电子钟表发展历程及多功能应用

电子钟表

人们掌握了电的振荡特性以后，就开始用电的振荡来制造钟表了。

电子钟表的突出特点是用电的振荡决定走时精度，以至完全代替了机械手表中的游丝、摆轮。并且用电能代替了原来的机械发条。一般说来，人类的计时工具发展到现在可以分为两大类，一类是机械钟表，另一类是电子钟表，后面我们将要讲到的晶体钟、原子钟都可算作高级的电子钟表。这里我们首先谈一谈世界上已开始广泛应用的电子手表。

普通手表，我们比较熟悉，而电子手表却有些陌生。电子手表是制表工业上的一朵鲜艳的新花。一只新型的电子手表，表面上有6位数字，分别显示时、分、秒，按下一个旋扭时，表面上的时、分、秒显示，立刻变成月、日、星期显示。它还能根据相应的月份，自动判断出28天、30天或31天。夜间看表时，只要按一下另一个旋扭，表内小灯就会发光，照亮表面数字，非常精妙。

电子手表在它们的“钟表兄弟”中，算是资历最短的一个了，但是它的发展却很迅速，从刃年代中期瑞士制成了第一代电子手表以来，短短的20几年中，已经过了4代的演化过程。

原始的电子手表，即第一代电子手表，是电子手表和机械手表相结合的产物，游丝摆轮和电的振荡并存。不过走时精度不再决定于游丝的摆轮，而是决定于电的振荡了。因为还有游丝和摆轮，故把第一代电子手表叫做“游丝摆轮式电子手表”。

第一代电子手表的基本工作原理是这样的:微型电池给晶体管振荡器提供能量，使之产生并维持振荡。在振荡过程中，电感线圈的磁场发生周期性的变化，作用于摆轮上的永久磁铁，推动摆轮，使它按着磁场变化的周期(即振荡周期)来回摆动，再通过齿轮系统带动指针转动，指示出时间来。

第一代电子手表还是很粗糙的，它的走时误差为每天15秒左右，与机械手表相比，还看不出很大的优越性，但它却是一个很有生命力的新生事物，必将不断地发展和完善。

在第一代电子手表的基础上，出现了第二代电子手表，称为“音叉式电子手表”。

我们知道，在第一代电子手表中，振荡的频率主要是由回路的电容和电感决定的，它们的数值仍不够稳定，比如像在机械手表中一样，温度就是一个很重要的影响因素。为了提高计时精度，需要尽可能地使振荡频率稳定，人们就设法寻找稳定振荡频率的方法，作为稳频元件，首先采用的就是“音叉”。

医生检查听力的时候，用一个小锤子敲的那个东西就是音叉。医生把用小锤击过的音叉放在患者的耳边，在一段时间内，患者耳边就响起持续的“嗡嗡……”的声音，这说明音叉产生了振动。如果音叉是用受温度影响很小的金属材料制成的，这种振动就是很稳定的。(www.xing528.com)

当然，用来制造“音叉式电子手表”中的音叉，要比医生手里拿着的音叉小得多了，音叉式电子手表是怎样工作的呢?电池向振荡器供电后，振荡器就发生了振荡，电感线圈的磁场和固定在音叉两臂顶端的磁钢相互作用，驱动音叉振动起来，它的振动频率反过来又去控制振荡器的振荡频率，使整个振荡系统的振荡频率主要决定于音叉的振动频率，这就是所谓的稳频作用。音叉的一个臂伸出一个推爪，音叉振动时，它就推动计数轮，使整个齿轮系统转动起来，带动指针走动。

在音叉式电子手表中，已经割掉了传统的游丝、摆轮系统的尾巴，向着更高一级的方向发展，走时精度也相应地提高了，每天误差在5秒以内。

第三代电子手表是指针式石英手表。

音叉式电子手表的走时精度是提高了，但是它仍不能满足人们对精确时间的要求，人们开始采用更为理想的稳频元件———石英晶体。石英晶体具有十分稳定的物理和化学性能，它的稳频效果极佳。

第三代电子手表主要是由微型电池、石英晶体、集成电路、微型马达和齿轮、指示系统构成的。

石英晶体作为振荡电路中的一个稳频元件，接通电源以后和集成电路一起形成振荡，产生一个非常稳定的3Z佃赫兹的信号，也是通过集成电路将它变换成每秒振荡一次(1赫兹)的信号，并放大到足够强度，推动微型马达，带动齿轮、指针转动。

第四代电子手表仍然用石英晶体作为稳频元件，但它的机械结构已经减到了最少程度，连传统的齿轮、指针都不见了。代替齿轮的是集成电路，代替指针的是发光二极管或其他显示元件。人们称第四代电子手表为“数字显示石英手表”。

在人类制表的历史上，由于用了石英晶体作为稳频元件，又采用集成电路，使手表的制造发生了重大变革。石英手表是当前世界上走时精度最高的手表，每天误差只有0.1秒，1年还不超过半分钟。同时，它能自动走时，使用方便，形式新颖、美观、大方，使得它的钟表伙伴们相形见拙。

目前，电子手表正在向着高精度、薄型、小型、多功能方面发展。有些电子手表的功能竟达20种之多，除了显示时、分、秒，日、周、月外，还能显示出世界时，有的还能作为闹表、跑表使用。

在能源方面，现在人们已经研究出了光电池和太阳能电池，用来代替原来的微型电池，并且正在研究用人体体温作为电子手表新能源的途径，这是一种更为方便、更加实用的方法。