쿼츠 시계의 작동원리에 대해서 알아보자.

쿼츠 시계의 작동원리(How a Quartz Watch Works)

쿼츠 시계

 

시계는 우리 일상에서 시간 관리를 책임지는 필수품이다. 그중에 쿼츠 시계는 수정 진동자의 진동 주파수를 1초의 기준으로 하여 작동하는 전기 시계이고 주변에서 많이 쓰이고 있다. 그러나 우리가 매일 사용하는 이 작은 기계 안에서 시간을 어떻게 정확하게 측정하고 표시하는지에 대해 깊이 생각해본 적이 있을까?

이번 글에서는 쿼츠 시계에 초점을 맞춰 보다 기술적이고 세부적인 작동 원리, 부품들의 작용 방식까지 자세히 한번 알아보자.

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1. 시계의 기본 원리: '진동'과 '에너지 변환'

시계는 주기적으로 반복되는 진동을 이용해 시간을 측정한다. 이 진동은 일정한 주기로 발생해야 하며, 이후 이 신호를 초 단위로 변환하고, 눈에 보이는 물리적 운동으로 변환해 시침, 분침, 초침을 움직인다.

쿼츠 시계는 이 과정을 위해 전기 에너지를 기반으로 정밀 진동을 만들어내는 쿼츠 크리스탈을 이용한다.

✅ 핵심 개념:

 

"고정된 주기의 진동 ➔ 전기 신호 ➔ 물리적 회전 ➔ 시간 표시"

 

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2. 쿼츠 시계의 세부 작동 과정

1. 건전지(Battery)
   • 일정한 전압(1.5V)을 지속적으로 공급해 회로를 구동시킨다.
2. 쿼츠 크리스탈(Quartz Crystal)
   • 쿼츠 크리스탈의 압전효과(Piezoelectric Effect)를 이용해 전기적 신호가 가해지면 진동한다.
   • 32,768Hz(1초에 32,768번 진동)로 고주파 안정 진동 발생.
3. 주파수 분주 회로(Frequency Divider)
   • 쿼츠의 초고속 진동 신호를 2의 15제곱으로 분할하여, 정확히 1Hz(1초에 1번 진동) 신호로 변환한다.
4. 구동 회로(Driver Circuit)
   • 1Hz 신호를 받아 스텝 모터를 정확히 1초마다 한 스텝씩 회전시키는 전기 신호를 만든다.
5. 스텝 모터(Stepper Motor)
   • 1Hz 전기 신호를 물리적 회전 운동으로 변환한다.
   • 보통 180도 스텝 회전 또는 360도 연속 회전 방식을 사용한다.
6. 기어 트레인(Gear Train)
   • 스텝 모터의 빠른 회전을 기계식으로 감속하여, 초침, 분침, 시침의 정확한 속도로 전달한다.
   • 예: 초침은 60초에 시계 한 바퀴(360도), 분침은 1시간에 한 바퀴, 시침은 12시간에 한 바퀴
7. 시침, 분침, 초침
   • 기어 트레인을 통해 받은 운동을 시각적으로 표시한다.

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3. 쿼츠 시계 주요 부품 세부 정리

부품명	주요기능 및 특징
건전지 (Battery)	지속적 전원 공급 (1.5V)
쿼츠 크리스탈 (Quartz)	고주파 압전 진동 발생, 초고정밀성
주파수 분주 회로 (Frequency Divider)	32,768Hz → 1Hz 신호로 변환
구동 회로 (Driver Circuit)	모터 구동 신호 생성
스텝 모터 (Stepper Motor)	전기 신호를 회전 운동으로 변환
기어 트레인 (Gear Train)	회전 속도 조절 및 운동 전달
시침, 분침, 초침	시간 표시 장치