Zobrazení zdroje stránky Hartleyův oscilátor

'''Hartleyův oscilátor''' je [[elektronický oscilátor|elektronický oscilační]] [[elektronický obvod|obvod]], jehož frekvence oscilací je určena [[Laděný obvod|laděným obvodem]] sestávajícím z [[kondenzátor]]ů a [[Cívka|cívek]], tj. LC oscilátor. Obvod vynalezl v roce 1915 americký inženýr [[Ralph Hartley]]. Význačnou vlastností Hartleyova oscilátoru je, že laděný obvod sestává z jednoho kondenzátoru zapojeného paralelně s dvojicí sériově spojených cívek (nebo jedné cívky s odbočkou), přičemž [[zpětná vazba|zpětnovazební]] signál potřebný pro oscilace je odebírán z místa spojení obou cívek.

== Historie ==
[[Soubor:Hartley-US-Pat 1,356,763.png|náhled|235px|Původní schéma uvedené v [[patent]]u]]

Hartleyův oscilátor vynalezl [[Ralph Hartley]] při práci pro Research Laboratory firmy Western Electric Company. Hartley vynalezl a patentoval návrh v roce 1915, když kontroloval transatlantické radiotelefonní testy prováděné firmou Bell System; patent číslo 1,356,763 mu byl udělen 26. října 1920.<ref>{{Citace elektronické monografie
 | titul = Patent US1356763: Oscillation-generator
 | url = https://docs.google.com/viewer?url=patentimages.storage.googleapis.com/pdfs/US1356763.pdf
 | vydavatel = Patentový úřad Spojených států
 | datum přístupu = 2016-03-22}}</ref> Níže uvedené principiální schéma s popiskou „Hartleyův oscilátor se společnou elektrodou drain“ je v zásadě stejné jako v nákresu uvedeném v patentu, s tím rozdílem, že elektronka je nahrazena JFET a baterie pro záporné předpětí mřížky není potřeba. 
 
V roce 1946 Hartley byl vyznamenán medailí IRE „Za své rané dílo o používání vakuových triod v oscilačních obvodech a podobně pro jeho rané rozpoznání a jasné vysvětlení základních vztahů mezi celkovým množstvím informace, která může být přenášena přenosovým systémem s omezenou šířkou pásma a požadovaného času.“<ref>
Ralph V. L. Hartley, Legacies, IEEE Historie Center, aktualizovaný lednu 23, 2003, http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Ralph_Hartley</ref> (Druhá polovina citace se vztahuje na Hartleyovo dílo z teorie informace, které je z větší části obdobou práce [[Harry Nyquist|Harryho Nyquista]].)

== Fungování ==
[[Soubor:Hartley osc.svg|rám|Hartleyův oscilátor s unipolárním tranzistorem se společnou elektrodou drain]]

Hartleyův oscilátor obsahuje [[rezonanční obvod]] složený ze dvou sériově zapojených [[cívka|cívek]] (nebo z [[cívka s odbočkou|cívky s odbočkou]]) paralelně s kondenzátorem, se zesilovačem mezi relativně [[vysoká impedance|vysokou impedancí]] celého LC rezonančního obvodu a relativně nízkým napětím vysokým proudem bod mezi cívkami. Původní oscilátor z roku 1915 používal jako zesilovací prvek vakuovou [[trioda|triodu]] v zapojení [[Společná anoda|se společnou anodou]] (katodový sledovač) se třemi bateriemi a zvláštní nastavitelnou cívkou. Zjednodušený obvod zobrazený vpravo používá [[JFET]] (v zapojení se [[společnou elektrodou D]]), rezonanční obvod LC (v tomto případě je použita jedna cívka s odbočkou) a jedno napájení. Obvod znázorňuje činnost Hartleyova oscilátoru:

* výstup z elektrody source polem řízeného tranzistoru (nebo ''emitoru'' [[bipolární tranzistor|bipolárního tranzistoru]]; příp. ''katody'' u triody) má stejnou [[Fáze (vlna)|fázi]] jako signál na jeho hradle (nebo bázi) a zhruba stejné napětí jako jeho vstup (což je napětí na celém rezonančním obvodu), ale ''proud je zesílený'', tj. působí jako [[Buffer zesilovač#Proudový buffer|proudový buffer]] nebo [[napětím řízený zdroj napětí]] (VCVS).
* tento výstup s nízkou impedancí je pak přiveden na odbočku cívky, která funguje jako [[autotransformátor]] zvyšující napětí, které vyžadují relativně velký proud (v porovnání s proudem tekoucím horní částí cívky).
* při [[rezonance|rezonanci]] spojení kondenzátoru s cívkou budou všechny frekvence odlišné od rezonanční frekvence absorbovány (rezonanční obvod má odpor blízký 0&nbsp;Ω pro nízké frekvence kvůli nízké [[Reaktance|reaktanci]] cívky při nízkých frekvencích i nízký odpor při velmi vysokých frekvencích kvůli kondenzátoru); bude také potřebný posun fáze zpětné vazby z 0° pro oscilace na libovolné frekvenci kromě rezonanční.

Varianty základního zapojení obvykle zahrnují [[Automatické řízení zisku|automatické omezení zisku]] zesilovače pro udržení konstantního výstupního napětí na úrovni, kdy nedochází k přetížení; výše uvedený jednoduchý obvod bude omezovat výstupní napětí kvůli tomu, že hradlo je pro kladné špičky vodivé, čímž efektivně tlumí oscilace; k tlumení nedochází dříve než  se může objevit významné zkreslení ([[Nepravá harmonická|nepravé]] [[harmonické]]). Nahrazením cívky s odbočkou dvěma samostatnými cívkami, která je popsána v původním patentovém schématu, se činnost oscilátoru nenaruší, ale protože dvě samostatné cívky nejsou [[Vzájemná indukčnost|indukčně spojeny]], změní se indukčnost a tedy i frekvence oscilátoru, takže výpočet indukčnosti je třeba upravit (viz níže). Vysvětlení mechanismu, kterým se zvyšuje napětí, je v tomto případě složitější než při použití autotransformátoru.

Odlišné zapojení s cívkou s odbočkou v rezonančním obvodu LC zpětná vazba rozložení využívá zapojení se společnou mřížkou (společným hradlem nebo společnou bází) zesilovacího prvku,<ref>{{Citace elektronické monografie
 | příjmení = Coates
 | jméno = Eric
 | titul = he Hartley Oscillator
 | url = http://www.learnabout-electronics.org/Oscillators/osc21.php
 | web = Learnabout electronics
 | datum přístupu = 2016-03-22}}</ref> který je stále [[neinvertující]] ale poskytuje ''napěťový zisk'' místo ''proudového zisku''; odbočka cívky je stále připojena ke katodě (nebo source nebo emitor), ale toto je nyní vstup zesilovače (s nízkou impedancí); rozdělený rezonanční obvod nyní snižuje impedanci z relativně vysoké výstupní impedance anody (nebo drainu nebo kolektoru).

[[Soubor:Oscillator comparison.svg|náhled|Porovnání Hartleyova a Colpittsova oscilátoru]]
Hartleyův oscilátor je duální k [[Colpittsův oscilátor|Colpittsově oscilátoru]], ve kterém je dělič napětí tvořen dvěma kondenzátory místo dvou cívek. U Hartleyova oscilátoru není vzájemná vazba mezi oběma částmi cívky podmínkou, obvod však obvykle používá cívku s odbočkou, se zpětnou vazbou vedenou z odbočky, jak je uvedené zde. Optimální místo odbočky (nebo poměr indukčností cívek) závisí na použitém zesilovacím prvku, kterým může být [[bipolární tranzistor]], [[FET]], vakuová [[trioda]] nebo zesilovač téměř jakéhokoli typu (v tomto případě neinvertující, i když existují i varianty obvodu s uzemněným středem a zpětnou vazbou z [[invertující zesilovač|invertujícího zesilovače]] nebo z kolektoru resp. drainu tranzistoru), ale často se používá [[přechodový FET]] (viz obrázek) nebo trioda, protože díky [[Dioda|diodě]], která vede špičky signálu a tím vytváří dostatečné [[záporné přepětí]], lze dosáhnout dobré míry amplitudové stability (a tím i omezení [[zkreslení]]) pomocí jednoduché kombinace [[Mřížkový svodový odpor|mřížkového svodového odporu]] a kondenzátoru v sérii s hradlem nebo mřížkou (viz Scottův obvod níže).

[[Soubor:Oscillator hartley opamp.svg|náhled|235px|Ideové schéma Hartleyova oscilátoru s operačním zesilovačem]]

Frekvence oscilací je přibližně rovna [[Rezonanční frekvence|rezonanční frekvenci]] rezonančního obvodu. Pokud kapacita kondenzátoru v rezonančním obvodu je ''C'' a celková [[indukčnost]] cívky s odbočkou je ''L'', pak
:<math>f =  {1 \over 2 \pi \sqrt {LC}} \,</math>
Pokud se používají dvě ''nespojené'' cívky s indukčnostmi ''L''<sub>1</sub> a ''L''<sub>2</sub>, pak
:<math>L = L_1 + L_2 \,</math>
Pokud však dvě cívky jsou magneticky spojeny, celková indukčnost bude větší kvůli [[Vzájemná indukčnost|vzájemné indukčnosti]] ''k''<ref>Jim McLucas, Hartleyův oscilátor nevyžaduje spojené cívky, EDN 26. říjen 2006 {{Citace elektronické monografie
 | url = http://www.edn.com/article/CA6343253.html
 | titul = Archived copy
 | datum přístupu = 2008-12-10
 | url-status=mrvý
 | url archivu = https://web.archive.org/web/20080704153045/http://www.edn.com/article/CA6343253.html
 | datum archivu = 2008-07-04 }}</ref>
:<math>L = L_1 + L_2 + k \sqrt{L_1 L_2} \,</math>
Skutečná frekvence oscilací bude nepatrně menší, než je uvedeno výše, kvůli [[Parazitní kapacita|parazitní kapacitě]] cívky a zatížení tranzistorem.

Výhody Hartleyova oscilátoru:

* Frekvenci lze měnit jedním proměnným kondenzátorem, jehož jedna elektroda může být uzemněna
* Výstupní amplituda zůstává konstantní v celém rozsahu přeladění
* Lze použít jak cívku s odbočkou tak dvě samostatné cívky a velmi málo dalších součástek
* Nahrazením kondenzátoru s (paralelní rezonancí) nebo celé horní poloviny [[Rezonanční obvod|rezonančního obvodu]] krystalem a mřížkovým rezistorem (jako v [[Tri-tet oscilátor]]u) lze obvod použít jako snadno reprodukovatelný přesný [[krystalový oscilátor]] s pevnou frekvencí

Nevýhody:

* Výstup bohatý na vyšší harmonické, pokud se signál odebírá ze zesilovače a ne přímo z LC obvodu (pokud není použito žádné obvodové řešení pro stabilizaci amplitudy).

=== Praktický příklad ===
[[Soubor:Hartley Osz JFET Drain.gif|framed|Praktické zapojení Hartleyova oscilátoru s frekvencí asi 10&nbsp;MHz s unipolárním tranzistorem se společnou elektrodou drain.]]

Na schématu je praktické zapojení Hartleyova oscilátoru s frekvencí asi 10&nbsp;MHz s hodnotami součástek.<ref>{{Citace monografie
 | příjmení = Hayward
 | jméno = Wes
 | titul = Introduction to Radio Frequency Design
 | kapitola = Figure 7.16 A practical JFET Hartley oscillator
 | vydavatel = ARRL
 | rok = 1994
 | místo = US
 | strany = 285
 | url = https://archive.org/details/isbn_9780872594920
 | doi = 
 | id = 
 | isbn = 0-87259-492-0
 | ref = harv
}}</ref> Místo [[Unipolární tranzistor|polem řízeného tranzistoru]] lze použít jiný aktivní prvek schopný dosáhnout zisku při požadované frekvenci, např. [[bipolární tranzistor]] nebo [[Elektronka|vakuovou elektronku]].

[[Zesilovač se společným drain]] má vysokou vstupní a nízký výstupní impedanci. Proto je vstup zesilovače zapojen k hornímu konci LC obvodu C1, L1, L2 s vysokou impedancí a výstup zesilovače je zapojen k odbočce LC obvodu s nízkou impedancí. [[Pracovní bod]] je nastaven automaticky předpětím [[Mřížkový svod|mřížkového svodu]] C2 a R1. Menší hodnota C2 dává menší [[Zkreslení|harmonické zkreslení]], ale vyžaduje větší zatěžovací odpor. Zatěžovací rezistor RL není součástí oscilátoru a je zakreslen pouze pro účely simulace.

== Odkazy ==

=== Reference ===
{{Překlad|en|Hartley oscillator|1210850198}}
<references />
* {{Citace monografie
 | jméno = F.
 | příjmení = Langford-Smith
 | titul = Radiotron Designer's Handbook
 | vydání = 4
 | rok = 1952
 | vydavatel = Amalgamated Wireless Valve Company Pty., Ltd.
 | místo = Sydney, Austrálie
 | isbn =
 | doi =}}
* {{Citace monografie
 |jméno = F. A.
 |příjmení = Record
 |jméno2 = J. L.
 |příjmení2 = Stiles
 |titul = An Analytical Demonstration of Hartley Oscillator Action
 |periodikum = Proceedings of the IRE
 |ročník = 31
 |číslo = 6
 |datum = červen 1943
 |issn = 0096-8390
 |doi = 10.1109/jrproc.1943.230656 }}
* {{Citace monografie
 |jméno = Ulrich L.
 |příjmení = Rohde
 |jméno2 = Ajay K.
 |příjmení2 = Poddar
 |jméno3 = Georg
 |příjmení3 = Böck
 |titul = The Design of Modern Microwave Oscillators for Wireless Applications: Theory and Optimization
 |vydavatel = John Wiley & Sons
 |místo = New York, NY
 |datum = květen 2005
 |isbn = 0-471-72342-8
 |doi = }}
* {{Citace monografie
 |jméno = George
 |příjmení = Vendelin
 |jméno2 = Anthony M.
 |příjmení2 = Pavio
 |jméno3 = Ulrich L.
 |příjmení3 = Rohde
 |titul = Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques
 |url = https://archive.org/details/microwavecircuit00vend_0
 |vydavatel = John Wiley & Sons
 |místo = New York, NY
 |datum = květen 2005
 |isbn = 0-471-41479-4
 |doi = }}

=== Externí odkazy ===
* {{Commonscat}}
* [http://www.tpub.com/content/neets/14181/css/14181_81.htm Hartleyův oscilátor] {{Wayback|url=http://www.tpub.com/content/neets/14181/css/14181_81.htm |date=20031102071209 }}, Integrated Publishing
{{Autoritní data}}

[[Kategorie:Elektronické oscilátory]]