Cosa sono gli oscillatori di clock?
Gli oscillatori di clock sono circuiti elettronici che vengono utilizzati per cronometrare determinati eventi. Possono essere utilizzati per controllare la velocità con cui scorre la lancetta dei secondi di un orologio. Questi dispositivi possono essere realizzati con numerosi materiali, sebbene il materiale più comune e preciso sia il cristallo di quarzo. Questi dispositivi usano uno stimolo elettronico per creare un movimento meccanico.
L'applicazione di una corrente elettrica a un oscillatore di clock fa vibrare o oscillare alla sua frequenza naturale. La frequenza naturale dei materiali comunemente usati in questi circuiti è stretta e stabile. La rigida frequenza di oscillazione significa che gli ingegneri possono utilizzare le informazioni numeriche su quella frequenza quando determinano il timing degli oscillatori di clock. La frequenza può essere utilizzata per contrassegnare secondi o altre unità di tempo usando una semplice formula matematica e la frequenza nota del dispositivo. Computer, trasmettitori radio e ricevitori radio utilizzano oscillatori di clock per controllare i tempi.
Il tempo può essere misurato usando gli oscillatori di clock. Il materiale dell'oscillatore, al quarzo, in ceramica o in altro materiale stabile, oscilla a una velocità prevedibile quando viene applicato uno stimolo elettrico. La frequenza naturale dell'oscillatore può cambiare in base alla forma, alle dimensioni e al taglio del materiale, il che significa che l'oscillatore deve essere testato e calibrato prima dell'uso. La maggior parte degli oscillatori di clock utilizzati negli orologi hanno la forma di forcelle di sintonia.
Il cristallo di quarzo è il dispositivo più comune utilizzato negli oscillatori di clock perché ha una frequenza naturale molto precisa. Il cristallo di quarzo non è inoltre particolarmente reattivo ai prodotti chimici, quindi nel tempo si verificano pochissimi cambiamenti nella struttura del cristallo, rendendo accurati gli oscillatori del cristallo di quarzo per un gran numero di anni. Sebbene la temperatura e la pressione possano influenzare la gamma di segnali che verranno rilevati, gli adattamenti al cristallo e al suo circuito possono ridurre gli effetti di questi cambiamenti esterni.
Il principio usato negli oscillatori di clock fu scoperto per la prima volta dai fratelli Curie nel 1880. Chiamato effetto piezoelettrico, la conversione dell'elettricità in movimento meccanico o l'opposto - l'effetto piezoelettrico inverso. Questo metodo di generazione del movimento era molto più stabile rispetto ai modelli più vecchi, che si basavano esclusivamente sulla meccanica. Una delle prime industrie ad abbracciare il concetto dell'effetto piezoelettrico è stata l'industria dell'orologeria, che è passata da orologi meccanici che richiedevano avvolgimenti a oscillatori di orologi a cristallo che mantenevano il tempo con un minimo degrado.