LC Oscillator Basics

LC oscillatorer används ofta för att generera högfrekventa vågor, därför kallas dessa också som RF-oscillatorer. Det är möjligt att producera frekvenserna vid högre intervall (över 500 MHz) med de praktiska värdena för induktorer och kondensatorer.

dessa typer av oscillatorer används i RF-generatorer, högfrekvent uppvärmning, radio-och TV-mottagare etc. Dessa oscillatorer använder en tankkrets bestående av induktor L och kondensator C-element. Innan vi diskuterar om LC-oscillatorkretsen och dess funktion, låt oss diskutera om den grundläggande driften av LC-tankkretsen.

kontur

LC Tankkrets

en tank eller oscillerande krets är en parallell form av induktor-och kondensatorelement som producerar de elektriska svängningarna med vilken önskad frekvens som helst. Båda dessa element kan lagra energi. När potentialskillnaden finns över en kondensatorplattor lagrar den energi i sitt elektriska fält.

På samma sätt, när strömmen strömmar grundligt en induktor, lagras energi i sitt magnetfält. Nedanstående figur visar en tankkrets i vilken induktor L och kondensator C är anslutna parallellt.

LC Tankkrets

arbeta med LC Tankkrets

Låt oss förstå begreppet elektriska svängningar som produceras av denna krets. Tänk på att kondensatorn initialt laddas med en likströmskälla med polariteterna övre plattan positiv och nedre plattan negativ såsom visas nedan.

detta representerar att den övre plattan har elektronbrist, medan den nedre plattan har överskott av elektroner. Därför finns potentiella skillnader mellan dessa två plattor.

Initial laddning av kondensator

  • Tänk på att denna laddade kondensator är ansluten över induktorn via en omkopplare S som visas i figur. När omkopplaren S är stängd rör sig det konventionella strömflödet eller elektronerna från platta A till B genom induktansspolen. Därför minskar den lagrade energin eller styrkan hos det elektriska fältet i kondensatorn.

laddad kondensator över induktorn

  • strömmen som strömmar genom induktorn inducerar en EMF som motsätter sig elektronflödet genom den. Detta strömflöde sätter upp ett magnetfält runt induktorn och börjar därmed lagra den magnetiska energin. När kondensatorn är helt urladdad blir ström eller elektronflöde genom spolen noll. Vid denna tidpunkt har magnetfältet maximalt värde och det finns inget elektriskt fält.

kondensator urladdning genom induktor

  • när kondensatorn är helt urladdat börjar magnetfältet runt induktorn kollapsa och producerar räknaren emf. Enligt Lenzs lag producerar denna räknare emf strömmen som börjar ladda kondensatorn med motsatt polaritet genom att göra plattans övre platta negativ och nedre platta positiv som visas i figur nedan.

Induktorfält kollapsar

  • när kondensatorn är fulladdad i motsatt riktning omvandlas hela magnetiska energin tillbaka till den elektriska energin i kondensatorn, dvs magnetisk energi kollapsas. Vid detta ögonblick börjar kondensatorn urladdning i motsatt riktning som visas i figur. Återigen är kondensatorn helt urladdad och denna process kommer att fortsätta.

kondensator urladdning i motsatt riktning

  • denna kontinuerliga laddnings-och urladdningsprocess resulterar i en alternerande rörelse av elektroner som bara är en oscillerande ström. Men dessa oscillationer av kondensatorn dämpas eftersom varje gång överföring av energi från L till C och C till L släpper ut energi i form av värme i spolens motstånd och i anslutningstrådarna i form av elektromagnetisk strålning. Dessa förluster minskar amplituden hos oscillerande ström gradvis tills den upphör. Dessa kallas exponentiellt förfallna svängningar eller dämpade svängningar.

exponentiellt ruttnande svängningar

frekvens av LC Oscillator

begreppet resonans

om kretsen med kondensator, induktor och motstånd är upphetsad med konstant spänning med tidsvarierande frekvens, varieras också reaktansen hos både induktor-motstånd rl och kondensatormotstånd RC. Således amplituden och frekvensen av utgången varieras jämfört med ingångssignalen.

den induktiva reaktansen är direkt proportionell mot frekvensen medan den kapacitiva reaktansen är omvänt proportionell mot frekvensen. Därför är induktorns kapacitiva reaktans vid lägre frekvenser mycket låg och fungerar som kortslutning medan den kapacitiva reaktansen är hög och fungerar som öppen krets.

vid högre frekvenser kommer omvänd att hända, dvs kapacitiv reaktans fungerar som kortslutning medan induktiv reaktans fungerar som öppen krets.

Vid en viss kombination av kondensator och induktor blir denna krets resonans eller avstämd krets som har en resonansfrekvens vid vilken både induktiv reaktans och kapacitiva reaktanser är identiska och avbryter med varandra.

därför kommer det bara att finnas motstånd i kretsen för att motsätta sig strömflödet och därför kommer det inte att finnas någon fasskiftström från spänningen med hjälp av en resonanskrets. Strömmen är i fas med spänningen.

de ihållande svängningarna kan erhållas genom att tillhandahålla tillförselenergin till L-och C-komponenter. Därför använder LC-oscillatorer denna tankkrets för att producera oscillationerna.

frekvensen av oscillationer som genereras av denna tankkrets beror helt på värdena på kondensator och induktor och deras resonansförhållande. Det kan uttryckas som

XL = 2π f L

XC = 1/ (2π f C)

Vid resonans, XL = XC

2π f L = 1/ (2π f C)

f2 = 1/ ((2π)2 L C)

f = 1/ (2π √ (LC))

Grundläggande Form av LC-Oscillator Kretsen

I denna oscillator, förstärkare och LC-filter nätverk kan konstrueras på flera olika sätt. Således är dessa oscillatorer kommer i olika former såsom Hartley oscillatorer, Armstrong oscillator, Colpitts oscillatorer, Clapp oscillatorer, etc. Innan vi diskuterar om alla dessa oscillatorer i ytterligare artiklar, låt oss lära oss några grundläggande arbeten med LC-oscillatorkretsen.

Som nämnts ovan består EN LC-oscillator av en förstärkare och avstämd LC-krets som återkopplingsnätverk. För LC-oscillatorkretsen kan förstärkarsteget byggas med hjälp av aktiva enheter som op-amp, bipolär junction transistor eller FET.

oscillatorns grundform visas nedan med förstärkarförstärkning A. återkopplingsnätet består av impedanser Z1, Z2 och Z3 som kan vara antingen kapacitans eller induktans. Detta återkopplingsnätverk levereras med förstärkarens utgång.

grundläggande LC Oscillatorkrets

förstärkarkretsen ger 180 grader fasförskjutning medan ytterligare fasförskjutning av 180 grader tillhandahålls av återkopplingskretsen för att uppfylla oscillationsförhållandena. Tänk på ekvivalentkretsen för LC-oscillatorn där Ro är förstärkarens utgångsmotstånd och ZL är belastningsimpedansen ansluten vid förstärkarens utgång.

LC Oscillator ekvivalent krets

förstärkarens allmänna förstärkningsuttryck för ovanstående krets med belastning (AL) och utan att överväga återkoppling ges av

AL = – a ZL / (Ro + ZL)

det negativa tecknet indikerar 180-fasförskjutningen i förstärkarsteget.

genom att överväga återkopplingen ges återkopplingsnätverksförstärkning av

Jacobsen = Z1/(Z1 + Z3)

men detta återkopplingsnätverk måste införa 180 – digressfasförskjutning och sedan

Jacobsen = – Z1/(Z1 + Z3)

för att tillfredsställa Barkhausen – tillståndet för oscillationer, – A kg måste vara lika med 1, då

a Kg = – a zl Z1/(ro + zl) 2 + Z3 (Z1 + Z3)

detta är det önskade slingförstärkningsuttrycket.

nu är belastningsimpedansen ZL = Z2 (Z1 + Z3) / (Z1 + Z2 + Z3)

lösa loopförstärkningsuttrycket med ZL då får vi

a Portugals = – a Z1 Z2 / (Ro (Z1 + Z2 + Z3) + Z2 (Z1 + Z3))

ersätter Z1 = J X1, Z2 = J X2 och Z3 = j x3

A X1 X2 / (JRO (x1 + x2 + x3) – X2 (X1 + X3))

för att producera 180-fasskiftet med detta återkopplingsnätverk måste den imaginära delen av nämnaren vara noll, dvs.,

(X1 + X2 + X3) = 0 Detta innebär att –X2 = X1 + X3

då blir ekvationen,

a kg = A X1 / (X1 + X3)

a kg = – A (X1 / X2)

men Barkhausen – villkoret är-en 0 = 1. Då

A (X1 / X2) = 1

detta betyder att X1 och X2 måste vara antingen induktiva eller kapacitiva (liknande typ av reaktans) och villkoret för oscillationer erhålls som

A = (X2 / X1)

För Hartley oscillator både X2 och X1 är induktorer medan Colpitts oscillatorer båda är kondensatorer. Och även-X3 = X1 + X2, så X3 är kondensator i Hartley oscillator och är en induktor i Colpitts oscillator.

exempel

ta reda på värdet på induktorn som behövs med en kondensator på 47 pF för en avstämd LC-oscillatorfrekvens på 22.7 MHz.
resonansfrekvensen för LC-oscillatorn är

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.