Kondensatorer og induktorer kan kombineres for at skabe resonanskredse, som har udprægede frekvenskarakteristika. Mængden af kapacitans og induktans i disse enheder bestemmer både resonansfrekvensen og skarpheden af den responskurve (kendt som Q), som disse kredsløb udviser.

Hvis kapacitansen og induktansen er parallelle, opfører det parallelle LC-kredsløb sig ved resonans som et åbent kredsløb, hvor kredsløbsstrømmen bestemmes af en eventuel modstand i kredsløbet. Så den samlede impedans i et parallelt resonanskredsløb bliver ved resonans blot værdien af modstanden.

Der er mange anvendelsesmuligheder for resonanskredsløb, herunder selektiv afstemning i radiosendere og -modtagere og undertrykkelse af uønskede overtoner.

I en diskussion af LC-oscillatoren er det parallelresonans, der er af interesse. En induktor og kondensator i parallel konfiguration er kendt som et tank-kredsløb. Der opstår en resonanstilstand i kredsløbet, når
XC = XL eller 1/2πfC = 2πfL

Hvor f er frekvensen og C er kapacitans og L er induktans.

Resonans opstår, når induktiv og kapacitiv reaktans er lige store, hvilket vil sige 2πfL = 1/2πfC. Dette kan kun ske ved en bestemt frekvens. Ligningen kan forenkles til:

Ud fra disse oplysninger er det muligt, når man kender de kapacitive og induktive parametre for et kredsløb, at finde resonansfrekvensen. Alternativt kan man, hvis man ønsker en given resonansfrekvens, vælge L og C værdier.

I et resonanskredsløb betegner Q kvaliteten. Q er den spidsenergi (dvs. den maksimale energi), der er lagret i et resonanskredsløb i forhold til den energi, der tabes i løbet af en cyklus. Det er forholdet mellem resonansfrekvensen fr og båndbredden Bw. Da båndbredden er i nævneren, vil et kredsløb med højere Q have mindre båndbredde: Q = fr/Bw

Men det skal nævnes, at i nogle anvendelser er Q i et resonanskredsløb bevidst reduceret. Dette kan gøres ved at indføre en “Q-forstyrrende” modstand. Ud over at være vigtig i elektroniske kredsløb er Q relevant i oscillerende mekaniske, akustiske, optiske og andre systemer.

Generelt set konverterer en oscillator i et elektronisk kredsløb jævnstrømsspændingen til et vekselstrømsudgangssignal, som kan bestå af en række forskellige bølgeformer, frekvenser, amplituder og duty cycles. Eller output kan være en grundlæggende sinuskurve uden andet harmonisk indhold.

En LC-oscillator, en undertype af den elektroniske oscillator, ses ofte i radiofrekvensapplikationer på grund af dens output af høj kvalitet og enkle design. Den består af en forstærker med positiv (regenerativ) tilbagekobling i forbindelse med et LC-resonanskredsløb med en passende Q-parameter.

Det er målet ved opbygning af en forstærker at designe et kredsløb, der ikke går i svingning. I en forstærker, der ikke er beregnet til at fungere som oscillator, kan en begrænset mængde positiv feedback anvendes til at øge forstærkningen. En variabel modstand kan placeres i serie med tilbagekoblingen for at forhindre kredsløbet i at gå i svingning. I et auditorium med et PA-system er det nødvendigt at opretholde adskillelsen mellem højttaler og mikrofon for at kontrollere tilbagekoblingen og forhindre svingninger. Afstanden mellem mikrofon og højttaler opfører sig som en modstand for audiofrekvente bølger.

LC-oscillatorer (i modsætning til RC-oscillatorer, som er ikke-resonante og udelukkende er baseret på en tidskonstant) er afstemt til at ringe ved en bestemt frekvens afhængigt af samspillet mellem kapacitive og induktive reaktanser. De er analoge til elektromekaniske resonatorer som f.eks. kvartskrystaloscillatorer.

Processen til måling af resonansfrekvensen for et oscillatorkredsløb begynder ved at koble en RF-signalgenerator til kredsløbet. Koblingen mellem generator og oscillator skal være løs. Ellers kan generatorens udgangsmodstand belaste kredsløbet og reducere dets Q.

Dernæst indstiller vi generatoren til den frekvens, hvor vi ønsker at måle Q. Vi justerer oscillatorkredsløbet (ofte ved at dreje tunerkondensatoren) for at se maksimal spænding i en scope-sonde, der er forbundet til tankkredsløbet. Kredsløbet er nu i resonans, denne frekvens er kredsløbets resonansfrekvens.

Vi måler derefter spændingen i oscillatorkredsløbet ved resonansfrekvensen. Vi varierer generatorfrekvensen lidt over og under resonans og bestemmer de to frekvenser, hvor spændingen over kredsløbet er 0,707 gange værdien ved resonans. Spændingen ved 0,707 gange resonansen er -3 dB-punktet.

Oscilatorens båndbredde er forskellen mellem de frekvenser, der svarer til disse to 0,707-punkter. Så Q er resonansfrekvensen divideret med denne båndbredde.

Testopstillingen omfatter typisk en signalgenerator, en koblingsspole, et oscilloskop og en 1:100-sonde. Udgangen fra signalgeneratoren forbindes med koblingsspolen, der har ca. 50 omdrejninger. Ved frekvenser i megahertz-området placerer vi koblingsspolen ca. 20 cm fra oscillatorkredsløbet. Afstanden på 20 cm er beregnet til at give en løs kobling mellem spolen og oscillatoren.

Vi tilslutter derefter sonden til oscillatorkredsløbet. Sondens jordforbindelse skal forbindes med tunerkondensatorens hus. Sonden tilsluttes til oscilloskopet. Sonden udgør en lille belastning af kredsløbet, så Q falder typisk ikke meget. Der findes også 1:1- og 1:10-prober, men disse kan belaste oscillatorkredsløbet. En 1:100-sonde har typisk en indgangsmodstand på 100 MΩ og en indgangskapacitet på 4 pF.

På grund af 100x-dæmpningen i sonden skal signalgeneratorens udgang generelt indstilles ret højt.

En sweep-generator kan forenkle nogle aspekter af denne måling. “Sweep-udgangen” forbindes til oscilloskopets X-indgang med oscilloskopet i X-Y-tilstand. Nu løber spektralskibets spor fra venstre til højre med venstre side som startfrekvens og højre side som stopfrekvens. Et godt sted at starte er med sweep-frekvensen indstillet til ca. 10 Hertz.

Osciloskopets Y-indgang er forbundet til oscillatoren via 1:100-sonden. Sweepgeneratorens RF-udgang forbindes til koblingsspolen, som er placeret ca. 20 cm fra oscillatorens spole.

Vi kan dreje tunerkondensatoren og få oscillatorens kurve på oscilloskopskærmen. Amplitudeknappen på sweepgeneratoren justerer højden af kurvens top. Den store fordel ved denne metode er, at ændringer i resonansfrekvensen af oscillatorkredsløbet kan ses direkte på skærmen. Også ændringer i Q vil være tydelige, fordi højden af toppen vil ændre sig.

LC-oscillatorer findes i form af flere undertyper:

– Armstrong-oscillatoren, der blev opfundet i 1912 af Edwin Armstrong, var den første elektroniske oscillator, i modsætning til mekaniske oscillatorer som f.eks. pendulet, der havde eksisteret i al evighed. Armstrong-oscillatoren blev oprindeligt brugt i vakuumrørs-sendere. Senere tjente de i den regenerative modtager, hvor RF-signalet fra antennen kobledes ind i LC-induktansen ved hjælp af en hjælpespole. Spolen kunne justeres for at forhindre kredsløbet i at svinge. Det samme kredsløb fungerede til at demodulere RF-signalet.

– Colpitts-oscillatoren, opfundet af Edwin Colpitts i 1918, får feedback fra det, der kan betragtes som en centerkoblet kapacitans. Dette er i virkeligheden en spændingsdeler, der består af to kondensatorer i serie. Den aktive enhed, en forstærker, kan være en bipolar junction transistor, en felteffekttransistor, en operationsforstærker eller et vakuumrør. Udgangen forbindes tilbage til indgangen gennem et afstemt LC-kredsløb, der udgør et båndpasfilter, der ringer ved den ønskede frekvens.

En Colpittsoscillator kan fungere som en oscillator med variabel frekvens – som i en superheterodynmodtager eller en spektrumanalysator – når induktoren gøres variabel. Dette sker i stedet for at afstemme en af kondensatorerne eller ved at indføre en separat variabel kondensator i serie med induktoren.

– En Hartley-oscillator, opfundet af Ralph Hartley i 1915, er et spejlbillede af Colpitts-oscillatoren. Forskellen er, at den i stedet for en centreret kapacitans i forbindelse med en induktor anvender en centreret induktans i forbindelse med en kondensator. Tilbagekoblingssignalet kommer fra den centerkoblede induktor eller en serieforbindelse mellem to induktorer.

Disse induktanser behøver ikke at være gensidigt koblet, så de kan bestå af to separate serieforbundne spoler i stedet for en enkelt centerkoblet enhed. I den variant, der har en center-tappet spole, er induktansen større, fordi de to segmenter er magnetisk koblet.

I Hartley-oscillatoren kan frekvensen let justeres ved hjælp af en variabel kondensator. Kredsløbet er relativt enkelt og har et lavt antal komponenter. En oscillator med høj frekvensstabilitet kan bygges ved at erstatte kondensatoren med en kvartskrystalresonator.

– Clapp-oscillatoren, en anden LC-enhed, består på samme måde af en transistor eller et vakuumrør med et feedbacknetværk baseret på samspillet mellem induktans og kapacitans, der er indstillet til den ønskede driftsfrekvens. Den blev opfundet af James Clapp i 1948. Den ligner Colpitts-kredsløbet, med en tredje kondensator placeret i serie med induktoren. Det er en forbedring i forhold til Colpitts-oscillatoren, hvor svingning måske ikke opstår ved visse frekvenser, hvilket skaber huller i spektret.

– Peltz-oscillatoren adskiller sig fra Colpitts-, Clapp- og Hartley-oscillatorerne ved at anvende to transistorer i stedet for en enkelt forstærkende enhed. Ligesom andre oscillatorer er formålet at opnå en kombineret forstærkning større end enheden ved resonansfrekvensen for at opretholde svingningen.

En transistor kan være konfigureret som en forstærker med fælles base og den anden som en emitterfølger. LC-tanken, som har minimal impedans ved resonansfrekvensen, udgør en stor belastning for kollektoren. Emitterfølgerens udgang, der er forbundet tilbage til indgangen til transistoren med fælles base, opretholder svingningen i Peltz-kredsløbet.

For at opbygge en LC-oscillator, der er elektrisk afstemmelig, placeres en varactor (spændingsvariabel kondensator) i LC-kredsløbet. Varaktoren er en omvendt polariseret diode. Kapacitansen i et PN-forbindelsespunkt, som i en diode, falder, når den omvendte forspænding stiger. Specifikt bestemmer størrelsen af den omvendte forspænding tykkelsen af udtyndingszonen i halvlederen. Tykkelsen af udtyndingszonen er proportional med kvadratroden af den spænding, der giver dioden omvendt forspænding, og kapacitansen er omvendt proportional med denne tykkelse, og den er således omvendt proportional med kvadratroden af den påførte spænding.

Det er således muligt at skifte udgangen af en simpel jævnstrømsforsyning gennem en række modstande eller en variabel modstand for at afstemme oscillatoren. Varaktorer er konstrueret til effektivt at udnytte denne egenskab.

Et fast stof med en hvilken som helst grad af elasticitet vil vibrere i et vist omfang, når der tilføres mekanisk energi. Et eksempel er en gong, der slås med en hammer. Hvis den kan bringes til at ringe kontinuerligt, kan den fungere som et resonanskredsløb i en elektronisk oscillator.

Kvartzkrystal er særdeles velegnet til denne rolle, fordi det er meget stabilt med hensyn til sin resonansfrekvens. Resonansfrekvensen afhænger af krystallens størrelse og form. Med en nøjagtighed på op til et sekund på 30 år erstattede kvartsoscillatorer pendler i ure og var uovertruffen i præcision i årevis, indtil 1950’erne, hvor atomure kom ind i billedet.

Kvartskrystal som resonator har den fantastiske egenskab af omvendt elektricitet. Det betyder, at når det er korrekt slebet, jordet, monteret og forsynet med terminaler, vil det reagere på en påført spænding ved at ændre form en smule. Når spændingen fjernes, vil den vende tilbage til sin oprindelige rumlige konfiguration og generere en spænding, der kan måles ved terminalerne. Denne vibration udgør dens resonansfrekvens.

Kartzkrystal har en anden dyd, nemlig at det er billigt, så det anvendes i vid udstrækning i mange applikationer, herunder verdens bedste oscilloskoper, spektrumanalysatorer og arbitrære frekvensgeneratorer.