Contrairement à l’Oscillateur Hartley, l’un des principaux inconvénients du circuit tank LC d’un oscillateur de base, que nous avons examiné dans le tutoriel précédent, est qu’il n’y a aucun moyen de contrôler l’amplitude des oscillations de sortie. De plus, il peut être difficile d’ajuster finement l’oscillateur à la fréquence d’oscillation requise.

Si le couplage électromagnétique cumulatif entre L₁ et L₂ est trop faible, il y aurait un retour insuffisant et les oscillations finiraient par disparaître. De même, si le retour était trop fort, les oscillations continueraient d’augmenter en amplitude jusqu’à ce qu’elles soient limitées par les conditions du circuit, produisant une distorsion du signal. Dans ce cas, il peut devenir quelque peu difficile de « régler » l’oscillateur pour maintenir des oscillations avec une amplitude constante.

Cependant, il est possible de renvoyer exactement la bonne quantité de tension pour des oscillations à amplitude constante en utilisant un retour régénératif. Si nous renvoyons plus que nécessaire, l’amplitude des oscillations peut être contrôlée en biaisant l’amplificateur de manière à ce que si les oscillations augmentent en amplitude, le biais soit augmenté et le gain de l’amplificateur soit réduit.

Si l’amplitude des oscillations diminue, le biais diminue et le gain de l’amplificateur augmente, augmentant ainsi le retour. De cette façon, l’amplitude des oscillations est maintenue constante grâce à un processus connu sous le nom de Biais de Base Automatique.

Un grand avantage du biais de base automatique dans un oscillateur contrôlé par tension est que l’oscillateur peut être rendu plus efficace en fournissant un biais de classe B ou même de classe C pour le transistor. Cela a l’avantage que le courant collecteur ne circule que pendant une partie du cycle d’oscillation, donc le courant collecteur quiescent est très faible.

Ainsi, ce circuit d’oscillateur à base « auto-réglable » forme l’un des types les plus courants de configurations d’oscillateurs à retour résonant LC parallèles, appelées circuits Oscillateur Hartley.

Circuit Tank de l’Oscillateur Hartley

Dans l’Oscillateur Hartley, le circuit LC accordé est connecté entre le collecteur et la base d’un amplificateur à transistor. En ce qui concerne la tension oscillatoire, l’émetteur est relié à un point de prélèvement sur la bobine du circuit accordé.

La partie feedback du circuit tank LC accordé est prise du point milieu de la bobine inductive ou même de deux bobines distinctes en série qui sont en parallèle avec un condensateur variable, C comme indiqué.

Le circuit Hartley est souvent qualifié d’oscillateur à inductance scindée, car la bobine L est centre-prélevée. En effet, l’inductance L agit comme deux bobines distinctes très proches, le courant circulant à travers la section de la bobine XY induisant un signal dans la section de la bobine YZ ci-dessous.

Dans le circuit de l’Oscillateur Hartley, le feedback est fourni par une paire de bobines qui peuvent être créées à partir de n’importe quelle configuration utilisant soit une seule bobine prélevée (similaire à un autotransformateur), soit une paire de bobines connectées en série en parallèle avec un seul condensateur (C) comme indiqué ci-dessous.

Conception de Base de l’Oscillateur Hartley

Lorsque le circuit oscille, la tension au point X (collecteur), par rapport au point Y (émetteur), est décalée de 180^o par rapport à la tension au point Z (base) par rapport au point Y. À la fréquence d’oscillation, l’impédance de la charge du collecteur est résistive et une augmentation de la tension de base entraîne une diminution de la tension du collecteur.

Ainsi, il y a un changement de phase de 180^o dans la tension entre la Base et le Collecteur et cela, associé au décalage de phase original de 180^o dans la boucle de feedback, fournit la relation de phase correcte du feedback positif pour maintenir les oscillations.

La quantité de feedback dépend de la position du « point de prélèvement » de l’inducteur. Si ce point est déplacé plus près du collecteur, la quantité de feedback augmente, mais la sortie prise entre le Collecteur et la terre est réduite et vice versa. Les résistances, R1 et R2 fournissent le biais DC habituel pour le transistor de manière normale, tandis que les condensateurs agissent comme des condensateurs bloc DC.

Dans ce circuit de l’Oscillateur Hartley, le courant collecteur DC circule à travers une partie de la bobine et pour cette raison, le circuit est dit « alimenté en série » avec la fréquence d’oscillation de l’Oscillateur Hartley étant donnée comme :

Note : L_T est l’inductance cumulativement couplée totale, si deux bobines distinctes enroulées sont utilisées, y compris leur inductance mutuelle, M.

La fréquence des oscillations peut être ajustée en variant le condensateur d’« accord », C ou en variant la position du noyau en fer à l’intérieur de la bobine (accord inductif), offrant une sortie sur une large gamme de fréquences, ce qui rend très facile l’accord. De plus, l’Oscillateur Hartley produit une amplitude de sortie qui est constante sur toute la plage de fréquences.

En plus de l’Oscillateur Hartley alimenté en série ci-dessus, il est également possible de connecter le circuit tank accordé à travers l’amplificateur sous forme d’un oscillateur alimenté en shunt comme montré ci-dessous.

Circuit de l’Oscillateur Hartley Alimenté en Shunt

Dans le circuit alimenté en shunt, les composants AC et DC du courant collecteur ont des chemins séparés autour du circuit. Puisque le composant DC est bloqué par le condensateur, C2, aucun DC ne circule à travers la bobine inductive, L, et moins de puissance est perdue dans le circuit accordé.

La bobine de fréquence radio (RFC), L2, est une self RF qui a une haute réactance à la fréquence des oscillations, de sorte que la plupart du courant RF est appliqué au circuit tank LC d’accord via le condensateur, C2, tandis que le composant DC passe à travers L2 vers l’alimentation. Une résistance pourrait être utilisée à la place de la bobine RFC, L2, mais l’efficacité serait moins bonne.

Exemple de Tutoriel n°1

Un circuit de l’Oscillateur Hartley ayant deux inducteurs individuels de 0,5 mH chacun, est conçu pour résonner en parallèle avec un condensateur variable qui peut être ajusté entre 100 pF et 500 pF. Déterminer les fréquences d’oscillation supérieures et inférieures ainsi que la largeur de bande des oscillateurs Hartley.

Comme évoqué ci-dessus, nous pouvons calculer la fréquence des oscillations comme étant :

Le circuit est constitué de deux bobines inductives en série, donc l’inductance totale est donnée comme :

Fréquence d’Oscillation Supérieure

Fréquence d’Oscillation Inférieure

Largeur de Bande de l’Oscillateur Hartley

Oscillateur Hartley utilisant un Op-amp

En plus d’utiliser un transistor à jonction bipolaire (BJT) comme stage actif de l’oscillateur Hartley, nous pouvons également utiliser soit un transistor à effet de champ (FET), soit un amplificateur opérationnel (op-amp). Le fonctionnement d’un Oscillateur Hartley à Op-amp est exactement le même que pour la version à transistor avec la fréquence de fonctionnement calculée de la même manière. Considérons le circuit ci-dessous.

Circuit Basique de l’Op-amp

L’avantage de construire un Oscillateur Hartley en utilisant un amplificateur opérationnel comme son stage actif est que le gain de l’op-amp peut être très facilement ajusté à l’aide des résistances de feedback R1 et R2. Comme avec l’oscillateur à transistor ci-dessus, le gain du circuit doit être égal ou légèrement supérieur au rapport de L1/L2. Si les deux bobines inductives sont enroulées sur un noyau commun et que l’inductance mutuelle M existe, alors le rapport devient (L1+M)/(L2+M).

Résumé du Tutoriel

Pour résumer, l’Oscillateur Hartley consiste en un circuit tank résonateur LC parallèle dont le feedback est obtenu par le biais d’un diviseur inductif. Ce réseau de diviseur inductif peut prendre la forme d’une bobine unique prélèvée, ou de deux bobines distinctes enroulées. Comme la plupart des circuits oscillateurs LC, l’oscillateur Hartley existe sous plusieurs formes, la forme la plus courante étant le circuit à transistor ci-dessus.

Cette configuration d’Oscillateur Hartley présente un circuit tank accordé dont sa bobine résonante est prélivée pour renvoyer une fraction du signal de sortie à l’émetteur du transistor. Puisque la sortie de l’émetteur des transistors est toujours « en phase » avec la sortie au collecteur, ce signal de retour est positif. La fréquence d’oscillation, qui est une tension en onde sinusoïdale, est déterminée par la fréquence de résonance du circuit tank.

Dans le prochain tutoriel sur les oscillateurs, nous examinerons un autre type de circuit oscillateur LC qui est opposé à l’oscillateur Hartley, appelé l’Oscillateur Colpitts. L’oscillateur Colpitts utilise deux condensateurs en série pour former une capacité prise au centre en parallèle avec une seule inductance dans son circuit tank résonnant.