مذبذب هارتلي Hartley Oscillator

اخترع رالف هارتلي مذبذب “Hartley Oscillator” عام 1915م، ومن ثم أطلق عليه اسم “Hartley Oscillator”، حيث في مذبذب “LC” العادي لا يمكن التحكم في سعة التذبذبات الناتجة عن الدائرة، وإلى جانب هذا يُعد الضبط على تردد معين أمر صعب للغاية، لذلك على عكس مذبذب “LC” العادي، يستخدم مذبذب “Hartley” تكوين التغذية المرتدة المتوازية “LC” التي تحتوي على دارة مذبذب القاعدة ذاتية الضبط.

ما هو مذبذب هارتلي Hartley Oscillator؟

مذبذب هارتلي “Hartley Oscillator”: هو نوع من مذبذب “LC” الذي يولد تذبذبات جيبية غير مخمدة تتكون دائرة الخزان من محاثين ومكثف، حيث في دائرة الخزان يتم توصيل الملفين الاستقرائيين بشكل تسلسلي معاً لتشكيل تركيبة متوازية مع المكثف.

• “LC” هي اختصار لـ “inductor capacitor”.

مبدأ العمل ومخطط الدائرة لمذبذب هارتلي:

يمثل الشكل أدناه مخطط الدائرة لمذبذب هارتلي:

في الشكل أعلاه، يمكن أن يكون وجود عناصر مختلفة للدائرة، كما تتكون الدائرة التي يتم توفيرها من قبل المقاومات “R 1″ و”R 2” و”R E”، بينما “C C1″ و”C C2” هما مكثفات اقتران، حيث يوجد “RFC” في الدائرة، والذي يستخدم لاختصار ملف خنق التردد اللاسلكي، وفي التطبيقات عالية التردد تصبح مفاعلة “RFC” كبيرة جداً، وبالتالي يمكن اعتباره دائرة مفتوحة.

بينما يُظهر “RFC” مفاعلة صفر تقريباً في حالة التيار المستمر، وبالتالي لا تسبب أي مشكلة لمكثفات التيار المستمر، لذلك يحافظ بشكل منفصل على ظروف التيار المتردد والتيار المستمر في الدائرة، وأيضاً يتم توفير تحول طور بمقدار “180 درجة” بواسطة مضخم الترانزستور الموجود في الدائرة، كما يعتمد التردد المتذبذب على مكونات دائرة الخزان “L 1″ و”L 2″ و”C”.

لذلك عندما يتم توفير جهد إمداد التيار المستمر “V cc” للدائرة، ثم مع زيادة تيار المجمع للترانزستور يبدأ المكثف في دائرة الخزان في الشحن، كما أنّ المكثف يخزن الشحنة على شكل مجال كهربائي، لذلك يستمر المكثف في الشحن حتى يتم شحنه بالكامل، ولكن بمجرد أن يتم شحنها بالكامل يبدأ المكثف في التفريغ من خلال المحرِّض “L 1″ و”L 2”.

ينتج عن تفريغ المكثف شحن المحرِّض، كما أنّ المحرِّض يخزن الشحنة على شكل مجال مغناطيسي لذلك، فإنّ التفريغ الكامل للمكثف سيؤدي تلقائياً إلى شحن المحرِّض والعكس صحيح، وهذا مستمر الشحن، كما أنّ التفريغ سيوفر التذبذبات الجيبية في الإنتاج، ومع ذلك من الجدير بالذكر أنّ هذه التذبذبات هي تذبذبات مخمدة، حيث أنّ السعة تتناقص باستمرار.

وهذا الانخفاض في السعة هو نتيجة المقاومة الداخلية للمغو التي تسبب فقدان الحرارة في الدائرة وراشي “I ² R”، كما أنّه بين النقطتين “a” و”b” في الدائرة، يتم توفير تحول طور بمقدار “180 درجة” بواسطة دارة الخزان، حيث تم تأريض النقطة “c” هنا، وبالتالي لفترة زمنية معينة عندما تكون “a” موجبة فإنّ “b” ستكون سالبة “wrt c” والعكس صحيح، لذلك توفر دائرة الخزان تحولاً في الطور بمقدار “180 درجة”.

كما أنّ دائرة الخزان تولد تذبذبات جيبية خامدة، وبالتالي يلزم تضخيمه، وإلّا ستختفي التذبذبات بعد فترة زمنية معينة، لذلك للتغلب على هذه المشكلة يتم توفير ناتج دائرة الخزان كمدخل إلى ترانزستور تكوين الباعث المشترك، كما يتم تضخيم الإشارة الجيبية عند تقديمها إلى الترانزستور، حيث يتم أخذ طاقة التغذية الراجعة عن طريق الحث المتبادل بين الملفات الحثية “L 1″ و”L 2”.

بعد ذلك يزود الناتج المضخم من الترانزستورات طاقة الشحن للمكثف في دائرة الخزان لإنتاج مزيد من التذبذبات الجيبية، كما يعوض هذا الإنتاج المتضخم الخسائر الناتجة عن دائرة الخزان، وبالتالي توفر دائرة الخزان تذبذبات جيبية مستمرة ذات سعة ثابتة عند النواتج، وبهذه الطريقة تعمل دائرة الخزان.

• “RFC” هي اختصار لـ “Radio-Frequency Choke”.

تردد التذبذبات في Hartley Oscillator:

يتم إعطاء تردد تذبذبات الإشارة الجيبية الناتجة عن دارة الخزان على النحو التالي:

F = 1 / (2 π √ L C)

ولكن في مذبذب هارتلي، تُعتبر محاثين في دائرة الخزان، وبالتالي سيتم إعطاء الحث المكافئ:

L eq = L 1 + L 2

كما يجب أيضاً مراعاة الحث المتبادل بين الملفات أثناء حساب المحاثة المكافئة، لذلك فإنّ:

L eq = L 1 + L 2 + 2M

وبالتالي يتم إعطاء التردد المتذبذب كـ:

F = 1 / (2 π√ L eq C)

كيفية بناء مذبذب هارتلي:

في الرسم البياني لدائرة مذبذب هارتلي الموضح أدناه، توفر المقاومات “R 1″ و”R 2″ و”R e” حالة التحيز اللازمة للدائرة، كما يوفر المكثف “C e” تأريض تيار متردد ممّا يوفر أي انحطاط للإشارة، كما يوفر هذا أيضاً تثبيتاً لدرجة الحرارة، كما يتم استخدام المكثفات “C c” و”C b” لحجب التيار المستمر ولتوفير مسار تيار متردد.

يوفر خانق التردد اللاسلكي “RFC” مقاومة عالية جداً للتيارات عالية التردد ممّا يعني أنّه قصير للتيار المستمر ويفتح للتيار المتردد، ومن ثم فهو يوفر حمل التيار المستمر للمجمع ويبقي تيارات التيار المتردد خارج مصدر إمداد التيار المستمر.

دائرة الخزان في مذبذب هارتلي:

شبكة تحديد التردد عبارة عن دائرة طنين متوازية تتكون من المحاثات “L 1″ و”L 2” مع مكثف متغير “C” وتقاطع “L 1″ و”L 2” مؤرض، والملف “L 1” له طرفه متصل بالقاعدة عبر “C c” والآخر بالباعث عبر “C e” لذلك، يكون “L 2” في دائرة الإنتاج، حيث كلا الملفين “L 1″ و”L 2” يقترنان بالحث ويشكلان معاً محولاً تلقائياً، كما يوضح الرسم البياني التالي ترتيب مذبذب هارتلي، حيث يتم تغذية دائرة الخزان في هذه الدائرة، كما يمكن أيضاً أن يكون متسلسل التغذية.

مذبذبات “Hartley” مفيدة لأنّها دوائر سهلة الضبط مع عدد قليل جداً من المكونات، بما في ذلك مكثف وإمّا محاثان أو ملف مطول، كما ينتج عن هذا ناتج اتساع ثابت خلال تردده التشغيلي الواسع “r”، والذي يتراوح من “20 كيلو هرتز” إلى “30 ميجاهرتز”، ومع ذلك فإنّ هذا النوع من المذبذب غير مناسب للتردد المنخفض؛ لأنّه سينتج عنه محث كبير الحجم مما يجعل الدائرة ضخمة، وعلاوةً على ذلك يحتوي ناتج “Hartley Oscillator” على محتوى توافقي عالٍ فيه، وبالتالي لا يتناسب مع التطبيقات التي تتطلب موجة جيبية نقية.

مزايا مذبذب هارتلي:

• يوفر تذبذبات جيبية ذات سعة ثابتة.

• يمكن تغيير التردد المتذبذب باستخدام مكثف متغير.

• الدائرة ليست معقدة.

• عملياً، يمكن أيضاً استخدام ملف منفرد بدلاً من محاثين في الدائرة.

عيوب مذبذب هارتلي:

• بسبب وجود التوافقيات، تتولد في بعض الأحيان تذبذبات جيبية مشوهة.

• لا يجد فائدة في تطبيقات التردد المنخفض.

تطبيقات مذبذب هارتلي:

تستخدم مذبذبات هارتلي على نطاق واسع في توليد أشكال موجية جيبية بتردد معين، وبالتالي فهي مناسبة لتطبيقات التردد الراديوي، وبالتالي تجد استخدامها في أجهزة الاستقبال الراديوية، كما أنّ دائرة مذبذب محلية شائعة جداً وتستخدم في الغالب في مستقبلات الراديو هي دائرة “Hartley Oscillator”.