Kondenzátory a induktory lze kombinovat a vytvářet tak rezonanční obvody, které mají výrazné frekvenční charakteristiky. Velikost kapacity a indukčnosti těchto zařízení určuje jak rezonanční frekvenci, tak ostrost křivky odezvy (známé jako Q), kterou tyto obvody vykazují.

Jsou-li kapacita a indukčnost paralelní, při rezonanci se paralelní LC obvod chová jako otevřený obvod, přičemž proud obvodu je určen případným odporem v obvodu. Celková impedance paralelního rezonančního obvodu se tedy při rezonanci stává právě hodnotou odporu.

Existuje mnoho aplikací rezonančních obvodů, včetně selektivního ladění v rádiových vysílačích a přijímačích a potlačení nežádoucích harmonických.

Při diskusi o LC oscilátoru je zajímavá právě paralelní rezonance. Cívka a kondenzátor v paralelním uspořádání se označují jako tankový obvod. Stav rezonance nastává v obvodu, když
XC = XL nebo 1/2πfC = 2πfL

Kde f je frekvence a C je kapacita a L je indukčnost.

Rezonance nastává, když se induktivní a kapacitní reaktance rovnají, tedy 2πfL = 1/2πfC. K tomu může dojít pouze při určité frekvenci. Rovnici lze zjednodušit na:

Z této informace lze při znalosti kapacitních a induktivních parametrů obvodu zjistit rezonanční frekvenci. Případně, je-li požadována daná rezonanční frekvence, lze zvolit hodnoty L a C.

V rezonančním obvodu označuje Q kvalitu. Q je špičková (tj. maximální) energie uložená v rezonančním obvodu vzhledem k energii rozptýlené v průběhu jednoho cyklu. Je to poměr rezonanční frekvence fr k šířce pásma Bw. Protože šířka pásma je ve jmenovateli, obvod s vyšším Q bude mít menší šířku pásma: Q = fr/Bw

Je však třeba uvést, že v některých aplikacích se Q rezonančního obvodu záměrně snižuje. Toho lze dosáhnout zavedením rezistoru „kazícího Q“. Kromě toho, že je Q důležité v elektronických obvodech, má význam i v oscilačních mechanických, akustických, optických a dalších systémech.

Všeobecně řečeno, oscilátor v elektronickém obvodu převádí stejnosměrné napájecí napětí na střídavý výstup, který se může skládat z různých průběhů, frekvencí, amplitud a pracovních cyklů. Nebo může být výstupem základní sinusový průběh bez dalšího harmonického obsahu.

LC oscilátor, podtyp elektronického oscilátoru, se často vyskytuje v radiofrekvenčních aplikacích, protože má vysoce kvalitní výstup a jednoduchou konstrukci. Skládá se ze zesilovače obsahujícího kladnou (regenerativní) zpětnou vazbu ve spojení s LC rezonančním obvodem s vhodným parametrem Q.

Cílem při konstrukci zesilovače je navrhnout obvod, který nebude přecházet do oscilací. V zesilovači, který není určen k provozu jako oscilátor, lze ke zvýšení zisku použít omezené množství kladné zpětné vazby. Do série se zpětnou vazbou lze umístit proměnný odpor, který zabrání tomu, aby obvod přešel do oscilací. V posluchárně s ozvučovacím systémem je nutné udržovat odstup mezi reproduktorem a mikrofonem, aby bylo možné kontrolovat zpětnou vazbu a zabránit oscilacím. Vzdálenost mezi mikrofonem a reproduktorem se chová jako odpor pro audiofrekvenční vlny.

LC oscilátory (na rozdíl od RC oscilátorů, které nejsou rezonanční a jsou založeny pouze na časové konstantě) jsou naladěny tak, aby zvonily na určité frekvenci v závislosti na interakci kapacitní a induktivní reaktance. Jsou analogické elektromechanickým rezonátorům, jako jsou křemenné krystalové oscilátory.

Proces měření rezonanční frekvence oscilačního obvodu začíná připojením generátoru VF signálu k obvodu. Spojení mezi generátorem a oscilátorem musí být volné. Jinak může výstupní odpor generátoru zatížit obvod a snížit jeho Q.

Poté nastavíme generátor na frekvenci, při které chceme měřit Q. Obvod oscilátoru nastavíme (často otáčením ladicího kondenzátoru) tak, abychom na sondě teleskopu připojené k obvodu nádrže viděli maximální napětí. Obvod je nyní v rezonanci, tato frekvence je rezonanční frekvence obvodu.

Poté změříme napětí obvodu oscilátoru při rezonanční frekvenci. Měníme frekvenci generátoru mírně nad a pod rezonancí a určíme dvě frekvence, při kterých je napětí na obvodu 0,707násobkem hodnoty v rezonanci. Napětí při 0,707násobku rezonance je bod -3 dB.

Šířka pásma oscilátoru je rozdíl mezi frekvencemi odpovídajícími těmto dvěma bodům 0,707. Pak Q je rezonanční frekvence dělená touto šířkou pásma.

Zkušební zařízení obvykle zahrnuje generátor signálu, vazební cívku, rozsah a sondu 1:100. Výstup generátoru signálu se připojí ke spojovací cívce s přibližně 50 závity. Pro frekvence v megahertzovém rozsahu umístíme vazební cívku asi 20 cm od obvodu oscilátoru. Vzdálenost 20 cm má zajistit volnou vazbu mezi cívkou a oscilátorem.

Poté připojíme sondu k obvodu oscilátoru. Zemnící přípojka sondy se musí připojit k pouzdru kondenzátoru ladičky. Sonda se připojí k osciloskopu. Sonda představuje malou zátěž obvodu, takže Q obvykle příliš neklesá. Existují také sondy 1:1 a 1:10, ale ty mohou zatěžovat obvod oscilátoru. Sonda 1:100 má obvykle vstupní odpor 100 MΩ a vstupní kapacitu 4 pF.

Vzhledem k 100násobnému útlumu v sondě musí být výstup generátoru signálu obecně nastaven poměrně vysoko.

Generátor sweep může některé aspekty tohoto měření zjednodušit. „Sweep výstup“ se připojuje ke vstupu X osciloskopu, přičemž osciloskop je v režimu X-Y. Nyní probíhá stopa osciloskopu zleva doprava, přičemž levá strana je počáteční frekvence a pravá strana je koncová frekvence. Dobré je začít s frekvencí sweepu nastavenou přibližně na 10 hertzů.

Vstup Y osciloskopu je připojen k oscilátoru přes sondu 1:100. Na vstupu Y osciloskopu je oscilátor připojen k oscilátoru. VF výstup sweep generátoru se připojí ke spojovací cívce, která je umístěna asi 20 cm od cívky oscilátoru.

Můžeme otáčet ladicím kondenzátorem a na obrazovce osciloskopu získat křivku oscilátoru. Knoflíkem amplitudy sweep generátoru nastavujeme výšku vrcholu křivky. Velkou výhodou této metody je, že změny rezonanční frekvence obvodu oscilátoru lze přímo vidět na obrazovce. Také změny Q budou patrné, protože se změní výška píku.

LC oscilátory existují v podobě několika podtypů:

– Armstrongův oscilátor, vynalezený v roce 1912 Edwinem Armstrongem, byl prvním elektronickým oscilátorem, na rozdíl od mechanických oscilátorů, jako je kyvadlo, které existovaly odjakživa. Armstrongův oscilátor se původně používal ve vakuových elektronkových vysílačích. Později sloužil v regeneračním přijímači, kde se vf signál z antény spojil do LC indukčnosti pomocí pomocné cívky. Cívku bylo možné nastavit tak, aby obvod nekmital. Stejný obvod fungoval i při demodulaci VF signálu.

– Colpittsův oscilátor, vynalezený Edwinem Colpittsem v roce 1918, získává zpětnou vazbu z něčeho, co lze považovat za středovou kapacitu. Ve skutečnosti se jedná o dělič napětí složený ze dvou sériově zapojených kondenzátorů. Aktivním zařízením, zesilovačem, může být tranzistor s bipolárním přechodem, tranzistor s polem, operační zesilovač nebo elektronka. Výstup se připojuje zpět na vstup přes laděný LC obvod tvořící pásmovou propust, která zvoní na požadovaném kmitočtu.

Colpittsův oscilátor může fungovat jako oscilátor s proměnným kmitočtem – jako v superheterodynním přijímači nebo spektrálním analyzátoru – když je induktor proměnný. Je to místo ladění jednoho z kondenzátorů nebo zavedením samostatného proměnného kondenzátoru v sérii s induktorem.

– Hartleyho oscilátor, který vynalezl Ralph Hartley v roce 1915, je zrcadlovým obrazem Colpittsova oscilátoru. Rozdíl spočívá v tom, že namísto středově zapojené kapacity ve spojení s induktorem využívá středově zapojenou indukčnost ve spojení s kondenzátorem. Zpětnovazební signál přichází ze středové indukční cívky nebo ze sériového spojení dvou indukčních cívek.

Tyto indukční cívky nemusí být vzájemně propojeny, takže se mohou skládat ze dvou samostatných sériově zapojených cívek namísto jednoho středového zařízení. Ve variantě se středově zapojenou cívkou je indukčnost větší, protože oba segmenty jsou magneticky propojeny.

V Hartleyho oscilátoru lze frekvenci snadno nastavit pomocí proměnného kondenzátoru. Obvod je poměrně jednoduchý, s malým počtem součástek. Vysoce frekvenčně stabilní oscilátor lze sestavit nahrazením kondenzátoru křemenným krystalem.

– Clappův oscilátor, další LC zařízení, se podobně skládá z tranzistoru nebo elektronky se zpětnovazební sítí založenou na vzájemném působení indukčnosti a kapacity nastavené na požadovanou pracovní frekvenci. Vynalezl jej James Clapp v roce 1948. Podobá se Colpittsovu obvodu, přičemž třetí kondenzátor je umístěn v sérii s induktorem. Jedná se o vylepšení oproti Colpittsovu oscilátoru, u kterého nemusí při určitých frekvencích vznikat oscilace, což vytváří mezery ve spektru.

– Peltzův oscilátor se od Colpittsova, Clappova a Hartleyho oscilátoru liší tím, že místo jednoho zesilovacího zařízení používá dva tranzistory. Stejně jako u ostatních oscilátorů je cílem zajistit na rezonančním kmitočtu kombinované zesílení větší než jednička, aby se udržely oscilace.

Jeden tranzistor může být konfigurován jako zesilovač se společnou bází a druhý jako emitorový sledovač. LC nádrž s minimální impedancí na rezonanční frekvenci představuje pro kolektor velkou zátěž. Výstup emitorového sledovače připojený zpět na vstup tranzistoru se společnou bází udržuje oscilace v Peltzově obvodu.

Pro sestavení LC oscilátoru, který je elektricky laditelný, se do LC obvodu umístí varaktor (kondenzátor s proměnným napětím). Varaktor je reverzně zkreslená dioda. Kapacita jakéhokoli přechodu PN, stejně jako u diody, klesá s rostoucím zpětným předpětím. Konkrétně velikost zpětného předpětí určuje tloušťku depleční zóny v polovodiči. Tloušťka depleční zóny je úměrná druhé odmocnině napětí, které diodu zpětně předpíná, a kapacita je nepřímo úměrná této tloušťce, a je tedy nepřímo úměrná druhé odmocnině přiloženého napětí.

Výstup jednoduchého stejnosměrného zdroje lze přepínat přes řadu rezistorů nebo proměnný odpor a ladit tak oscilátor. Varaktory jsou navrženy tak, aby tuto vlastnost účinně využívaly.

Těleso s jakýmkoli stupněm pružnosti bude při přivedení mechanické energie do určité míry vibrovat. Příkladem je gong, na který se udeří paličkou. Pokud jej lze přimět k nepřetržitému zvonění, může fungovat jako rezonanční obvod v elektronickém oscilátoru.

Křemenný krystal je pro tuto roli bezprostředně vhodný, protože je vysoce stabilní s ohledem na svou rezonanční frekvenci. Rezonanční frekvence závisí na velikosti a tvaru krystalu. S přesností až na jednu sekundu za 30 let nahradily křemenné oscilátory v hodinách kyvadla a byly nepřekonatelně přesné po dlouhá léta, až do 50. let 20. století, kdy nastoupily atomové hodiny.

Křemenný krystal jako rezonátor má úžasnou vlastnost inverzní elektřiny. To znamená, že když je správně vybroušen, uzemněn, namontován a opatřen svorkami, reaguje na přiložené napětí mírnou změnou tvaru. Po odstranění napětí se vrátí do své původní prostorové konfigurace a vytvoří napětí, které lze měřit na svorkách. Tato vibrace představuje jeho rezonanční frekvenci.

Křemenný krystal má ještě jednu přednost, a to, že je levný, takže se široce používá v mnoha aplikacích včetně nejlepších světových osciloskopů, spektrálních analyzátorů a generátorů libovolných frekvencí.

.