石英手表是以
石英谐振器制作的手表,分电子式石英手表、机械式石英手表两类,石英手表均有指针式、数字式和双显式3种。石英
电子手表以电池为能源。
产品分类
①指针式和数字式石英手表的基本构成(见图)。指针式石英手表又称模拟式石英手表。具有传统
机械手表的指针式表盘面。根据需要,可以制成三针或两针,可以附加单历或双历。是一种受欢迎的石英手表。数字式石英手表不用指针而是用
数字显示时间。
显示方式有两种。一种是
发光二极管显示(简称LED),因耗电大,现已不再使用;另一种是液晶显示(简称
LCD),为大多数数字式石英手表采用。它耗电小,结构简单,成本低。但液晶显示属于被动发光,在黑暗中要有表内照明才能看见数字,同时液晶视角较小。双显石英手表综合了以上两种石英手表的优点。它既有指针式石英手表的指针,又有数字显示,功能齐全。
指针式和数字式石英手表的共同特点是:能源都是采用电池,常用
氧化银电池或汞电池;时间基准都是采用石英振荡器,频率一般为 32768Hz。为了从这个频率获得时间的
基本单位──秒、分和小时,采用中大规模互补型金属氧化物半导体集成电路,即
CMOS集成电路。这两种手表的最大差异在于:指针式石英手表中,为了把
电信号转变为指针的转动来指示时间,采用了作为换能器的
微型步进电机以及齿轮
传动系统;数字式石英手表中则采用数字
液晶显示器件,并在电路中设有相应的控制电路和升压电路等。
产品区别
基本结构
关于 指针式和数字式石英钟的基本构成。石英钟的结构特点与石英手表相似,但由于石英钟可以采用较大容量的电池或以交流供电,所以可以使用
发光二极管来显示时间,
显示颜色鲜艳。数字式石英钟也可以制成大型钟,用在室外。液晶显示只适用于小型省电的石英钟。此外,石英钟的石英
振荡器多数采用具有较好温度
频率特性的4.19MHz的
石英谐振器,也有采用32768Hz石英谐振器的;钟内经常附加音乐报时等功能;
步进电机具有较大的输出力矩等。这些都是为了适应石英钟钟面较大、
使用环境复杂等情况而设计的。
石英钟表主要由石英谐振器、
集成电路、步进电机(用于指针式)、
液晶显示屏(用于数字式)、手表电池或
交流电源组成,此外还包括
导电橡胶、
微调电容、照明灯泡、
蜂鸣器等元件。
主要部件
石英谐振器 又称
石英振子。由
化学成分为SiO2的
人造石英晶体,按照一定的切割形式并经特殊加工制成的。利用它的正负压
电效应并与电子线路连接,即可形成作为
时间基准的石英振荡器。一般石英手表使用的是X+5°切型、弯曲振动模式、频率为32768Hz的音叉形石英谐振器。它的体积小,温度拐点(在拐点附近频率随温度的变化最小)选在常温,适宜戴在手腕上。石英钟常用的是AT切型、
厚度切变振动模式、频率为4.194304MHz的双凸透镜形石英谐振器。它的
温度特性好,能适应室内外温度变化较大的环境。
石英谐振器具有很高的
品质因数,因而由它组成的石英振荡器有很高的
稳定度,能大大提高钟表的走时精度。一般石英钟表的日差(见
钟表日差)小于0.5秒/日,这个精度是一般
机械钟表无法达到的。为了进一步提高走时稳定性,还可以采用双
振子温度补偿电路或双振荡器温度补偿电路,它们可分别使走时误差缩小到5秒/月和5秒/年。
CMOS集成电路
CMOS集成电路 石英钟表内最关键的部件之一。石英手表要求微功耗(1µA)、小体积和低电压(1.5V),为此须采用特制的中大规模CMOS集成电路。在指针式和数字式石英手表中,CMOS所完成的功能不完全相同。在指针式石英手表中,需要完成振荡、
分频、驱动步进电机等项工作,一般采用中等规模
CMOS集成电路;而在数字式石英手表中,除要完成振荡、分频、升压、驱动
液晶显示等功能外,往往还要完成闹时、
秒表等多种功能,所以采用大规模CMOS集成电路。石英钟内的集成电路基本上与石英手表内的相似,但因为石英钟要求输出较大功率,电路的功耗(由几十微安至几百微安)也
远大于石英手表,故集成电路的功耗也较大。
步进电机
在指针式石英钟表内,步进电机作为
换能器,把秒
脉冲信号变成机械
轮系的转动,带动指针指示时间。步进电机的特点是
低功耗、小体积、转换效率高、结构简单。常用钟表步进电机有双偏心式、单偏心式、双凹坑式和单凹坑式等径向充磁的单相永磁步进电机,另外还有
轴向充磁的双定子式步进电机。其中双凹坑式的定子做成一体,结构简单,耗电量小,应用较广。石英钟用步进电机比石英手表的体积稍大,耗电较多,有较大输出力矩。步进电机的转子
磁钢采用矫顽力大、剩磁密度大的
合金材料如
钐钴合金等,定子常用
坡莫合金,线圈多采用
小线径高强度
漆包线。
显示屏
液晶显示屏是 数字式石英手表和一些数字式石英钟中用来显示时间的部件。液晶即某些
有机化合物(如
芳香族化合物)在液体状态下的晶体,兼具液体和晶体的双重性质。液晶屏上数字的显示是利用了液晶的扭曲效应与
偏振光相配合而产生的效果。液晶屏上的每一位
数字符号均由7段字划组成,由电路控制显示不同的数字。
电池
手表电池 又 称
扣式电池。是石英手表的能源,所起的作用相当于
机械手表发条的作用。它的特点是体积小、容量高、使用期限长、
放电特性好。各种扣式电池都是由
正极、负极、
电解质、
隔离层和外壳 5部分组成。
常用的手表电池有:①
氧化银电池,又称银锌电池,电压为1.55V,是石英手表中应用最普遍的电池,具有较高的体能密度和稳定性,没有
环境公害。②
氧化汞电池,又称
汞电池,电压为 1.35V。是最早研制成的手表电池。由于有环境公害,已较少使用。③过氧化银电池,又称二价银电池,电压1.55V。它的容量高,但电压稳定性差。④
锂电池。用金属锂作负极,具有电压高(一般为3V)、
自放电率低、保存寿命长的特点。有较广泛的应用前途。⑤
太阳能电池。能把光能转换成电能。一般均有
二次电池(
镍镉电池),每天只要短时间受
太阳光或灯光照射就可以使手表正常走时。石英钟也常用太阳能电池。