LC oscilátory.
LC oscilátor je typ oscilátoru, kde se pro zajištění potřebné kladné zpětné vazby pro udržení oscilací používá tankový obvod LC (induktor-kondenzátor). LC tankový obvod se také označuje jako LC rezonanční obvod nebo LC laděný obvod. Podle Barkhausenova kritéria pro udržení oscilací bude obvod udržovat stabilní oscilace pouze pro frekvence, při kterých je zesílení smyčky systému rovno nebo větší než 1 a fázový posun mezi vstupem a výstupem je 0 nebo integrální násobek 2π. LC oscilátory lze realizovat pomocí BJT, FET, MOSFET, opamp atd. Mezi typické aplikace LC oscilátorů patří generátory VF signálů, frekvenční směšovače, ladičky, generátory sinusových vln, VF modulátory atd. Než se budeme LC oscilátory zabývat podrobněji, podívejme se na LC tankový obvod.
LC tankový obvod.
Ačkoli původní tankový obvod znamená paralelně zapojený kondenzátor a induktor, pro snazší vysvětlení je do obvodu zahrnut spínač a zdroj napětí. Zpočátku se předpokládá, že spínač S je v poloze 1. Kondenzátor se nabije na napětí V, které představuje zdroj napětí. Předpokládejme, že spínač je přesunut do polohy 2, jak je znázorněno na obrázku níže.
Kondenzátor C se začne vybíjet přes induktor L. Napětí na kondenzátoru začne klesat a proud induktorem začne růst. Rostoucí proud vytvoří kolem cívky elektromagnetické pole a po úplném vybití kondenzátoru se elektrostatická energie uložená v kondenzátoru plně přenese do cívky jako elektromagnetické pole. Protože v kondenzátoru již není energie, která by udržovala proud cívkou, začne pole kolem cívky klesat a proud cívkou má tendenci se snižovat. V důsledku elektromagnetické indukce bude induktor vytvářet zpětné napětí rovné L(di/dt), aby se postavil proti změně proudu. Toto zpětné emf začne kondenzátor opět nabíjet.
Když je kondenzátor plně nabitý , energie kdysi uložená v induktoru jako elektromagnetické pole se přesune do kondenzátoru jako elektrostatické pole. Pak se kondenzátor začne opět vybíjet a cyklus se opakuje. Tento cyklický přenos energie mezi kondenzátorem a induktorem je příčinou vzniku oscilací v obvodu nádrže.
Použijeme-li ideální kondenzátor a induktor, budou tyto oscilace trvat až do konce času. V praktickém případě však bude mít induktor určitý ohmický odpor a kondenzátor bude mít určité množství úniku. Tyto nedokonalosti budou mezi jednotlivými cykly ztrácet určité množství energie, což povede k postupné ztrátě amplitudy a nakonec oscilace zaniknou. Tento postupný úbytek amplitudy, který směřuje k zániku kmitů, se nazývá tlumení. Kmitání vznikající v tlumeném LC obvodu s nádrží budou vypadat tak, jak je znázorněno na následujícím obrázku.
V praktickém LC oscilátoru musí kromě Barkahusenova kritéria existovat nějaký prostředek pro kompenzaci ztrát energie v obvodu s nádrží. Aplikace aktivních prvků, jako jsou BJT, FET, opamp atd. v LC oscilátoru je způsob, jak všechny tyto požadavky splnit. Aktivní prvek v obvodu LC oscilátoru má tři základní úkoly.
- Dávat potřebné zesílení.
- Pomáhat při dosažení požadovaných podmínek kladné zpětné vazby.
- Kompenzovat energii ztracenou v obvodu nádrže.
LC oscilátory a typy.
Vyladěný kolektorový oscilátor.
Vyladěný kolektorový oscilátor lze považovat za základní typ LC oscilátorů. Zde je přes kolektorový obvod oscilátoru paralelně zapojen transformátor a kondenzátor. Primár transformátoru a kondenzátor tvoří základní obvod nádrže. Sekundár transformátoru přivádí zpět část kmitů vzniklých v obvodu nádrže do báze tranzistoru. Schéma zapojení typického naladěného kolektorového oscilátoru je znázorněno na následujícím obrázku.
Oscilátor s naladěnou bází.
Oscilátor s naladěnou bází je druh LC tranzistorového oscilátoru, kde je naladěný obvod umístěn mezi bází a zemí tranzistoru. Primární cívka transformátoru a kondenzátor tvoří laděný obvod. Sekundární cívka transformátoru se používá pro zpětnou vazbu. Schéma zapojení oscilátoru s naladěnou bází je uvedeno na následujícím obrázku.
Hartleyho oscilátor.
Colpittsův oscilátor.
Clappův oscilátor.
.