مذبذب هارتلي

مذبذب هارتلي هو دائرة مذبذب إلكترونية يتم تحديد تردد التذبذب فيها بواسطة دائرة مضبوطة تتكون من مكثفات ومحثات ، أي مذبذب LC . تم اختراع الدائرة في عام 1915 من قبل المهندس الأمريكي رالف هارتلي . الميزة المميزة لمذبذب هارتلي هي أن الدائرة المضبوطة تتكون من مكثف واحد على التوازي مع محاثين على التوالي (أو محث واحد)، ويتم أخذ إشارة التغذية الراجعة اللازمة للتذبذب من الاتصال المركزي للمحثين.

اخترع هارتلي مذبذب هارتلي أثناء عمله في مختبر الأبحاث التابع لشركة ويسترن إلكتريك . اخترع هارتلي التصميم وحصل على براءة اختراعه في عام 1915 أثناء إشرافه على اختبارات الهاتف اللاسلكي عبر الأطلسي لشركة بيل سيستمز؛ وقد حصل على براءة الاختراع رقم 1,356,763 في 26 أكتوبر 1920. ^[1]

في عام 1946، حصل هارتلي على ميدالية الشرف من معهد مهندسي الراديو "لعمله المبكر على الدوائر المتذبذبة التي تستخدم أنابيب ثلاثية الأقطاب " ولعمله في نظرية المعلومات (التي كانت موازية إلى حد كبير لهاري نيكويست ) حول "العلاقة الأساسية بين الكمية الإجمالية من المعلومات التي يمكن نقلها عبر نظام نقل ذي نطاق ترددي محدود والوقت المطلوب". ^[2]

يتميز مذبذب هارتلي بدائرة خزان تتكون من ملفين متصلين على التوالي (أو غالبًا ملفًا موصولًا ) بالتوازي مع مكثف، مع مكبر بين المقاومة العالية نسبيًا عبر خزان LC بالكامل ونقطة الجهد/التيار المنخفض نسبيًا بين الملفات. استخدمت النسخة الأصلية لعام 1915 ثلاثي الأقطاب كجهاز تضخيم في تكوين الكاثود المشترك ، مع ثلاث بطاريات وملفات منفصلة قابلة للتعديل. يستخدم مخطط دائرة JFET المبسطة ذات التصريف المشترك خزان LC (هنا يتم توصيل الملف الفردي) وبطارية واحدة، ولكنه بخلاف ذلك هو نفس الرسم الموجود على براءة الاختراع. توضح الدائرة تشغيل مذبذب هارتلي: ^{[ مشكوك فيه - ناقش ]}

• إن خرج مصدر JFET ( الباعث ، إذا تم استخدام BJT ؛ الكاثود للثلاثي) له نفس طور الإشارة عند بوابته (أو قاعدته) ونفس الجهد تقريبًا مثل مدخله (وهو الجهد عبر دائرة الخزان بأكملها)، ولكن يتم تضخيم التيار ، أي أنه يعمل كمخزن مؤقت للتيار أو مصدر جهد يتم التحكم فيه بالجهد .
• يتم بعد ذلك تغذية هذا الناتج ذو المقاومة المنخفضة إلى وصلة الملف، بشكل فعال إلى محول ذاتي سيعمل على زيادة الجهد، مما يتطلب تيارًا مرتفعًا نسبيًا (مقارنة بالتيار المتوفر في الجزء العلوي من الملف).
• مع رنين المكثف والملف ، فإن جميع الترددات بخلاف التردد المضبوط سوف تميل إلى الامتصاص (سيظهر الخزان على أنه 0Ω تقريبًا بالقرب من التيار المستمر بسبب المفاعلة المنخفضة للمحث عند الترددات المنخفضة، ومنخفض مرة أخرى عند الترددات العالية جدًا بسبب المكثف)؛ كما أنها سوف تحول طور التغذية الراجعة من 0 درجة المطلوبة للتذبذب عند كل شيء باستثناء التردد المضبوط.

غالبًا ما تتضمن الاختلافات في الدائرة البسيطة طرقًا لتقليل مكسب مكبر الصوت تلقائيًا للحفاظ على جهد خرج ثابت عند مستوى أقل من الحمل الزائد ؛ ستحد الدائرة البسيطة أعلاه من جهد الخرج بسبب توصيل البوابة على القمم الإيجابية ، مما يؤدي إلى تخميد التذبذبات بشكل فعال ولكن ليس قبل حدوث تشوه كبير ( التوافقيات الزائفة ) قد ينتج عن ذلك. لا يزال تغيير الملف الملولب إلى ملفين منفصلين ، كما هو الحال في الرسم التخطيطي الأصلي لبراءة الاختراع ، ينتج عنه مذبذب يعمل ولكن الآن بعد أن لم يتم ربط الملفين مغناطيسيًا ، يجب تعديل الحساب (انظر أدناه) ، وشرح آلية زيادة الجهد أكثر تعقيدًا من سيناريو المحول التلقائي.

تنفيذ مختلف تمامًا باستخدام ملف مسنن في ترتيب ردود الفعل لخزان LC هو استخدام مرحلة مكبر شبكة مشتركة (أو بوابة مشتركة أو قاعدة مشتركة)، ^[3] والتي لا تزال غير عاكسة ولكنها توفر مكسب الجهد بدلاً من مكسب التيار ؛ لا يزال ملف التنصت متصلاً بالكاثود (أو المصدر أو الباعث)، ولكن هذا هو الآن المدخل (منخفض المقاومة) للمكبر ؛ دائرة الخزان المنقسمة تسقط الآن المقاومة من مقاومة الإخراج العالية نسبيًا للوحة (أو الصرف أو المجمع).

مذبذب هارتلي هو ثنائي مذبذب كولبيتس ، والذي يستخدم مكثفين بدلاً من محاثين لمقسم الجهد الخاص به . وعلى الرغم من عدم وجود متطلب للاقتران المتبادل بين قطعتي الملف، فإن الدائرة تُنفذ عادةً باستخدام ملف مُصنّع، مع أخذ التغذية الراجعة من الصنبور، كما هو موضح هنا. تعتمد نقطة النقر المثلى (أو نسبة محاثات الملف) على جهاز التضخيم المستخدم، والذي قد يكون ترانزستور تقاطع ثنائي القطب ، أو FET ، أو ثلاثي القطب، أو مكبر من أي نوع تقريبًا (غير عاكس في هذه الحالة، على الرغم من أن الاختلافات في الدائرة بنقطة مركزية مؤرضة وتغذية راجعة من مكبر عاكس أو جامع/مصرف ترانزستور شائعة أيضًا)، ولكن غالبًا ما يتم استخدام FET التقاطع (كما هو موضح) أو ثلاثي القطب كدرجة جيدة من استقرار السعة (وبالتالي تقليل التشوه ) يمكن تحقيقها باستخدام تركيبة مقاومة-مكثف تسرب الشبكة البسيطة في سلسلة مع البوابة أو الشبكة (انظر دائرة سكوت أدناه) بفضل توصيل الصمام الثنائي على ذروات الإشارة التي تبني تحيزًا سلبيًا كافيًا للحد من التضخيم.

تردد التذبذب يساوي تقريبًا التردد الرنيني لدائرة الخزان. إذا كانت سعة مكثف الخزان C والمحاثة الكلية للملف الملولب L ، فإن

${\displaystyle f={1 \over 2\pi {\sqrt {LC}}}\,}$

إذا تم استخدام ملفين غير مقترنين بمحاثة L ₁ و L _{2 ،}

${\displaystyle L=L_{1}+L_{2}\,}$

ومع ذلك، إذا تم ربط الملفين مغناطيسيًا، فإن المحاثة الكلية ستكون أكبر بسبب المحاثة المتبادلة k ^[4]

${\displaystyle L=L_{1}+L_{2}+k{\sqrt {L_{1}L_{2}}}\,}$

سيكون تردد التذبذب الفعلي أقل قليلاً من المذكور أعلاه، بسبب السعة الطفيلية في الملف والتحميل بواسطة الترانزستور.

يتمتع مذبذب هارتلي بالعديد من المزايا:

• يمكن تعديل التردد باستخدام مكثف متغير واحد ، يمكن توصيل أحد جانبيه بالأرض
• تظل سعة الخرج ثابتة على مدى نطاق التردد
• هناك حاجة إلى ملف ملولب أو اثنين من المحاثات الثابتة، وقليل جدًا من المكونات الأخرى
• من السهل إنشاء اختلاف دقيق لمذبذب بلوري ذو تردد ثابت عن طريق استبدال المكثف ببلورة كوارتز (رنينية متوازية) أو استبدال النصف العلوي من دائرة الخزان ببلورة ومقاومة تسرب الشبكة (كما هو الحال في مذبذب Tri-tet ).

يكون الخرج غنيًا بالتوافقيات إذا تم أخذه من مكبر الصوت وليس مباشرة من دائرة LC (ما لم يتم استخدام دائرة تثبيت السعة). يمكن اعتبار هذا ميزة أو عيبًا.

يوضح الرسم التخطيطي مثالاً بقيم المكونات. ^[5] بدلاً من ترانزستورات التأثير الميداني ، يمكن استخدام مكونات نشطة أخرى مثل ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب أو الأنابيب المفرغة ، القادرة على إنتاج مكسب عند التردد المطلوب.

يتمتع مكبر التصريف المشترك بمقاومة إدخال عالية ومقاومة إخراج منخفضة. لذلك يتم توصيل مدخل مكبر الصوت بالجزء العلوي عالي المقاومة لدائرة LC C1 وL1 وL2 ويتم توصيل مخرج مكبر الصوت بصنبور المقاومة المنخفضة لدائرة LC. يحدد تسرب الشبكة C2 وR1 نقطة التشغيل تلقائيًا من خلال تحيز تسرب الشبكة . تعطي القيمة الأصغر لـ C2 تشويهًا توافقيًا أقل ، ولكنها تتطلب مقاومة حمل أكبر. مقاومة الحمل RL هي جزء من المحاكاة، وليست جزءًا من الدائرة.

• المذبذب البصري الإلكتروني

• لانغفورد سميث، ف. (1952)، دليل مصمم الراديوترون (الطبعة الرابعة)، سيدني، أستراليا: شركة الصمامات اللاسلكية المدمجة المحدودة.
• سجل، FA؛ ستايلز، JL (يونيو 1943)، "عرض تحليلي لفعل مذبذب هارتلي"، وقائع IRE ، 31 (6): 281-287، doi :10.1109/jrproc.1943.230656، ISSN  0096-8390، S2CID  51643731
• رود، أولريش إل.؛ بودار، أجاي كيه.؛ بوك، جورج (مايو 2005)، تصميم المذبذبات الميكروية الحديثة للتطبيقات اللاسلكية: النظرية والتحسين ، نيويورك، نيويورك: جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 0-471-72342-8
• فينديلين، جورج؛ بافيو، أنتوني م؛ رود، أولريش ل. (مايو 2005)، تصميم دائرة الموجات الدقيقة باستخدام تقنيات خطية وغير خطية ، نيويورك، نيويورك: جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 0-471-41479-4

• مذبذب هارتلي، النشر المتكامل