石英钟表：高频振荡的神奇利器

石英钟表

利用石英晶体的压电性质，可以产生频率极稳定的高频振荡。音叉手表中的音叉摆只能把1秒钟分成300份到720份，因为它的频率是300～720赫兹。石英晶体就不同了，它的振动频率可以从几千赫兹到几万、几百万赫兹，这样就可以把1秒钟分成几千、几万甚至几百万份，计时的准确度当然就很高了。

1967年，瑞士和日本分别研制成功第三代电子手表，这种手表的心脏就是振动的石英晶体。

在石英电子手表里振动的“石英摆”——石英振荡器（也叫“石英振子”、“水晶振子”），频率一般都是32768赫兹。高频石英手表里的振荡器频率已经达到4194304赫兹。它把1秒钟分成了400多万份，这种高频石英手表走上一年最多只差3秒钟！

由于石英电子手表里的石英振荡器频率很高，这就需要一套装置来对它“分频”——晶体振动若干次，它才发出一个信号。做这项工作，齿轮是望尘莫及的，只有求助于电子了。除此之外，维持石英振荡器的振荡、推动指针的转动也都要电子技术来做。所以，用石英当摆的手表，必须依靠电子技术。

石英电子手表（指针式石英电子手表）是由石英晶体振荡器、振荡电路、分频电路、放大电路、微型步进电机组成的。这么复杂的电路常常要由500～800个晶体管元件组成。要是一个个焊接起来，起码要装成一个大盒子，怎么戴在手上呢？

这就要依靠集成电路了。集成电路是个小片片。比如，有一种电子手表的晶振与分频互补电路，只有6平方毫米大，和一个火柴头差不多。(www.xing528.com)

不要小看这小小的集成电路，把它放到显微镜下就会看到它的奥秘。看！它的表面有一层银白色的斑纹，那是一层很有规则的图形，是连接电路元件的金属线。再仔细观察，你会看到在这些金属线下面有很多不同颜色的亮晶晶的区域，这些就是集成电路中的元器件，有的是晶体管，有的是电阻，紧凑地排列在硅片里。一个火柴头大小的集成电路中可以包含千百个晶体管元件，这个集成电路每隔1秒钟就输出一个脉冲电信号。

石英电子手表用的集成电路，一般都是“互补金属氧化物半导体集成电路”，简写为CMOS集成电路。这种集成电路能在火柴头大小的硅片上刻出1500个以上的晶体管元件呢！

从分频电路里每隔1秒送出一个信号，怎么用这个信号指示时间呢？能不能直接用它来推动电动机呢？可惜，这个信号电流太微弱了，需要加一个放大电路，把这股小信号变成强电流去推动电动机。

手表里的电动机是十分微小的，它用相当于头发丝十分之一粗细的导线绕成（这种导线有时长达50米），整个电机的直径有时只有几毫米。当每秒一次的电流通入线圈以后，电动机就会转动。看！电子表的秒针总是一跳一跳的，每跳一次恰好是1秒，那就是脉冲电流在起作用。这和北京站上的子母钟一样，不过那座钟是1分钟才跳一下，而石英钟和石英电子手表的秒针是1秒钟跳一次。这种电机运转起来很像迈开步伐前进的士兵，他们的每一步都是一样的。所以，人们给这种电机起了个名字叫“步进电动机”（步进马达）。

从表面上看，石英指针式电子表和机械手表差不多。仔细去看，它的秒钟是跳跃前进的。使用起来就会发现它的优越性了：这种手表用电池当动力，不用上弦，走时精度是普通机械手表的100倍，走上一年最多只能差3秒钟。