Veel horloges zijn uitgerust met een quartz-uurwerk, wat zorgt voor een zeer nauwkeurige tijdweergave tegen minimale kosten. Kwartskristallen, gebruikelijk in veel elektronische apparaten, bieden een consistente manier om tijd te meten over een breed scala van omgevingsomstandigheden. De batterij die de meeste horloges met quartz uurwerk bedient, kan jaren mee dankzij de energie-efficiëntie van het kristal.

Theorie van de werking

Het kwartskristal creëert een constante reeks pulsen, meestal met een snelheid van 32.768 oscillaties per seconde (Hz). Een elektronisch circuit bewaakt deze stroom van pulsen en voert één puls uit voor elke 32768 invoerpulsen die het ontvangt. Deze uitvoerpuls heeft nu een frequentie van één puls per seconde en is de tijdreferentie voor het horloge. Het display wordt één keer per seconde bijgewerkt.

Kwartskristal

Een kwartskristal is een klein stukje gefabriceerd of van nature voorkomend siliciumdioxide. Dit kristal heeft een specifieke afmeting en oriëntatie en heeft goed gedefinieerde fysieke eigenschappen. Siliciumdioxide heeft een piëzo-elektrische eigenschap, wat betekent dat het trilt wanneer het wordt blootgesteld aan een elektrische spanning. De vibratie hangt af van de snede van het kristal en is zeer stabiel ondanks temperatuursveranderingen.

Oscillatorcircuit

Bij aansluiting op een kwartskristal genereert een oscillatorcircuit een gestage stroom van pulsen op basis van op de karakteristieke frequentie van het kristal. Voor een horloge is een frequentie van 32.768 kHz gebruikelijk. Een batterij voedt het oscillatorcircuit dat zorgt voor een constante frequentie, onafhankelijk van temperatuur, spanningsfluctuaties of beweging van het horloge.

Divide-by Circuit

De uitgang van de oscillator wordt in een circuit gevoerd dat een teller. Dit circuit telt het aantal invoerpulsen dat het ontvangt en geeft een enkele uitvoerpuls af wanneer het een vooraf bepaalde waarde bereikt. Voor het 32.768 kHz voorbeeld wordt een 15-bits teller gebruikt. Een 15-bits teller produceert één uitvoerpuls voor elke 32768-invoerpulsen die hij ontvangt en levert daarom één puls per seconde.

Tijdweergave

De tijdweergave van een horloge met quartz uurwerk kan zijn analoog of digitaal. Voor een analoog beeldscherm, verplaatst een kleine stappenmotor de secondewijzer 1/60 van de omtrek van het horloge voor elke puls. Een digitaal display actualiseert de secondencijfers van het display met één voor elke puls.