Hartley-Schaltung

Eine elektrische Dreipunkt-Oszillatorschaltung, bei der zwei Induktivitäten und ein Kondensator einen Parallelschwingkreis bilden, wird als Hartley-Schaltung oder Hartley-Oszillator bezeichnet. Sie ist nach Ralph Hartley benannt, der 1920 ein Patent dafür erhalten hat.

Prinzipschaltbild

Funktionsweise

In der Hartley-Schaltung sind zwei Induktivitäten in Serie verbunden und parallel zu einem Kondensator geschaltet. Damit wird ein Parallelschwingkreis gebildet, der die Schwingfrequenz bestimmt. Da drei Anschlusspunkte vorhanden sind, gehört die Hartley-Schaltung zu den Dreipunkt-Schaltungen.

In dem Prinzipschaltbild wird ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor in Drainschaltung verwendet, bei dem das Gate der (hochohmige) Eingang ist, der mit einem Ende des Parallelschwingkreises verbunden ist. Das Ausgangssignal an der Source ist an die Verbindung zwischen den beiden Spulen gelegt. Der Verstärker wirkt als Spannungs-Strom-Verstärker; eine Erhöhung der Eingangsspannung führt zu einem phasengleichen Stromanstieg in der unteren Spule, so dass dem Schwingkreis Energie zugeführt wird.

Wird anstelle von zwei nicht gekoppelten Spulen eine Spule mit Anzapfung verwendet, dann ist die angezapfte Spule ein Transformator, so dass das Produkt aus Spannungsverstärkung des Verstärkers und Aufwärts-Transformationsfaktor größer eins sein muss, um die Schwingungsbedingung zu erfüllen.

Eine detaillierte Analyse für Röhren wurde bereits 1943 von F.A. Record und J.L. Stiles^[1] veröffentlicht, in der die Ströme in den Spulen anstelle von Spannungen betrachtet werden.

Frequenz der erzeugten Schwingung

Die erzeugte Frequenz f_res wird nach der Thomsonschen Resonanzformel durch die resultierende Induktivität L₀ der in Reihe geschalteten Spulen L₁ und L₂ sowie der Kapazität des Kondensators C bestimmt:

$f_{res} = {1 \over 2 \pi \sqrt {C \cdot L_0 }}$

Die Kapazitäten der restlichen Bauelemente und der Verbindungen verringern diese berechnete Frequenz.

Die Gesamtkapazität L₀ von zwei mit dem Faktor k gekoppelten Einzelinduktivitäten L₁ und L₂ ist:

$L_0 = L_1 + L_2 + k*\sqrt{L_1*L_2}$

Geschichte

Patentzeichnung

Die Hartley-Schaltung wurde von Ralph Hartley entwickelt und unter der Nummer 1,356,763 am 1. Juni 1915 als Patent eingereicht.^[2] In der Patentschrift arbeitet die Elektronenröhre in Kathodenbasis-Schaltung, dies entspricht der FET Source-Schaltung. Die Induktivität des Schwingkreises ist in zwei Spulen aufgeteilt, eine im Gitterkreis und die andere im Anodenkreis. Der Schwingkreis-Kondensator verbindet Gitter mit Anode. Zwischen beiden Kondensatorplatten besteht eine Phasendrehung von 180°, genauso wie zwischen Gitter und Anode.

Verwendung

Für einen Abstimmoszillator im Superhet-Empfänger ist die Hartley-Schaltung sehr gut geeignet, da nur eine Spule mit Anzapfung und ein variabler Abstimmkondensator benötigt wird, der einseitig an Masse liegen kann. Für höhere Frequenzen ist häufig die Clapp-Schaltung vorteilhafter, bei denen zwei in Serie geschaltete Kondensatoren verwendet werden.

Wenn Wert auf ein möglichst verzerrungsarmes Sinussignal gelegt wird, muss hochohmig am Schwingkreis ausgekoppelt werden; allerdings wird dann die Schwingfrequenz erheblich durch die Eingangskapazität der Folgestufe beeinflusst. Alternativ kann, wie in der Patentschrift gezeigt, induktiv ausgekoppelt werden.

Beispiele

Bipolar-Transistor in Kollektorschaltung

Bipolar-Kollektor-Schaltung

Der Schwingkreis besteht aus den beiden Induktivitäten L1 und L2 und dem Kondensator C1. C2 schließt den Schwingkreis. Die Spannungen an den beiden Anschlüssen des Kondensators sind gegenphasig (Phasenverschiebung 180°). Der Verstärker Q1 dreht die Phase zwischen Eingang und Ausgang gleichfalls um 180°, so dass sich die die für eine Schwingung notwendige Phasendrehung von 360° ergibt. Der Spannungsteiler R1, R2 stellt die Basisspannung ein. Die Amplitudenregelung erfolgt mit R3. Mit C3 wird das Ausgangssignal des Oszillators ausgekoppelt.

Sperrschicht-Feldeffekttransistor in Source-Schaltung

J-FET-Source-Schaltung

Der Schwingkreis besteht aus den beiden Induktivitäten L1, Primärwicklung des Trafo TR1 und dem Kondensator C1. Der Schwingkreis wird über die Batterie geschlossen. Die Spannungen an den beiden Anschlüssen des Kondensators C1 sind gegenphasig (Phasenverschiebung 180°). Der Verstärker Q1 dreht die Phase zwischen Eingang und Ausgang gleichfalls um 180°, so dass sich die für eine Schwingung notwendige Phasendrehung von 360° ergibt.

Empfänger Scott 310 E

Teil des Schaltplans Scott 310E

Als Beispiel ist ein Ausschnitt aus der Schaltung eines Scott 310E Empfängers gezeigt, in der der Überlagerungsoszillator in Hartley-Schaltung aufgebaut ist.

Siehe auch

• Meißner-Schaltung
• Colpitts-Schaltung
• Clapp-Schaltung

Einzelnachweise

1. ↑ F.A. Record, J.L. Stiles: "An Analytical Demonstration of Hartley Oscillator Action". Proceedings of the IRE, Volume: 31 , Issue: 6, June 1943, ISSN 0096-8390
2. ↑ R. V. L Hartley, Oscillation Generator, US patent 1356763 Link