Иллюстрация: Максим Чатский

Сердце электронных часов — кварцевый генератор. Он вырабатывает электрические импульсы с высокой точностью. Как маятник у механических часов, только работает  гораздо быстрее.

Пьезоэлектрический эффект так же используется:

  • — в пьезозажигалках для получения искры,
  • — в микрофонах для преобразования звуковых волн в электромагнитные,
  • — для сверхточного управления положения головки жесткого диска,
  • — для подачи чернил в некоторых типах струйных принтеров.

Работу кварцевого генератора обеспечивает пьезоэлектрический эффект. Кварц — это такой кристалл, который изменяет свою форму, когда по нему проходит электричество, и наоборот: при изменении своей формы он вырабатывает электричество обратно.

Главная деталь генератора — пластинка из кварца нужного размера. От размера зависит частота собственных механических колебаний пластинки. Эту пластину закрепляют между двумя электродами, на которые подается переменный ток. Пластинка сгибается от тока и при разгибании сама вырабатывает электрический импульс. Частота этих импульсов равна частоте разгибаний – собственных механических колебаний пластинки.

Для электронных часов обычно используются генераторы с частотой 32768 герц, это 32768 импульсов в секунду. Такая частота удобна с технологической точки зрения, ведь это 2 в 15 степени. Чтобы понизить эту частоту до 1 герца надо уменьшить частоту в два раза 15 раз подряд.

Время течет куда медленнее, чем генератор вырабатывает электрические импульсы. Значит, нужно уменьшить количество импульсов до одного в секунду (1 герц). Для этого используется делитель частоты. Это электронная схема, которая уменьшает частоту входящих сигналов. На входе мы получаем 32768 герц, а на выходе — 1 герц. То, что нужно — часы могут показывать секунды.

Чтобы вывести время у нас есть три цифровых дисплея: секунды, минуты и часы. Раз в секунду мы получаем электрический импульс, который отправляем на дисплей с секундами, его значение увеличивается на один. Параллельно этот импульс отправляем на следующий делитель частоты, который уменьшает частоту в 60 раз: получаются минуты и отправляются на дисплей с минутами. Следующий делитель обеспечивает дисплей с часами.

Электронные часы со стрелками работают почти так же, только обходятся одним делителем. Электрический импульс раз в секунду приходит на миниатюрный электрический двигатель. Тот поворачивает шестеренку, двигающую секундную стрелку. Дальше работает механика: все преобразования для минутной и часовой стрелок идут через систему шестеренок.