LC-Oszillatoren.
LC-Oszillatoren sind eine Art von Oszillatoren, bei denen eine LC-Tankschaltung (Induktor-Kondensator) verwendet wird, um die erforderliche positive Rückkopplung zur Aufrechterhaltung der Schwingungen zu gewährleisten. Der LC-Tankkreis wird auch als LC-Resonanzkreis oder LC-Stimmkreis bezeichnet. Nach dem Barkhausen-Kriterium für Dauerschwingungen hält ein Kreis nur bei Frequenzen stabile Schwingungen aufrecht, bei denen die Schleifenverstärkung des Systems gleich oder größer als 1 ist und die Phasenverschiebung zwischen Eingang und Ausgang 0 oder ein ganzzahliges Vielfaches von 2π beträgt. LC-Oszillatoren können mit BJT, FET, MOSFET, Operationsverstärkern usw. realisiert werden. Typische Anwendungen von LC-Oszillatoren sind HF-Signalgeneratoren, Frequenzmischer, Tuner, Sinusgeneratoren, HF-Modulatoren usw. Bevor wir uns den LC-Oszillatoren im Detail zuwenden, wollen wir einen Blick auf die LC-Tankschaltung werfen.
LC-Tankschaltung.
Obwohl die ursprüngliche Tankschaltung aus einem Kondensator und einer Induktivität besteht, die parallel geschaltet sind, werden der Einfachheit halber der Schalter und eine Spannungsquelle in die Schaltung einbezogen. Zunächst wird angenommen, dass sich der Schalter S in Stellung 1 befindet. Der Kondensator wird auf eine Spannung V aufgeladen, die die Spannungsquelle darstellt. Angenommen, der Schalter wird in die Stellung 2 gebracht, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Der Kondensator C beginnt sich über die Spule L zu entladen. Die Spannung am Kondensator beginnt zu sinken und der Strom durch die Spule zu steigen. Der zunehmende Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld um die Spule, und wenn der Kondensator vollständig entladen ist, wird die im Kondensator gespeicherte elektrostatische Energie vollständig als elektromagnetisches Feld in die Spule übertragen. Da der Kondensator keine Energie mehr enthält, um den Strom durch die Spule aufrechtzuerhalten, beginnt das Feld um die Spule abzufallen, und der Strom durch die Spule nimmt tendenziell ab. Aufgrund der elektromagnetischen Induktion erzeugt die Spule eine Gegen-EMK in Höhe von L(di/dt), um der Stromänderung entgegenzuwirken. Diese Gegen-EMK lädt den Kondensator wieder auf.
Wenn der Kondensator vollständig aufgeladen ist, wird die Energie, die einst in der Spule als elektromagnetisches Feld gespeichert war, als elektrostatisches Feld in den Kondensator übertragen. Dann entlädt sich der Kondensator wieder und der Zyklus wiederholt sich. Dieser zyklische Energietransfer zwischen Kondensator und Induktor ist der Grund für die Erzeugung von Schwingungen im Tankkreis.
Wenn ein idealer Kondensator und ein idealer Induktor verwendet werden, bleiben diese Schwingungen bis zum Ende der Zeit erhalten. Aber in der Praxis hat die Induktivität einen gewissen ohmschen Widerstand und der Kondensator hat einen gewissen Leckstrom. Diese Unzulänglichkeiten führen dazu, dass zwischen den Zyklen eine gewisse Energiemenge verschwendet wird, wodurch die Amplitude schrittweise abnimmt und die Schwingungen schließlich aussterben. Dieses allmähliche Abklingen der Amplitude, das zum Absterben einer Schwingung führt, wird Dämpfung genannt. Die in einem gedämpften LC-Tankkreis erzeugten Oszillationen sehen wie in der folgenden Abbildung dargestellt aus.
In einem praktischen LC-Oszillator muss es zusätzlich zum Barkahusen-Kriterium einige Mittel geben, um die im Tankkreis verlorene Energie zu kompensieren. Der Einsatz aktiver Elemente wie BJT, FET, Operationsverstärker usw. in einem LC-Oszillator ist eine Möglichkeit, all diese Anforderungen zu erfüllen. Das aktive Element in einer LC-Oszillatorschaltung hat drei wesentliche Aufgaben.
- Die notwendige Verstärkung zu liefern.
- Die erforderlichen positiven Rückkopplungsbedingungen zu erreichen.
- Die in der Tankschaltung verlorene Energie zu kompensieren.
LC-Oszillatoren und Typen.
Gestimmter Kollektor-Oszillator.
Der gestimmte Kollektor-Oszillator kann als der Grundtyp von LC-Oszillatoren bezeichnet werden. Hier sind ein Transformator und ein Kondensator parallel über den Kollektorkreis des Oszillators geschaltet. Die Primärseite des Transformators und der Kondensator bilden den wesentlichen Tankkreis. Die Sekundärseite des Transformators speist einen Teil der im Tankkreis erzeugten Schwingungen in die Basis des Transistors zurück. Das Schaltbild eines typischen Oszillators mit abgestimmtem Kollektor ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Oszillator mit abgestimmter Basis.
Der Oszillator mit abgestimmter Basis ist eine Art von LC-Transistor-Oszillator, bei dem der abgestimmte Kreis zwischen der Basis und der Masse des Transistors angeordnet ist. Die Primärspule eines Transformators und ein Kondensator bilden den Schwingkreis. Die Sekundärspule des Transformators wird zur Rückkopplung verwendet. Das Schaltbild eines Oszillators mit abgestimmter Basis ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Hartley-Oszillator.
Colpitts-Oszillator.
Clapp-Oszillator.
