Gli oscillatori di clock sono circuiti elettronici utilizzati per cronometrare determinati eventi. Possono essere utilizzati per controllare la velocità con cui ticchetta la lancetta dei secondi di un orologio. Questi dispositivi possono essere realizzati con diversi materiali, sebbene il materiale più comune e preciso sia il cristallo di quarzo. Questi dispositivi utilizzano uno stimolo elettronico per creare un movimento meccanico.
L’applicazione di una corrente elettrica a un oscillatore di clock lo fa vibrare o oscillare alla sua frequenza naturale. La frequenza naturale dei materiali comunemente usati in questi circuiti è stretta e stabile. La frequenza di oscillazione rigida significa che gli ingegneri possono utilizzare le informazioni numeriche su quella frequenza per determinare i tempi degli oscillatori di clock. La frequenza può essere utilizzata per contrassegnare secondi o altre unità di tempo utilizzando una semplice formula matematica e la frequenza nota del dispositivo. Computer, trasmettitori radio e ricevitori radio utilizzano oscillatori di clock per controllare i tempi.
Il tempo può essere misurato utilizzando oscillatori di clock. Il materiale dell’oscillatore, quarzo, ceramica o altro materiale stabile, oscilla a una velocità prevedibile quando gli viene applicato uno stimolo elettrico. La frequenza naturale dell’oscillatore può cambiare in base alla forma, alle dimensioni e al taglio del materiale, il che significa che l’oscillatore deve essere testato e calibrato prima dell’uso. La maggior parte degli oscillatori dell’orologio utilizzati negli orologi hanno la forma di diapason.
Il cristallo di quarzo è il dispositivo più comune utilizzato negli oscillatori di clock perché ha una frequenza naturale molto precisa. Inoltre, il cristallo di quarzo non è particolarmente reattivo alle sostanze chimiche, quindi nel tempo si verificano pochissimi cambiamenti nella struttura del cristallo, rendendo gli oscillatori del cristallo di quarzo accurati per un gran numero di anni. Sebbene la temperatura e la pressione possano influenzare la gamma di segnali che raccoglierà, gli adattamenti al cristallo e al suo circuito possono ridurre gli effetti di questi cambiamenti esterni.
Il principio utilizzato negli oscillatori dell’orologio fu scoperto per la prima volta dai fratelli Curie nel 1880. Chiamato effetto piezoelettrico, la conversione dell’elettricità in movimento meccanico o il contrario, l’effetto piezoelettrico inverso. Questo metodo di generazione del movimento era molto più stabile rispetto ai modelli precedenti, che si basavano esclusivamente sulla meccanica. Una delle prime industrie ad abbracciare il concetto dell’effetto piezoelettrico è stata l’industria dell’orologeria, che è passata dagli orologi meccanici che richiedevano l’avvolgimento agli oscillatori dell’orologio di cristallo che mantenevano il tempo con una degradazione minima.