Taktoszillatoren sind elektronische Schaltungen, die verwendet werden, um bestimmte Ereignisse zu timen. Sie können verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der der Sekundenzeiger einer Uhr tickt. Diese Geräte können aus einer Reihe von Materialien hergestellt werden, obwohl das gebräuchlichste und präziseste Material Quarzkristall ist. Diese Geräte verwenden einen elektronischen Reiz, um eine mechanische Bewegung zu erzeugen.
Das Anlegen eines elektrischen Stroms an einen Taktoszillator bewirkt, dass dieser mit seiner Eigenfrequenz schwingt oder schwingt. Die Eigenfrequenz der üblicherweise in diesen Schaltungen verwendeten Materialien ist schmal und stabil. Die starre Oszillationsfrequenz bedeutet, dass Ingenieure die numerischen Informationen über diese Frequenz verwenden können, um das Timing von Taktoszillatoren zu bestimmen. Die Frequenz kann verwendet werden, um Sekunden oder andere Zeiteinheiten mit einer einfachen mathematischen Formel und der bekannten Frequenz des Geräts zu markieren. Computer, Funksender und Funkempfänger verwenden Taktoszillatoren, um das Timing zu steuern.
Die Zeit kann mit Taktoszillatoren gemessen werden. Das Material des Oszillators, sei es Quarz, Keramik oder ein anderes stabiles Material, schwingt mit einer vorhersagbaren Geschwindigkeit, wenn ein elektrischer Reiz darauf ausgeübt wird. Die Eigenfrequenz des Oszillators kann sich je nach Form, Größe und Zuschnitt des Materials ändern, was bedeutet, dass der Oszillator vor der Verwendung getestet und kalibriert werden muss. Die meisten Uhrenoszillatoren, die in Uhren verwendet werden, haben die Form einer Stimmgabel.
Der Quarzkristall ist das am häufigsten in Taktoszillatoren verwendete Gerät, da er eine sehr genaue Eigenfrequenz hat. Quarzkristall ist auch nicht besonders reaktiv gegenüber Chemikalien, so dass sich die Struktur des Quarzes im Laufe der Zeit nur sehr wenig ändert, wodurch Quarzkristalloszillatoren über viele Jahre hinweg genau sind. Obwohl Temperatur und Druck die Reichweite der empfangenen Signale beeinflussen können, können Anpassungen des Quarzes und seiner Schaltung die Auswirkungen dieser externen Veränderungen verringern.
Das in Uhrenoszillatoren verwendete Prinzip wurde erstmals 1880 von den Curie-Brüdern entdeckt. Der sogenannte piezoelektrische Effekt, die Umwandlung von Elektrizität in mechanische Bewegung oder das Gegenteil – der inverse piezoelektrische Effekt. Diese Methode der Bewegungserzeugung war viel stabiler als ältere Modelle, die ausschließlich auf Mechanik beruhten. Eine der ersten Industrien, die das Konzept des piezoelektrischen Effekts annahm, war die Uhrenindustrie, die von mechanischen Uhren, die ein Aufziehen erforderten, zu Quarzuhroszillatoren wechselte, die die Zeit mit sehr geringer Verschlechterung hielten.