Vad är klockoscillatorer?

Klockoscillatorer är elektroniska kretsar som används för att tidisera vissa händelser. De kan användas för att kontrollera hastigheten med vilken den andra handen på en klocka ticks. Dessa enheter kan tillverkas av ett antal material, även om det vanligaste och mest exakta materialet är kvartskristall. Dessa enheter använder en elektronisk stimulans för att skapa en mekanisk rörelse.

Att applicera en elektrisk ström på en klockoscillator får den att vibrera eller svänga vid sin naturliga frekvens. Den naturliga frekvensen för material som ofta används i dessa kretsar är en smal och stabil. Den styva svängningsfrekvensen innebär att ingenjörerna kan använda den numeriska informationen om den frekvensen när de bestämmer tidpunkten för klockoscillatorer. Frekvensen kan användas för att markera sekunder eller andra tidsenheter med en enkel matematisk formel och enhetens kända frekvens. Datorer, radiosändare och radiomottagare använder klockoscillatorer för att kontrollera timing.

Tiden kan mätas med hjälp av klockoscillatorer. Oscillatorns material, vare sig det är kvarts, keramik eller annat stabilt material, oscillerar med en förutsägbar hastighet när en elektrisk stimulans appliceras på den. Oscillatorns naturliga frekvens kan ändras utifrån materialets form, storlek och skärning, vilket innebär att oscillatorn måste testas och kalibreras före användning. De flesta klockoscillatorer som används i klockor är formade som avstämningsgafflar.

Kvartskristallen är den vanligaste enheten som används i klockoscillatorer eftersom den har en mycket exakt naturlig frekvens. Kvartskristall är inte heller särskilt reaktiv på kemikalier, så mycket liten förändring i kristallstrukturen händer över tid, vilket gör kvartskristalloscillatorer exakta under många år. Även om temperatur och tryck kan påverka signalens intervall, kan anpassningar till kristallen och dess krets minska effekterna av dessa externa förändringar.

Principen som användes i klockoscillatorer upptäcktes först av Curie-bröderna 1880. Kallade den piezoelektriska effekten, omvandlingen av elektricitet till mekanisk rörelse eller tvärtom - den omvända piezoelektriska effekten. Denna metod för att generera rörelse var mycket mer stabil än äldre modeller, som enbart förlitade sig på mekanik. En av de första branscherna som omfamnade konceptet med den piezoelektriska effekten var klockindustrin, som bytte från mekaniska klockor som krävde lindning till kristallklockoscillatorer som höll tid med mycket liten nedbrytning.