如何計算晶體振蕩器的品質(zhì)因數(shù)Q值

 如何計算晶體振蕩器的品質(zhì)因數(shù)Q值呢？我們舉例說明。

石英晶體具有以下值：Rs =6.4Ω，Cs = 0.09972pF和Ls = 2.546mH。如果兩端電容為Cp，則測得的Cp為28.68pF，計算出晶體的基本振蕩頻率及其次級諧振頻率。

將晶體串聯(lián)諧振頻率，ƒ小號

晶體的并聯(lián)諧振頻率，ƒ P

我們可以看到ƒs，晶體的基頻和ƒp之間的差異很小，約為18kHz（10.005MHz – 9.987MHz）。但是，在此頻率范圍內(nèi)，晶體的Q因子（品質(zhì)因數(shù)），因為晶體的電感遠(yuǎn)高于其電容或電阻值。晶體在串聯(lián)諧振頻率下的Q因子為：

晶體振蕩器的Q因子

那么，我們晶體實例的Q因子約為25,000，這是因為X L / R比率很高。大多數(shù)晶體的Q因子在20,000到200,000范圍內(nèi)，而我們之前看過的一個很好的LC調(diào)諧諧振電路要遠(yuǎn)小于1,000。這個高Q值還有助于提高晶體在其工作頻率下的頻率穩(wěn)定性，使其非常適合構(gòu)建晶體振蕩器電路。

因此，我們已經(jīng)看到，石英晶體的諧振頻率（晶體諧振器XTAL）類似于電調(diào)諧LC諧振電路的諧振頻率，但具有更高的Q因子。這主要是由于其低串聯(lián)電阻Rs。結(jié)果，石英晶體成為用于振蕩器，尤其是非常高頻率的振蕩器的非常好組件選擇。

典型的晶體振蕩器的振蕩頻率范圍從大約40kHz到超過100MHz，這取決于它們的電路配置和所用的放大設(shè)備。晶體的切割還決定了晶體的行為，因為某些晶體會以一種以上的頻率振動，從而產(chǎn)生稱為泛音的額外振蕩。

另外，如果晶體的厚度不平行或不均勻，則它可能具有兩個或多個諧振頻率，兩者的基頻都會產(chǎn)生所謂的諧波和二次諧波，例如二次諧波或三次諧波。

通常，盡管石英晶體的基本振蕩頻率要比其周圍的二次諧波更強或更明顯，所以這將是使用的頻率。我們在上圖中看到，晶體等效電路具有三個電抗組件，兩個電容器和一個電感器，因此存在兩個諧振頻率，*低的是串聯(lián)諧振頻率，較高的是并聯(lián)諧振頻率。

我們在前面的教程中已經(jīng)看到，如果放大器電路的環(huán)路增益大于或等于1且反饋為正，則它將振蕩。在石英晶體振蕩器電路中，振蕩器將以晶體的基本并聯(lián)諧振頻率振蕩，因為當(dāng)向其施加電壓源時晶體總是希望振蕩。

但是，也可以將晶體振蕩器“調(diào)諧”到基頻的任何偶次諧波（第二，第四，第八等），這些通常被稱為諧波振蕩器（晶體諧振器型號），而泛音振蕩器則以基頻的奇數(shù)倍振動。 ，3rd，5th，11th等）。通常，以泛音頻率工作的晶體振蕩器使用其串聯(lián)諧振頻率來工作。