. 

Di osilator Hartley, kita menggunakan dua induktor di rangkaian tank. Jadi, induktansi ekivalen kita akan;

L_eq = L₁+ L₂

Kita juga harus mempertimbangkan induktansi saling di antara coil saat menemukan induktansi ekivalen. Itu akan;

L_eq = L₁+ L₂+ 2M

Akhirnya, kita akan mengumpulkan frekuensi osilasi sebagai;

Osilator Hartley dalam Berbagai Konfigurasi

Osilator Hartley Shunt-fed

Osilator Hartley shunt-fed menggunakan konfigurasi common-emitter. 

Osilator Hartley shunt-fed

Saat menggunakan satu tegangan pasokan, resistor pembagi tegangan R_B dan R1 menyediakan bias tetap.

C1 melewati R_E, resistor swamping emitter yang menstabilkan suhu. 

Kemudian, induktor L3 shunt-feeds kolektor sementara C3 berfungsi sebagai kapasitor coupling dan DC blocking. Pemblokiran dan coupling mencegah kolektor dari short-circuit. 

Demikian pula, C2 adalah kapasitor coupling pemblokir dasar yang memastikan dasar ke ground tidak ada short circuit.

Operasi Osilator Hartley Shunt-fed 

Setelah rangkaian shunt-fed menerima beberapa energi, R1 dan R_B menentukan bias awal. Pada saat yang sama, umpan balik yang diterima dari kolektor ke dasar melalui L2 dan L1 membangun osilasi. 

Catatan;

Terdapat jalur AC dari emitter melalui L2 dan C2 ke dasar. Jalur ini mirip dengan yang melalui L1 dan C3 ke kolektor.  

Bias degeneratif berkembang di seluruh RE selama osilasi (dan nilai C1 yang benar). 

Elemen nilai shunt-led menentukan hal-hal berikut:

1. Nilai R_B dan R1 menyediakan bias kelas C untuk startup yang mudah.
2. Nilai C1 dan RE adalah untuk penstabilan suhu.
3. Terakhir, nilai bias kelas C atau B menentukan efisiensi operasi yang diperlukan.

Output akhirnya dapat datang dari induktor ke tank atau kapasitor ke kolektor. 

Osilator Hartley Series-fed 

Dalam konfigurasi kedua kita, osilator Hartley series-fed, rangkaian dasar juga di-stabilkan emitter dan voltage-divider biased. Saat Anda menerapkan tegangan kolektor melalui tap induktor tank, C3 melewati sumber tegangan untuk sinyal. Lebih lanjut, operasinya mirip dengan rangkaian shunt-fed. 

Perbedaannya datang ketika DC mengalir melalui bagian dari rangkaian tank. Di sini, faktor Q dan stabilitas frekuensi osilator menjadi lebih rendah daripada rangkaian shunt-fed. 

Diagram rangkaian osilator Hartley series-fed

Osilator Hartley Menggunakan Op-amp (operational amplifier) 

Salah satu keuntungan utama op-amp adalah, Anda dapat menyesuaikan gain osilator secara individual menggunakan resistor input dan umpan balikresistoro-oscillator’s arrangement of the op-amp is in an inverting mode. Therefore, you can express the gain by using the equation;

A = -Rf/R1

Whereby;

-Rf = resistor umpan balik 

R1 = resistor input 

A = Gain

Osilator Hartley menggunakan op-amp

Dalam inversi dengan transistor, gain akan sedikit lebih besar dari atau sama dengan rasio L2 dan L1. Dalam versi rangkaian Op-amp, stabilitas frekuensi meningkat karena secara minimal tergantung pada elemen rangkaian tank. Namun, baik versi transistor maupun versi op-amp memiliki persamaan frekuensi dan prinsip kerja yang serupa.

Keuntungan dan Kerugian Osilator Hartley

Keuntungan osilator Hartley meliputi; 

• Pertama-tama, Anda dapat menggunakan satu coil sebagai auto-transformer alih-alih transformator besar.
• Kedua, Anda hanya membutuhkan beberapa komponen, seperti dua induktor tetap atau coil yang di-tap.
• Selanjutnya, jika Anda mengganti kapasitor dengan kristal kuartz, Anda dapat menghasilkan variasi osilator kristal frekuensi tetap. 

Kristal kuartz

• Kemudian, Anda akan dapat mempertahankan amplitudo output atas rentang frekuensi tetap yang diperlukan. 
• Terakhir, Anda dapat mengubah frekuensi menggunakan induktor variabel atau satu kapasitor variabel. 

Kerugian adalah;

• Sayangnya, Anda tidak dapat menggunakan osilator Hartley untuk osilasi frekuensi rendah.
• Selain itu, ia memiliki distorsi harmonik oleh karena itu tidak cocok untuk aplikasi yang membutuhkan gelombang sinus murni. Untungnya, Anda dapat menghilangkan distorsi dengan menambahkan rangkaian stabilisasi amplitudo. 

Kesimpulan

Secara singkat, osilator Hartley memiliki berbagai aplikasi, seperti menghasilkan gelombang sinus dengan frekuensi yang diinginkan. Tidak hanya itu, mereka juga memiliki banyak konfigurasi seperti penguat berbasis Field Effect Transistor (FET), series-or shunt-fed, dll. 

Anda dapat menghubungi kami untuk lebih banyak pengetahuan tentang osilator Hartley. Kami melayani Anda.