Почему кварц задаёт часы так точно
Кварцевый кристалл — не просто источник колебаний: он помогает электрической схеме удерживать одну устойчивую частоту. Под действием напряжения кварц слегка меняет форму, а при обратной деформации сам создаёт электрический сигнал. Это свойство называется пьезоэлектрическим эффектом. Если схема подаёт сигнал обратно на кристалл, возникает непрерывная «петля»: кристалл колеблется, а электрическая цепь поддерживает его движение.
Частота зависит от размеров и формы кристалла. В часах его делают похожим на крошечный камертон: такой элемент удобно настроить на частые колебания и поместить в корпус. Кристалл резко откликается на свою резонансную частоту — ту, на которой ему легче всего вибрировать, — поэтому случайные помехи меньше сбивают ритм.
Как тысячи колебаний превращаются в секунду
Для часового механизма исходная частота слишком велика. Электронная микросхема делит её пополам снова и снова. После одного деления остаётся половина колебаний, после двух — четверть, и так далее. Пятнадцать делений превращают 32 768 колебаний в один импульс в секунду: 32 768 — это 2 в пятнадцатой степени.
Этот импульс и становится удобной единицей отсчёта. В аналоговых часах он управляет шаговым двигателем, который передвигает стрелку; в цифровых — обновляет счётчик секунд. Делить частоту на два особенно просто электронной схеме, поэтому значение выбрано не произвольно: оно позволяет получить секундный ритм цепочкой одинаковых операций.
Кварц не задаёт время абсолютно безошибочно: температура и свойства самого кристалла немного меняют его частоту. Но благодаря стабильному резонансу часы могут отсчитывать секунды без громоздкого механизма — достаточно маленького кристалла и микросхемы, превращающей его быстрый ритм в один импульс за секунду.
