LC oszcillátorok.
Az LC oszcillátor az oszcillátorok olyan típusa, ahol egy LC (induktor-kondenzátor) tartályáramkört használnak az oszcillációk fenntartásához szükséges pozitív visszacsatolás biztosítására. Az LC tartály áramkört LC rezonáns áramkörnek vagy LC hangolt áramkörnek is nevezik. A tartós oszcillációra vonatkozó Barkhausen-kritérium szerint egy áramkör csak olyan frekvenciákon képes stabil oszcillációt fenntartani, amelyeken a rendszer hurokerősítése egyenlő vagy nagyobb, mint 1, és a bemenet és a kimenet közötti fáziseltolódás 0 vagy 2π egész számú többszöröse. Az LC oszcillátorok BJT, FET, MOSFET, opamp stb. segítségével valósíthatók meg. Az LC oszcillátorok tipikus alkalmazásai közé tartoznak az RF jelgenerátorok, frekvenciakeverők, tunerek, szinuszhullám-generátorok, RF modulátorok stb. Mielőtt részletesen bemutatnánk az LC oszcillátorokat, vessünk egy pillantást az LC tartály áramkörre.
LC tartály áramkör.
Bár az eredeti tartály áramkör egy párhuzamosan kapcsolt kondenzátort és induktort jelent, a kapcsoló és egy feszültségforrás a magyarázat megkönnyítése érdekében szerepel az áramkörben. Kezdetben feltételezzük, hogy az S kapcsoló 1-es helyzetben van. A kondenzátor feltöltődik egy V feszültségre, amely a feszültségforrás. Tegyük fel, hogy a kapcsolót az alábbi ábrán látható módon a 2. pozícióba helyezzük.
A C kondenzátor elkezd kisülni az induktoron keresztül L. A kondenzátoron keresztüli feszültség csökkenni kezd, és az induktoron keresztül folyó áram elkezd növekedni. A növekvő áram elektromágneses mezőt hoz létre a tekercs körül, és amikor a kondenzátor teljesen lemerül, a kondenzátorban tárolt elektrosztatikus energia teljes mértékben átkerül a tekercsbe elektromágneses mezőként. Mivel a kondenzátorban nincs több energia a tekercsen átfolyó áram fenntartásához, a tekercs körüli mező csökkenni kezd, és a tekercsen átfolyó áram csökken. Az elektromágneses indukció miatt az induktor L(di/dt) értékű ellenáramot hoz létre az áramváltozással szemben. Ez az ellen-EMF újra elkezdi tölteni a kondenzátort.
Amikor a kondenzátor teljesen feltöltődik, az egyszer az induktorban elektromágneses mezőként tárolt energia elektrosztatikus mezőként a kondenzátorba kerül. Ezután a kondenzátor ismét elkezd kisülni, és a ciklus megismétlődik. Ez a ciklikus energiaátvitel a kondenzátor és az induktor között az oka annak, hogy a tartálykörben rezgések keletkeznek.
Ha ideális kondenzátort és induktort használunk, ezek a rezgések az idő végéig fennmaradnak. Gyakorlati esetben azonban az induktornak van némi ohmos ellenállása, a kondenzátornak pedig némi szivárgás. Ezek a tökéletlenségek bizonyos mennyiségű energiát pazarolnak a ciklusok között, ami lépésről lépésre az amplitúdó csökkenését eredményezi, és végül az oszcillációk elhalnak. Ezt a fokozatos amplitúdócsökkenést, amely az oszcilláció halálához vezet, csillapításnak nevezzük. A csillapított LC-tartálykörben keletkező rezgések az alábbi ábrán látható módon fognak kinézni.
Egy gyakorlati LC-oszcillátorban a Barkahusen-kritériumon kívül valamilyen módon kompenzálni kell a tartálykörben elveszett energiát. Aktív elemek, például BJT, FET, opamp stb. alkalmazása az LC-oszcillátorban mindezen követelmények teljesítésének egyik módja. Az LC-oszcillátor áramkörben az aktív elemnek három alapvető feladata van.
- A szükséges nyereség megadása.
- Segítség a szükséges pozitív visszacsatolási feltételek elérésében.
- Kompenzálja a tartálykörben elveszett energiát.
LC oszcillátorok és típusai.
Hangolt kollektoros oszcillátor.
A hangolt kollektoros oszcillátor az LC oszcillátorok alaptípusának mondható. Itt egy transzformátor és egy kondenzátor párhuzamosan kapcsolódik az oszcillátor kollektoráramkörén keresztül. A transzformátor és a kondenzátor primerje alkotja az alapvető tartályáramkört. A transzformátor szekundere a tartálykörben előállított oszcillációk egy részét visszatáplálja a tranzisztor bázisára. Egy tipikus hangolt kollektoros oszcillátor áramköri diagramja az alábbi ábrán látható.
Hangolt bázisú oszcillátor.
A hangolt bázisú oszcillátor egyfajta LC tranzisztoros oszcillátor, ahol a hangolt áramkör a tranzisztor bázisa és földje között helyezkedik el. Egy transzformátor primer tekercse és egy kondenzátor alkotja a hangolt áramkört. A transzformátor szekunder tekercsét használják visszacsatolásra. A hangolt bázisú oszcillátor áramköri diagramja az alábbi ábrán látható.
Hartley-oszcillátor.
Colpitts-oszcillátor.
Clapp-oszcillátor.
