- מעגל הטנקים
- מבוסס טרנזיסטור
- עבודה במעגל המתנדים של הרטלי
- מתנד הרטלי מבוסס-מגבר
- דוגמה למתנד הרטלי
- ההבדלים בין מתנד הרטלי למתנד קולפיטס
- יתרונות וחסרונות של מתנד הרטלי
במילים פשוטות, המתנד הוא מעגל הממיר כוח DC ממקור האספקה לכוח AC לעומס. מערכת המתנד בנויה באמצעות רכיבים פעילים ופסיביים והיא משמשת לייצור צורות גל סינוסואידליות או כל צורות גל חוזרות אחרות ביציאה ללא כל יישום של אות כניסה חיצוני. דנו בכמה מתנדים בהדרכות הקודמות שלנו:
- מתנד קולפיטס
- מתנד משמרת שלב RC
- מתנד וויין ברידג '
- מתנד קריסטל קוורץ
- מעגל מתנד משמרת שלב
- מתנד מבוקר מתח (VCO)
בכל סוג של משדר-מקלט-רדיו או מקלט או כל ציוד בדיקת מעבדה יש את המתנד. זהו המרכיב העיקרי להפקת אות השעון. ניתן לראות יישום מתנד פשוט בתוך מכשיר נפוץ מאוד כמו שעון. שעונים משתמשים במתנד כדי לייצר אות שעון של 1 הרץ.
מתנדים מסווגים כמתנד סינוסי או מתנד הרפיה בהתאם לצורת הגל המוצא. אם מתנד מייצר גל סינוסי עם תדירות מוגדרת על פני הפלט, המתנד נקרא מתנד סינוסי. מתנדי ההרפיה מספקים גלים שאינם סינוסים, כמו גל מרובע או גל משולש או כל סוג דומה של גל על פני הפלט.
מלבד סיווגי המתנד המבוססים על אות הפלט, ניתן לסווג את המתנדים באמצעות קונסטרוקציית המעגל כמו מתנד התנגדות שלילי, מתנד משוב וכו '.
מתנד הארטלי הוא אחד מסוג LC (משרן-קבל) מתנד משוב אשר הומצא בשנת 1915 על ידי המהנדס האמריקאי ראלף הרטלי. במדריך זה נדון אודות בנייתו ויישומו של מתנד הרטלי.
מעגל הטנקים
מתנד הרטלי הוא מתנד LC. מתנד LC מורכב ממעגל טנקים המהווה חלק חיוני לייצור התנודה הנדרשת. מעגל המיכל משתמש בשלושה רכיבים, שני משרנים וקבל. הקבל מחובר במקביל לשני משרנים מסדרה. להלן תרשים המעגל של מתנד הארלי:
מדוע שילוב המשרן וקבל נקרא כמעגל המיכל? מכיוון שמעגל LC מאחסן את תדירות התנודה. במעגל הטנקים, קבלים ושני משרני סדרה נטענים ופורקים זה על ידי זה באופן חוזר ונשנים, מה שמייצר תנודה. תזמון הטעינה והפריקה או במילים אחרות, ערך הקבל והמשרנים הוא הגורם הקובע העיקרי לתדר התנודה.
מבוסס טרנזיסטור
בתמונה שלעיל, מוצג מעגל מתנדים הרטלי שבו רכיב פעיל הוא טרנזיסטור PNP. במעגל, מתח המוצא מופיע על פני מעגל המיכל המחובר לקולט. עם זאת, מתח המשוב הוא גם חלק ממתח המוצא המסומן כ- V1, המופיע על פני המשרן L1.
התדר הוא ביחס ישר היחס של ערכי קבלים וסלילים.
עבודה במעגל המתנדים של הרטלי
הרכיב הפעיל במתנד הרטלי הוא הטרנזיסטור. נקודת ההפעלה של DC באזור הפעיל של המאפיינים נשלטת על ידי הנגדים R1, R2, RE ומתח אספקת הקולט VCC. הקבל CB הוא הקבל החוסם ו- CE הוא קבלים עוקפים של חג הפסחא.
הטרנזיסטור מוגדר בתצורת פולט משותפת. בתצורה זו, מתח הכניסה והיציאה הטרנזיסטור הם בעלי מעבר של 180 מעלות. במעגל, מתח היציאה V1 ומתח המשוב V2 הם בעלי מעבר של 180 מעלות. על ידי סירוק בין שני אלה, אנו מקבלים מעבר של 360 מעלות של שלב, החיוני לתנודה (המכונה קריטריון ברקהאוזן).
דבר חיוני נוסף להתחיל את התנודה בתוך המעגלים מבלי להחיל אות חיצוני הוא לייצר מתח רעש בתוך המעגל. כאשר ההפעלה מופעלת, מתח רעש מופק עם ספקטרום רעש רחב ויש לו את רכיב המתח הנדרש בתדר הנדרש למתנד.
פעולת ה- AC של המעגלים אינה מושפעת מההתנגדות R1 ו- R2 עבור ערך התנגדות גדול. שני נגדים אלה משמשים להטיית הטרנזיסטור. האדמה ו- CE משמשים לחסינות המעגל הכולל ושני נגדים וקבלים אלה משמשים כנגד פולט וקבל פולט.
פעולת ה- AC מושפעת במידה רבה מתדר התהודה של מעגל הטנק. ניתן לקבוע את תדירות התנודה באמצעות הנוסחה הבאה -
F = 1 / 2π√L T C
ההשראה הכוללת של מעגל הטנק היא L T = L 1 + L 2
מתנד הרטלי מבוסס-מגבר
בתמונה שלעיל, הוצג מתנד הרטלי המבוסס על מגבר שבו מחובר קבלים C1 במקביל ל- L1 ו- L2 בסדרה.
המגבר האופטי מחובר בתצורה הפוכה, כאשר הנגד R1 ו- R2 הוא נגד המשוב. ניתן לקבוע את עליית מתח המגבר לפי הנוסחה הנ"ל -
A = - (R2 / R1)
מתח המשוב ומתח המוצא מסומנים גם במעגל מתנד הרטלי המבוסס על מגבר.
ניתן לחשב את תדירות התנודה באמצעות אותה נוסחה המשמשת בסעיף מתנד הרטלי מבוסס טרנזיסטור.
מתנד הרטלי בדרך כלל מתנודד בטווח ה- RF. ניתן לשנות את התדר על ידי שינוי ערך המשרן או הקבלים או שניהם. לבחירת רכיב משתנה, קבלים נבחרים מעל המשרנים שכן הם יכולים להיות מגוונים בקלות מאשר משרנים. ניתן לשנות את תדירות התנודה ביחס של 3: 1 לשינויים חלקים.
דוגמה למתנד הרטלי
נניח שמתנד הרטלי בתדר משתנה של 60-120 קילוהרץ מורכב מקבל גוזם (100 pF עד 400 pF). במעגל המיכל יש שני משרנים כאשר הערך של משרן אחד הוא 39uH. אז כדי למצוא את הערך של משרן אחר, נבצע את ההליך הבא:
התדירות של מתנד הרטלי היא-
F = 1 / 2π√L T C
במצב זה בו התדר משתנה בין 60 ל -120 קילוהרץ שהוא יחס של 1: 2. את וריאציית התדר ניתן להשיג על ידי זוג סלילים שכן הקיבול משתנה ביחס של 100pF: 400 pF שהוא יחס של 1: 4.
לכן, כאשר התדר F הוא 60 קילוהרץ, הקיבול הוא 400 pF.
עַכשָׁיו,
אז הקיבול הכולל הוא 17.6 mH והערך של משרן אחר הוא
17.6 mH - 0.039 mH = 17.56 mH.
ההבדלים בין מתנד הרטלי למתנד קולפיטס
מתנד קולפיטס דומה מאוד למתנד הרטלי אך יש הבדל בבנייה בין שני אלה. למרות שהרטלי וקולפיטטס, לשני המתנדים שלושה מרכיבים במעגל הטנקים, מתנד הקולפיטס משתמש במשרן יחיד במקביל לשני קבלים בסדרה ואילו המתנד הרטלי משתמש בדיוק הפוך, קבל אחד במקביל לשני משרנים בסדרה.
יתרונות וחסרונות של מתנד הרטלי
יתרונות:
1. משרעת הפלט אינה פרופורציונאלית עם טווח התדרים המשתנה והמשרעת נשארת כמעט קבועה.
2. ניתן לשלוט בתדר בקלות באמצעות גוזם במקום הקבל הקבוע במעגל הטנק.
3. מתאים מאוד ליישומי טווח RF עקב ייצור תדרי RF יציב.
חסרונות
1. מתנד הארטלי מספק גל סינוס מעוות ואינו מתאים לפעולות הקשורות לגל סינוס טהור. הסיבה העיקרית לחיסרון זה היא הכמות הגבוהה של ההרמוניות המושרות על פני התפוקה.
2. בתדירות נמוכה ערך המשרן נהיה גדול.
מעגל המתנד של הרטלי משמש בעיקר להפקת גל סינוס במכשירים שונים כמו משדר רדיו ומקלטים.