Как работают кварцевые часы

Кристалл, который колеблется

Кварц — пьезоэлектрик: если его сжать, на нём появляется электрическое напряжение, а если подать напряжение — он слегка деформируется. Электронная схема подаёт на кристалл импульсы, и он начинает колебаться, как камертон, — с очень стабильной частотой, которая почти не зависит от внешних условий.

В наручных и настенных часах кристалл обычно вырезают в форме крошечного камертона и настраивают на частоту 32 768 колебаний в секунду^[1].

Делим пополам пятнадцать раз

Стрелке нужен один шаг в секунду, а не 32 768. Поэтому сигнал проходит через цепочку из 15 делителей: каждый уменьшает частоту вдвое.

32 768 → 16 384 → 8192 → 4096 → 2048 → 1024 → 512 → 256 → 128 → 64 → 32 → 16 → 8 → 4 → 2 → 1 импульс в секунду

Этот импульс подаётся на маленький шаговый двигатель, который и передвигает секундную стрелку.

Насколько точно

Типичный бытовой кварцевый механизм ошибается примерно на 15 секунд за 30 дней при температуре от 5 до 35 °C. Это намного точнее большинства механических часов.

История

• 1927 — Джозеф Хортон и Уоррен Маррисон из Bell Telephone Laboratories построили первые кварцевые часы. Их кристалл колебался 50 000 раз в секунду.
• 1969 — 25 декабря японская компания Seiko выпустила первые серийные кварцевые наручные часы — Quartz-Astron 35SQ. Они были в 100 раз точнее обычных механических, а их кристалл колебался с частотой 8192 Гц. Ключевые патенты, в том числе на кварцевый резонатор-камертон, Seiko сделала открытыми^[2].

Сегодня кварцевый генератор есть почти в любой электронике — в компьютерах, телефонах и приёмниках GPS, где точное время особенно важно.

Соберите пазл «Сборка наручных часов» в нашей игре Пазлум.