水晶発振器、水晶時計の仕組みが解りません。 どなたか教えて下さい。ウェキペディアの説明では専門用語で

水晶発振器、水晶時計の仕組みが解りません。
どなたか教えて下さい。ウェキペディアの説明では専門用語で解りません。水晶の何を利用しているのか？
交流がダメで直流で発振？ バッテリーで動くのは初動のみ？電波時計との比較は？
よろしくご教授下さいませ。

No.4 ベストアンサー 回答者： isoworld 回答日時： 2020/08/14 20:55

水晶には圧電効果があります。

圧電効果というのは、水晶のような物質（セラミックも同様）に圧力（力）を加えると、電気が発生する現象です。たとえば煙草に火をつけるガスライターってありますよね。ガスライターでは指で押しボタンを押すと、パチンと音がして火花が飛びます（ガスコンロでもそうですが）。パチンと音がするのは、内部にある圧電素子を叩いているわけで、それで火花が出るほどの電気が発生するわけ。

逆に圧電素子に電圧を加えると、叩かれたみたいに僅かながら変形します。電圧を取り除くと変形は元に戻ります。そこでかける電圧を＋にしたり－にすると、圧電素子はいわば膨らんだり縮まったりするわけ。そのため、＋と－の交番（入れ替わり）を速くすると、膨らんだり縮まったりすることがスピーカみたいに音になって出てきます。圧電素子にはスピーカのような作用もさせられるわけ。
タイマーや電子機器（目覚まし時計も含めて）では時間が来たりすると、ピーとかピピピのようなアラームの音を出すものがあるでしょ。あれはたいてい圧電素子を使って音を出しているんです。

以上は予備知識で、本題はここからです。

圧電効果のある水晶に＋と－が高速で入れ替わる電圧（高周波の電圧）を加えると、その速さに応じて膨らんだり縮んだりの変形が生じるわけですが、それには共振するところがあります。
共振というのは、お風呂で歌を歌ったりすると、ある音程でワ~ンとよく響く（共鳴する）ところがあるでしょ。あのような現象で、ある特定の周波数でとても調子よく（大きく）膨らんだり縮んだりの振動をすることを指します。

水晶ではこの共振する周波数はとても安定しており、狂わないわけ。そこでその共振周波数の電圧を水晶にかけてやると、水晶が大きく共振してくれます。この原理（＝共振周波数を得ること）を利用したのが水晶発振器です。

水晶発振器からは変動することがほとんどない共振周波数の電圧出力が得られます。それはとても高い周波数なので、これを分周します。分周とは、周波数を半分にしたり、１／４にしたり、１／１０にしたりすることです。これはデジタル回路なら簡単にできます。

こうして分周した電気信号をステッピングモーター（パルスモーターとも言う）にかけると、秒針が１分間に１回転する時計が出来上がります。

（おわり）

この回答へのお礼

凄い詳しいです。感動的解説ありがとうございます。読み返して理解するレベルに持って行きたいです。

お礼日時：2020/08/14 21:21

No.3 回答者： たくみn 回答日時： 2020/08/14 20:25

はい、商用交流は1時間に数秒ずれるので、水晶の方が正確です。

この回答へのお礼

先生は何でもご存知です。周波数50Hzと水晶の切断角度、形状を限りなく1秒の間隔に合わせた水晶の波形が正確なのでしょうか。
お世話様でした。私の脳味噌がまだぼやけているので基礎から勉強しようと思います。
ありがとうございました。

お礼日時：2020/08/14 20:42

No.2 回答者： 銀鱗 回答日時： 2020/08/14 16:44

専門用語が使われていて理解できないのであれば、

その専門用語について調べる事をお勧めします。

こうすることで、たにんを頼ることなく自力で疑問を解決できるようになりますよ。

・・・本題・・・

水晶は電圧をかけると一定の安定した周波数で振動します。
大きさや形状、結晶をカットする方向でその周波数が決まります。
その振動を電気信号として取り出すことで、電気的に一定の周波数を得ることができます。

電波時計は、標準の時間のカウントが電波に乗って飛んでくるので、それを受信して自ら時刻を調整する。
どこか山の上から大きな声で
　「16時40分30秒！16時40分31秒！16時40分32秒！16時40分33秒！」
と叫んでいる声を山の麓で聴いて、自分の時計の時刻を合わせているだけのこと。
電波を受け取ることができなければ、一般の目覚まし時計くらいの時間精度になります。

この回答へのお礼

ご教授ありがとうございます。電圧が不安定な場合は水晶時計は誤差がでるのですね。バッテリーの故障でも誤差がでるのですね。

お礼日時：2020/08/14 17:09

No.1 回答者： たくみn 回答日時： 2020/08/14 16:31

水晶は、安定した周波数を作り出すためです。

例えば、正確な32.768kHzを32,768分の1にして、正確な1Hzを作り出し、正確な1秒を刻む事ができます。
ただ、正確と言っても月に数秒ずれるので、電波時計では、電波に載せられた正確な時刻に定期的に合わせます。
電源は直流で、バッテリー駆動します。

この回答へのお礼

的確な御回答ありがとうございます。電気時計を水晶から商用交流に変換する装置があるならば、50ヘルツの商用より水晶の周波数の方がより正確なのですね？

お礼日時：2020/08/14 16:47