石英电子手表8问

石英电子手表的走时日差不超过0.5秒，比机械手表的精度提高了近一百倍。原因是石英电子手表采用晶体振荡器作为产生基准频率的振动源，代替了机械手表中的摆轮游丝系统。晶体振荡器由石英晶体、大规模集成电路中作振荡用的倒相器部分以及调整频率用的微调电容等组成，见图1。其中石英晶体是电子手表的心脏。石英电子手表的精度取决于振荡频率的精确性及稳定性。由于石英晶体振荡频率很高（数十千赫至数兆赫，而机械手表仅数赫，振荡频率高，振动不易受外界干扰，如同陀螺转速越高越稳定一样），石英晶体的品质因数很高（Q值大于数万）及其物理化学性能稳定等因素，使石英电子手表振荡频率十分稳定。最常用的是频率为32768赫的音叉型石英晶体，它的体积很小，直径为2～3毫米，防震性能好。晶体振荡器产生的32768赫频率经过十五次分频，得到每秒1次的脉冲信号就是高度准确的秒信号。

它们都是以氧化银电池作能源，以石英晶体作振动源，配有承担振荡、分频等功能的大规模集成电路。两者走时精度完全相同，仅是显示方式不同，见图2。指针式石英电子手表，依靠集成电路输出的秒脉冲信号，驱动微型步进马达，带动轮系，用指针及字盘显示出秒、分、时、日、星期；而数字式石英电子手表则利用集成电路中数以千计的管子代替机械轮系计数并译码，用液晶屏或发光二极管显示出数字。因此，指针式的特点是电子、机械并用，保持传统的时间指示方式；而数字式的则是全电子化，显示方式新颖。

目前市场上见到的石英电子手表，大多采用CMOS（互补型金属—氧化物—半导体）集成电路，它的集成度很高，在几毫米见方的面积内有几百（指针式电子手表电路）或几千（数字式电子手表电路）个管子。这种集成电路的特点是：适用于低电压，工作电压大于1.2伏便能可靠工作；消耗电流极微，约1微安；有较高的抗干扰性；能在-10°～＋60℃的温度范围内稳定工作；寿命很长。集成电路的管芯通过超声键合或金丝球焊等方法，焊接到电子手表的印刷电路板上，并用特制的绝缘环氧树脂封固成一体，来保护引线和CMOS电路不致受到损坏。

另外，I\(^{2}\)L（双极集成注入逻辑）电路也开始在发光二极管显示的手表中采用。

指针式石英电子手表中，步进马达承担电—机转换的功能。图3是它的结构示意图，由定子、转子及线圈组成。定子用高导磁率的坡莫合金制成，转子用高磁能积的钐钴磁钢制成，线圈是用φ0.025毫米高强度漆包线绕10000圈以上。手表用步进马达种类较多，目前应用较广的是定子两极式结构，定子两极中的一个稍微错开（约0.04毫米），与转子轴偏心，导致磁场的不平衡，保证转子按照一定的方向旋转。输至线圈的是双向秒脉冲信号（脉宽极窄，一般为7.8毫秒），在一个脉冲作用下转子旋转180°，仅消耗约1微安电流便产生足以拖动整个传动轮系及日历机构的力矩。为使转子下一步继续旋转，要求定子磁极与上一步时的状态相反，即要求线圈电流方向相反，所以驱动脉冲要用双向脉冲。

如图4所示，液晶屏由玻璃盒、液晶、偏振片等组成。液晶是一种介于液体和晶态固体之间的物质, 现在应用最广的是扭曲向列型中间相。将液晶灌注在由两片平板玻璃片封装而成的盒内，平板玻璃片之间的间隙约为0.02毫米。玻璃片内侧制有表示数字节段笔划的透明电极，这些电极通过导电橡胶与集成电路的相应端子连接。玻璃片外侧粘贴一对偏振轴互为垂直的偏振片。当相应某节段的透明电极间加上电压时，该部分液晶分子会像听到“命令”那样整齐列队，排列成与玻璃表面垂直的状态，因此丧失将光线扭曲的能力，光线被下偏振板吸收，便呈现出黑色笔划。为使在能见度低的环境下也能看清显示数字，液晶屏后面配有微型照明灯泡。

驱动液晶显示的电压不能用直流，否则液晶将很快老化，驱动电压的频率为32赫（由振荡频率分频获得），电压幅度为3伏（由升压电路供给）。

数字式石英电子手表的液晶显示屏寿命约五年，使用中应避免阳光直射，否则会加速老化。液晶屏可以更换。

石英电子手表的防震、防水和防磁性能与机械手表基本相同。为保证石英电子手表安全使用应注意做到：避免受到如从高处落到坚硬地面那样的强烈冲击，以免使石英晶体破碎；避免进水，以免消耗电流增大或产生功能故障。

指针式石英电子手表在强磁场作用下，由于步进马达线圈铁芯磁饱和，会造成手表停走。但一脱离此环境，手表立即恢复正常，不会像机械手表那样留下零件被磁化的麻烦。

电池寿命取决于电池的容量与手表功耗的大小。同样一粒电池，用在各种不同牌号的电子手表里，使用时间长短也不一样。一般说来大约为1～2年，有的可达5年之久。

手表用氧化银电池容量在35～100毫安小时之间。例如:φ7.9×3.6（mm）的电池容量为35毫安小时，φ7.9×5.4（mm）的电池容量为70毫安小时，φ11.6×3.6（mm）的电池容量为110毫安小时等。在正常的温度及湿度条件下，电池的自放电会使其容量每年减少5～10％。

石英电子手表的功耗（消耗电流）对用万用表（例如MF10型）串联在电源回路中测出。在测量指针式石英电子手表功耗时需在万用表+、-端子间并联一只容量大于200μF的电容器。

近几年出品的石英电子手表, 消耗电流一般只有几微安。知道了电池容量和手表消耗电流以后，就可以用下式算出电池寿命。

数字式石英电子手表的微型灯泡消耗电流约15毫安，因此，非不得已不用照明。此外，高温及潮湿环境会使电池寿命缩短。

打开手表后盖，用万用表测量电池电压应大于1.2伏。电压过低或电池有明显漏液、气胀现象，就需要更换电池，以免腐蚀损坏机芯。

如果发现以下状况，也可判断电池已接近用完：指针式石英电子手表发生停走现象，对有电池寿命预报装置的指针式手表则表现出秒针1次跳2格（间隔2秒钟）；数字式石英电子手表发生数字暗淡、闪烁，功能反常，按照明按钮灯光暗淡或造成显示紊乱。如需更换电池，最好拿到制造厂或承担维修电子手表的钟表店去更换，以保证电子手表完好无损。

总之，使用石英电子手表的最大优点是完全避免了经常开拨或对时的麻烦。它的优异性能，必将使大家对它愈来愈感兴趣。（苏州电子手表厂 朱世豹）