石英钟机芯工作原理

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一、石英钟机芯的构成及功能

尽管石英钟的种类很多，但无论是座式、挂式，还是有闹时、无闹时功能的，其内部石英钟机芯结构都大同小异。

二、石英钟机芯由机械传动和电子电路两大部分构成，方框图如附图所示。

1.石英晶振：其功能相当于机械钟的摆轮游丝，使电路产生稳定频率的振荡信号，是保证走时精度的关键元件。一般来说，晶振的频率越高，经分频后的秒脉冲精度越高，走时也就越准。

目前，市面流行的石英钟晶振频率分两类：一类为低频式，其振荡频率为32.768kHz；另一类为高频式，其振荡频率为4.1943MHz。为减少外界影响和增强抗震、抗冲击能力，制造时把振子密封在圆柱形的金属或玻璃壳内，仅留出引脚。

2.集成电路：与外围元件共同产生准确的基准频率，输出稳定的驱动信号和闹时信号。

集成电路一般均为CMOS器件，具有工作电压低、功耗小、抗干扰能力强、寿命长等特点。其内部含振荡、分频、窄脉冲形成、驱动和控制等部分。和晶振一样，也分高频与低频应用两类。

3.微调电容：其功能类似机械钟的快慢调校针，是为消除石英晶振的谐振频率本身的误差以及分布电容对振荡频率的影响而设计，采用外接电容来修正振荡频率，以此满足走时的精度。

石英钟走时偏快时，可增大该电容容量，相反，则减小电容容量。

4.步进电机：功能是将电能转换为机械能，电机定子线圈的铁芯均为高导磁率的坡莫合金材料。线圈的直流阻值，因不同的产品有所差异，一般为350～500Ω。

5.讯响器件：是将闹钟信号或报时信号转换为声响的器件。在集成电路的控制下，讯响信号发生电路输出并经放大后推动蜂鸣器或扬声器发声。

6.石英钟机芯工作过程简述：接通电源后，集成电路与其外围的石英晶振、调整电容等产生标准的4194304Hz或32768Hz振荡信号，经集成电路内部的分频电路、窄脉冲形成电


路处理后，通过驱动电路将脉冲信号加到步进电机，步进电机在秒脉冲驱动下，其定子线圈产生的磁场随脉冲的交替变化而变化，转子以每秒作 180°的步距角转动，进而带动传动齿轮使整个机械轮系及指针运作，显示时间。设定闹时功能后，在运转到设定的时间时，集成电路输出音频信号至讯响器件，发出闹时信号。

石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路，其频率精度决定了电子钟表的走时精度。石英晶体振荡器原理的示意如图3所示，其中V1和V2构成CMOS反相器石英晶体Q与振荡电容C1及微调电容C2构成振荡系统，这里石英晶体相当于电感。振荡系统的元件参数确定了振频率。一般Q、C1及C2均为外接元件。另外R1为反馈电阻，R2为振荡的稳定电阻，它们都集成在电路内部。故无法通过改变C1或C2的数值来调整走时精度。但此时仍可用加接一只电容C有方法，来改变振荡系统参数，以调整走时精度。根据电子钟表走时的快慢，调整电容有两种接法：若走时偏快，则可在石英晶体两端并接电容C，如图4所示。此时系统总电容加大，振荡频率变低，走时减慢。若走时偏慢，则可在晶体支路中串接电容C。如图5所示。此时系统的总电容减小，振荡频率变高，走时增快。只要经过耐心的反复试验，就可以调整走时精度。因此，晶振可用于时钟信号发生器

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