Oscilador Hartley basado en Op Amp

Me gustaría construir un oscilador que satisfaga algunos requisitos. El requisito principal es tener exactamente un condensador. Otro es tener una salida de onda sinusoidal y Q alta.

Estoy considerando el diseño del oscilador de Hartley. Ya que solo tiene una tapa. No sé qué construir la red de polarización y seleccionar un transistor que se adapte a las necesidades del oscilador, así que pensé que debe haber una manera de construir el oscilador de Hartley alrededor de un amplificador operacional como se muestra en la figura a continuación.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hice la simulación como se muestra arriba, y creo que debería oscilar, ya que la ganancia del circuito de retroalimentación negativa del amplificador operacional es mayor que L 1 L 2 relación. Pero las oscilaciones comienzan y mueren. Puedo ver que la frecuencia de las oscilaciones decrecientes es correcta, pero no se mantendrían. Eventualmente traté de aumentar la ganancia a un número irrazonable, pero esto no ayudó en absoluto.

¿Alguien puede aconsejarme sobre lo que estoy pasando por alto y cómo hacer que este circuito oscile?

PD. La simulación usa 741. Si no es el mejor amplificador operacional para el trabajo, ¿cuál sería un buen reemplazo?

Su circuito no puede funcionar. El oscilador Hartley necesita una ruta de retroalimentación con un cambio de fase de 180 grados en una sola frecuencia. Esto se logra mediante un paso alto de tercer orden. Darse cuenta: el inductor L2 actúa como una carga, nada más. No tiene influencia en el patrón de retroalimentación.
En lugar de un paso alto de tercer orden, por supuesto, puede usar un paso bajo de tercer orden (L, R, C). Pero debe ser un circuito de tercer orden; de lo contrario, no tiene un cambio de fase de 180 grados. ¿Por qué Hartley y no Colpitt?
Una configuración de opamp como un generador de resistencia negativa que impulsa un circuito de tanque LC sería un enfoque más simple
Como otra alternativa, y más simple, puede usar un paso de banda RLC en la ruta de retroalimentación positiva (cambio de fase cero) y es completamente libre de seleccionar la ganancia adecuada usando la retroalimentación negativa resistiva.
Ver mi respuesta detallada.

Respuestas (5)

Creo que tienes algunos problemas que debes abordar.

El problema principal es que la Q de tu tanque es muy baja. La Q de un circuito RLC en paralelo es:

q = R C L

Teniendo en cuenta que su retroalimentación resistiva está efectivamente en paralelo con el tanque, podemos calcular Q:

1500 Ω 1 norte F 15 m H = q = 12

La Q de 12 es MUY baja, por lo que este es probablemente su principal problema. Aumentar la magnitud de R1 y R2 debería ser suficiente para que su circuito oscile correctamente. Vea mi ejemplo de simulación aquí . Si su Q es demasiado bajo, necesitará más ganancias para compensar las pérdidas.

Un segundo problema potencial es que el amplificador operacional que seleccionó, el 741, tiene un ancho de banda que es un poco bajo para la frecuencia que seleccionó. La hoja de datos indica un ancho de banda de 1,5 MHz y la frecuencia de su oscilador es de 1,3 MHz. Esto puede resultar en que su amplificador operacional no proporcione suficiente ganancia para que el oscilador funcione correctamente. Hay MUCHOS amplificadores operacionales que proporcionarían una mejora con respecto a un 741.

Otro posible problema es que los osciladores son un poco complicados para que funcionen en simuladores. Si bien parece que esto no es un problema para usted, es una trampa potencial. A menudo, el ruido aleatorio que normalmente inicia los osciladores en la realidad no se produce en un simulador. A menudo, se requiere una fuente de ruido o un impulso para poner en marcha el oscilador.

Gracias por el consejo. Intentará. ¿Cuál es el propósito de la resistencia de 100 ohmios en la salida del amplificador operacional en su simulación?
Cambié el circuito para que oscile a 100kHz con la Q de 7800. Las resistencias de retroalimentación R1 y R2 son de 25k y 100k respectivamente. Las oscilaciones ahora se mantienen durante aprox. 2ms pero luego muere. ¿Hay alguna otra trampa que pueda contribuir?
@udushu La resistencia de 100 ohmios en la salida es para simular una resistencia de salida finita. Intenté construir el circuito en PSPICE y obtuve resultados similares a los tuyos. Tuve que disminuir significativamente la frecuencia para mantener una oscilación estable.
@udushu Dado el comportamiento de las oscilaciones, parece que hay una pérdida significativa en el sistema. Sospecho que el amplificador operacional es el culpable, ya que la fase comienza a disminuir antes de los 100 kHz, mucho antes de que la ganancia se convierta en un problema. Esta topología puede no ser adecuada para cualquier frecuencia << el ancho de banda del amplificador operacional.
Intenté reemplazar el 741 con un amplificador operacional ideal, pero sigo obteniendo los mismos resultados. Esto es divertido, porque obtuve el Hartly trabajando en un solo BJT y está funcionando a la perfección. Pero el amplificador operacional simplemente no se rendía.
Ver mi comentario a su primera contribución. El circuito no puede funcionar como un oscilador. ¿Cuál es la fuente de este circuito?
@LvW Esto... fue de hace mucho tiempo. No recuerdo nada sobre cómo resolver este problema, pero debo haberlo pasado por un simulador para obtener un resultado positivo. Ahora, si el circuito estaba funcionando como se esperaba es otra cuestión.
W5VO, una de sus preocupaciones era la "Q baja" del circuito. Estoy seguro de que esto NO será un problema. ¿Recuerdas la Q del oscilador RC-WIEN? Solo tiene un valor de Q=1/3, ¡y funciona perfectamente!

W5VO ha explicado bien las cosas, los osciladores en SPICE pueden ser realmente complicados y, a veces, simplemente no funcionan correctamente.
El modelo opamp que está utilizando a veces puede hacer que las cosas dejen de funcionar (a veces no son precisas), la falta de ruido del mundo real dificulta el arranque, etc.

Siga los consejos de W5V) (p. ej., sobre las resistencias), además de algunas ideas adicionales sobre cómo hacer que funcione con el 741.

Consejos para hacer que la oscilación comience:

Puede usar .startup para iniciar los rieles de suministro a 0V

Puede establecer condiciones iniciales, por ejemplo, `.ic I(L1) = 10mA, o V(n001) = 2V y así sucesivamente.

Puede aplicar una fuente de voltaje en serie, por ejemplo, una onda sinusoidal a la frecuencia de oscilación esperada durante, por ejemplo, 100 ciclos para que comience. No afectará al circuito cuando complete N ciclos, siempre y cuando no configure la resistencia en serie de la fuente > 0 ohmios.

El 741 es un amplificador operacional muy antiguo con un GBP bajo. Tendrías que bajar la frecuencia de oscilación. Intente configurar C1 en 100nF y use .startup. Si eso no funciona, incluya una fuente de voltaje en serie entre C1 y opamp fuera de 1V durante 100 ciclos a ~ 129 kHz.

Usé el 741 porque es un OpAmp con el que estoy familiarizado. Estoy de acuerdo en que se debe seleccionar algo más moderno. Gracias por el consejo con la frecuencia. Definitivamente debería bajarlo. En cuanto a las condiciones iniciales, solía usar el circuito de arranque, pero luego me di cuenta de que las oscilaciones comienzan incluso sin él, pero decaen muy rápido.
@udushu: es posible que el timbre inicial ni siquiera sea suficiente para comenzar si es inferior a, digamos, 100 mV. Tal vez intentaría usar la fuente de voltaje en serie para tener la mejor oportunidad de que funcione. Si no tiene otros amplificadores operacionales en su SPICE para probar, busque en los sitios de los fabricantes (p. ej., TI, LT, AD, etc.) los modelos de especias. Alternativamente, LTSpice tiene una selección decente de amplificadores operacionales incluidos.

El circuito no puede funcionar porque el amplificador operacional tiene una salida de voltaje en contraste con un transistor que proporciona una salida de corriente en el nodo colector. Por lo tanto, es necesaria una resistencia Ro adicional entre el nodo (6) y el nodo superior de L2.

En este caso, tenemos un paso alto de tercer orden en topología de escalera (Ro-L2-C1-L1) que puede proporcionar un cambio de fase de 180 grados para alimentar la ruta inversora a través de R1. Este es el principio de un oscilador Hartley basado en opamp.

Además, me gusta recomendar valores de resistencia un poco más grandes para R1 y R2 (solo la relación es importante). Esto puede evitar una carga pesada del paso alto RLC.

Un factor importante es que la impedancia de entrada de su OPAMP es muy baja debido a los 500 ohmios. si considera que es de unos 10k más o menos, sus oscilaciones pueden sostenerse. también se puede compensar su pérdida de señal debido a Q bajo. a medida que cae la impedancia de entrada, la carga afecta el amplificador operacional y, por lo tanto, sus oscilaciones se amortiguan.

es posible que desee probar el amplificador de entrada jfet cuádruple de ancho de banda LF347 de 4 mhz. # focQs200 kHz

  • Oscilación de salida sinusoidal máxima de 10 V sin limitación de giro a 200 kHz
  • Consulte la hoja de datos de LM148 para conocer las ecuaciones de diseño.
¿Por qué estás gritando?
@Markku: Bienvenido a EE.SE. Está en un sitio técnico de preguntas y respuestas, por lo que es importante que formatee sus publicaciones correctamente para que sean legibles y creíbles. Esto incluye la puntuación y las mayúsculas correctas. por ejemplo, 4 mhz (¿milihercios?) deberían ser 4 MHz.
Oscilador Hartley basado en Op Amp
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