Kondensatory i cewki mogą być łączone w celu utworzenia obwodów rezonansowych, które mają wyraźne charakterystyki częstotliwościowe. Wielkość pojemności i indukcyjności tych urządzeń określa zarówno częstotliwość rezonansową, jak i ostrość krzywej odpowiedzi (znanej jako Q), którą te obwody wykazują.

Jeśli pojemność i indukcyjność są równoległe, w rezonansie równoległy obwód LC zachowuje się jak obwód otwarty z prądem obwodu określanym przez każdą rezystancję w obwodzie. Tak więc całkowita impedancja równoległego obwodu rezonansowego w rezonansie staje się tylko wartością rezystancji.

Istnieje wiele zastosowań dla obwodów rezonansowych, w tym selektywne strojenie w nadajnikach i odbiornikach radiowych oraz tłumienie niepożądanych harmonicznych.

W dyskusji na temat oscylatora LC, to właśnie rezonans równoległy jest przedmiotem zainteresowania. Induktor i kondensator w konfiguracji równoległej są znane jako obwód zbiornika. Stan rezonansu występuje w obwodzie, gdy
XC = XL lub 1/2πfC = 2πfL

Gdzie f jest częstotliwością, C jest pojemnością, a L indukcyjnością.

Resonans występuje, gdy reaktancja indukcyjna i pojemnościowa są równe, czyli 2πfL = 1/2πfC. Może się to zdarzyć tylko przy pewnej częstotliwości. Równanie to można uprościć do postaci:

Na podstawie tych informacji można, znając parametry pojemnościowe i indukcyjne obwodu, znaleźć częstotliwość rezonansową. Alternatywnie, jeśli pożądana jest dana częstotliwość rezonansowa, można wybrać wartości L i C.

W obwodzie rezonansowym, Q oznacza jakość. Q to szczytowa (tj. maksymalna) energia zgromadzona w obwodzie rezonansowym w stosunku do energii rozproszonej w trakcie cyklu. Jest to stosunek częstotliwości rezonansowej fr do szerokości pasma Bw. Ponieważ szerokość pasma jest w mianowniku, obwód o wyższym Q będzie miał mniejszą szerokość pasma: Q = fr/Bw

Należy jednak stwierdzić, że w niektórych zastosowaniach Q obwodu rezonansowego jest celowo zmniejszane. Można to zrobić poprzez wprowadzenie rezystora „psującego Q”. Oprócz tego, że jest ważne w obwodach elektronicznych, Q jest istotne w oscylacji mechanicznych, akustycznych, optycznych i innych systemów.

Ogólnie rzecz biorąc, oscylator w obwodzie elektronicznym konwertuje napięcie zasilania dc na wyjście ac, które może składać się z różnych przebiegów, częstotliwości, amplitud i cykli pracy. Lub wyjście może być podstawowa sinusoida bez innych harmonicznych content.

Oscylator LC, podtyp oscylatora elektronicznego, jest często postrzegane w radio-częstotliwości aplikacji ze względu na jego wysokiej jakości wyjście i prosta konstrukcja. Składa się on ze wzmacniacza zawierającego dodatnie (regeneracyjne) sprzężenie zwrotne w połączeniu z obwodem rezonansowym LC o odpowiednim parametrze Q.

Celem przy budowie wzmacniacza jest zaprojektowanie obwodu, który nie będzie wchodził w oscylację. We wzmacniaczu, który nie jest przeznaczony do pracy jako oscylator, można zastosować ograniczone dodatnie sprzężenie zwrotne w celu zwiększenia wzmocnienia. Zmienny opór może być umieszczony w szeregu ze sprzężeniem zwrotnym, aby zapobiec wchodzeniu układu w oscylacje. W audytorium z systemem PA, konieczne jest zachowanie separacji pomiędzy głośnikiem a mikrofonem w celu kontrolowania sprzężenia i zapobiegania oscylacji. Odległość między mikrofonem a głośnikiem zachowuje się jak opór dla fal o częstotliwości audio.

OscylatoryLC (w przeciwieństwie do oscylatorów RC, które nie są rezonansowe i opierają się wyłącznie na stałej czasowej) są dostrojone do dzwonienia na określonej częstotliwości w zależności od interakcji reaktancji pojemnościowych i indukcyjnych. Są one analogiczne do elektromechanicznych rezonatorów, takich jak oscylatory kwarcowe.

Proces pomiaru częstotliwości rezonansowej obwodu oscylatora rozpoczyna się przez sprzężenie RF generator sygnału do obwodu. Sprzężenie między generatorem i oscylator musi być luźne. W przeciwnym razie, rezystancja wyjściowa generatora może obciążyć obwód i zmniejszyć jego Q.

Następnie ustawiamy generator na częstotliwość, przy której chcemy zmierzyć Q. Dostosowujemy obwód oscylatora (często poprzez obracanie kondensatora tunera), aby zobaczyć maksymalne napięcie w sondzie zakresowej podłączonej do obwodu zbiornika. Obwód jest teraz w rezonansie, ta częstotliwość jest częstotliwością rezonansową obwodu.

Następnie mierzymy napięcie obwodu oscylatora przy częstotliwości rezonansowej. Zmieniamy częstotliwość generatora nieco powyżej i poniżej rezonansu i określamy dwie częstotliwości, przy których napięcie w obwodzie jest 0,707 razy większe od wartości w rezonansie. Napięcie przy 0,707 razy rezonans to punkt -3 dB.

Pasmo przenoszenia oscylatora to różnica między częstotliwościami odpowiadającymi tym dwóm punktom 0,707. Następnie Q jest częstotliwością rezonansową podzieloną przez tę szerokość pasma.

Ustawienie testowe zawiera zwykle generator sygnału, cewkę sprzęgającą, zakres i sondę 1:100. Wyjście generatora sygnałowego łączy się z cewką sprzęgającą o około 50 obrotach. Dla częstotliwości w zakresie megaherców, umieszczamy cewkę sprzęgającą w odległości około 20 cm od obwodu oscylatora. Odległość 20 cm ma na celu uzyskanie luźnego sprzężenia pomiędzy cewką a oscylatorem.

Potem podłączamy sondę do obwodu oscylatora. Uziemienie sondy musi łączyć się z obudową kondensatora tunera. Sondę podłączamy do oscyloskopu. Sonda stanowi niewielkie obciążenie obwodu, więc Q zwykle nie spada zbytnio. Istnieją również sondy 1:1 i 1:10, ale mogą one obciążać obwód oscylatora. Sonda 1:100 ma zwykle rezystancję wejściową 100 MΩ i pojemność wejściową 4 pF.

Z powodu tłumienia 100x w sondzie, wyjście generatora sygnałowego musi być ustawione dość wysoko.

Generator przemiatający może uprościć niektóre aspekty tego pomiaru. Wyjście przemiatania” podłącza się do wejścia X oscyloskopu, który pracuje w trybie X-Y. Teraz ślad zakresu biegnie od lewej do prawej strony, gdzie lewa strona jest częstotliwością początkową, a prawa strona częstotliwością końcową. Dobrym miejscem do rozpoczęcia jest częstotliwość przemiatania ustawiona na około 10 Hertzów.

Wejście Y oscyloskopu jest podłączone do oscylatora przez sondę 1:100. Wyjście RF generatora przemiatania podłączamy do cewki sprzęgającej, która jest umieszczona w odległości około 20 cm od cewki oscylatora.

Możemy obracać kondensator tunera i uzyskać krzywą oscylatora na ekranie oscyloskopu. Pokrętłem amplitudy generatora przemiatania regulujemy wysokość szczytu krzywej. Wielką zaletą tej metody jest to, że zmiany w częstotliwości rezonansowej obwodu oscylatora mogą być bezpośrednio widoczne na ekranie. Również zmiany w Q będą widoczne, ponieważ wysokość piku będzie się zmieniać.

OscylatoryLC występują w postaci kilku podtypów:

– Oscylator Armstronga, wynaleziony w 1912 roku przez Edwina Armstronga, był pierwszym oscylatorem elektronicznym, w przeciwieństwie do oscylatorów mechanicznych, takich jak wahadło, które istniały od zawsze. Oscylator Armstronga był początkowo wykorzystywany w nadajnikach lampowych. Później służyły w odbiorniku regeneracyjnym, gdzie sygnał RF z anteny sprzężony do indukcyjności LC za pomocą pomocniczej cewki. Cewka może być regulowana, aby utrzymać obwód od oscylacji. Ten sam obwód funkcjonował w celu demodulacji sygnału RF.

– Oscylator Colpittsa, wynaleziony przez Edwina Colpittsa w 1918 roku, czerpie sprzężenie zwrotne z tego, co może być uważane za centralnie zaczepioną pojemność. Jest to w rzeczywistości dzielnik napięcia składający się z dwóch kondensatorów połączonych szeregowo. Urządzenie aktywne, wzmacniacz, może być tranzystorem bipolarnym, tranzystorem polowym, wzmacniaczem operacyjnym lub lampą próżniową. Wyjście łączy się z powrotem do wejścia przez dostrojony obwód LC stanowiący filtr pasmowy, który dzwoni przy żądanej częstotliwości.

Oscylator Colpittsa może działać jako oscylator o zmiennej częstotliwości – jak w odbiorniku superheterodynowym lub analizatorze widma – gdy cewka indukcyjna jest zmienna. Dzieje się tak zamiast przestrajania jednego z kondensatorów lub przez wprowadzenie oddzielnego kondensatora zmiennego szeregowo z cewką.

– Oscylator Hartleya, wynaleziony przez Ralpha Hartleya w 1915 roku, jest lustrzanym odbiciem oscylatora Colpittsa. Różnica polega na tym, że zamiast centralnie zwężonej pojemności w połączeniu z cewką indukcyjną, wykorzystuje on centralnie zwężoną cewkę indukcyjną w połączeniu z kondensatorem. Sygnał zwrotny pochodzi z centrowanego induktora lub połączenia szeregowego między dwoma induktorami.

Te indukcyjności nie muszą być wzajemnie sprzężone, więc mogą składać się z dwóch oddzielnych szeregowo połączonych cewek, a nie z jednego centrowanego urządzenia. W wariancie z cewką centralnie zwężoną indukcyjność jest większa, ponieważ dwa segmenty są sprzężone magnetycznie.

W oscylatorze Hartleya częstotliwość można łatwo regulować za pomocą kondensatora zmiennego. Obwód jest stosunkowo prosty, z niską liczbą komponentów. Oscylator o wysokiej stabilności częstotliwości może być zbudowany poprzez zastąpienie kondensatora rezonatorem kwarcowym.

– Oscylator Clappa, kolejne urządzenie LC, podobnie składa się z tranzystora lub lampy próżniowej z siecią sprzężenia zwrotnego opartą na interakcji indukcyjności i pojemności ustawionej na pożądaną częstotliwość pracy. Został on wynaleziony przez Jamesa Clappa w 1948 roku. Przypomina on obwód Colpittsa, z trzecim kondensatorem umieszczonym w szeregu z cewką indukcyjną. Jest to udoskonalenie oscylatora Colpittsa, w którym oscylacja może nie powstawać przy pewnych częstotliwościach, tworząc luki w widmie.

– oscylator Peltza różni się od oscylatorów Colpittsa, Clappa i Hartleya tym, że wykorzystuje dwa tranzystory zamiast pojedynczego urządzenia wzmacniającego. Podobnie jak w przypadku innych oscylatorów, celem jest zapewnienie łącznego wzmocnienia większego niż jedność przy częstotliwości rezonansowej, tak aby utrzymać oscylację.

Jeden tranzystor może być skonfigurowany jako wspólny wzmacniacz bazowy, a drugi jako wtórnik emiterowy. Zbiornik LC, z minimalną impedancją przy częstotliwości rezonansowej, przedstawia duże obciążenie kolektora. Wyjście wtórnika emiterowego podłączonego z powrotem do wejścia tranzystora wspólnej bazy utrzymuje oscylację w obwodzie Peltza.

Aby zbudować oscylator LC, który jest elektrycznie przestrajalny, waraktor (kondensator zmienny napięciowo) jest umieszczony w obwodzie LC. Waraktorem jest dioda o odwróconej polaryzacji. Pojemność dowolnego złącza PN, tak jak w diodzie, spada wraz ze wzrostem napięcia wstecznego. W szczególności, wielkość odwrotnego uprzedzenia określa grubość strefy zubożenia w półprzewodniku. Grubość strefy zubożenia jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z napięcia, które odwraca bias diody i pojemność jest odwrotnie proporcjonalna do tej grubości, a więc jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z zastosowanego napięcia.

Accordingly, wyjście prostego zasilania dc może być przełączany przez szereg rezystorów lub zmiennej rezystancji, aby dostroić oscylator. Waraktory są zaprojektowane, aby skutecznie wykorzystać tę właściwość.

Ciało stałe z dowolnym stopniu elastyczności będzie drgać do pewnego stopnia, gdy energia mechaniczna jest stosowana. Przykładem jest gong uderzany przez młotek. Jeśli może być wykonane do pierścienia w sposób ciągły, może działać jako obwód rezonansowy w oscylatorze elektronicznym.

Kryształ kwarcu jest nieuchronnie nadaje się do tej roli, ponieważ jest bardzo stabilny w odniesieniu do jego częstotliwości rezonansowej. Częstotliwość rezonansowa zależy od wielkości i kształtu kryształu. Z dokładnością do jednej sekundy w ciągu 30 lat, oscylatory kwarcowe zastąpiły wahadła w zegarach i były niedoścignione w dokładności przez lata, aż do lat 50-tych, kiedy zegary atomowe weszły do obrazu.

Kryształ kwarcu jako rezonator ma niesamowitą cnotę odwrotnej elektryczności. Oznacza to, że po odpowiednim przycięciu, uziemieniu, zamontowaniu i wyposażeniu w zaciski, będzie on reagował na przyłożone napięcie zmieniając nieznacznie kształt. Kiedy napięcie zostanie usunięte, powróci do swojej oryginalnej konfiguracji przestrzennej, generując napięcie, które może być zmierzone na zaciskach. Wibracja ta stanowi jego częstotliwość rezonansową.

Kryształ kwarcu ma jeszcze jedną zaletę, a mianowicie jest niedrogi, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w wielu aplikacjach, w tym w najlepszych na świecie oscyloskopach, analizatorach widma i generatorach częstotliwości arbitralnych.

.