W wielu dziedzinach elektroniki napotykamy na potrzebę generowania fali o zadanej częstotliwości, warto więc znać zasadę działania takiego układu i dlatego przedstawiamy jeden z najprostszych oscylatorów bazujących na elementach LC – oscylator Colpittsa
Obecnie stosuje się przede wszystkim oscylatory RC, czyli takie w których częstotliwość określają parametry układu złożonego z opornika i kondensatora. Są łatwe w strojeniu, mało wrażliwe na warunki zewnętrzne, łatwo realizuje się je jako elementy układu scalonego (na zewnątrz jest tylko kondensator), jednak wymagają one większej liczby elementów składowych, dlatego zasadę działania znacznie lepiej przedstawić na przykładzie oscylatora LC – czyli takiego w którym częstotliwość jest ustalana typowym obwodem rezonansowym złożonym z cewki i kondensatora.
Działanie takiego obwodu rezonansowego pokazane jest na ilustracji. Kondensator na którym zmagazynowany jest ładunek elektryczny rozładowuje się przez cewkę wzbudzając w niej pole magnetyczne.
Pole magnetyczne magazynuje energię oddając ją poprzez wzbudzanie przepływu prądu elektrycznego. Pod tym względem zachowuje się jak swego rodzaju bezwładność prądu lub magazyn pędu ładunków elektrycznych. Dlatego gdy kondensator się rozładuje, prąd nadal będzie płynął kosztem słabnącego pola magnetycznego, ładując kondensator przeciwnie niż był naładowany na początku. Gdy pole magnetyczne zaniknie zupełnie i prąd przestanie płynąć, kondensator może znów zacząć się rozładowywać wzbudzając przeciwnie skierowane pole magnetyczne.
Częstotliwość drgań prądu zależy od pojemności kondensatora i indukcyjności cewki.
Cykliczne ładowanie i rozładowywanie kondensatora mogłoby się powtarzać w nieskończoność, gdyby nie straty energii na oporności przewodów oraz wypromieniowywanie energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego – fali radiowej.
Jeśli chcemy uzyskać generator drgań, ubytki energii musimy uzupełniać, włączając obwód rezonansowy w pętlę sprzężenia zwrotnego jakiegoś wzmacniacza odwracającego, tak by obwód rezonansowy był pompowany energią rytm jego drgań. Jako wzmacniacz możemy zastosować pojedynczy tranzystor, jednak obwód rezonansowy musimy nieco zmodyfikować przed dołączeniem do wzmacniacza.
Jedną z takich modyfikacji, jest podzielenie kondensatora i dołączenie masy wzmacniacza do „środka” pojemności1.
Taki oscylator możemy stosować wszędzie tam gdzie potrzebujemy drgań o częstotliwościach od kilkudziesięciu kiloherców do kilku megaherców. Pewnym problemem może być samodzielne przygotowanie cewek o zadanych indukcyjnościach, ponieważ ich parametry zależą nie tylko od liczby zwojów, ale także od kształtu, a nawet od właściwości magnetycznych otoczenia. Dla kilku sposobów nawinięcia – możemy znaleźć odpowiednie kalkulatory w Internecie, jednak traktowałbym je raczej jako sposoby na oszacowanie indukcyjności, którą warto po prostu zmierzyć.