Wie funktioniert eigentlich eine Digitaluhr?
Auch wenn sie wie simple Geräte aussehen und teilweise schon für wenige Euros zu bekommen sind, steckt in Digitaluhren eine faszinierende Technik.
Als Uhren Enthusiast habe ich mich eingehend mit der Funktionsweise von digitalen Uhren beschäftigt und in diesem Beitrag erkläre ich dir (hoffentlich) einfach und verständlich wie eine digitale Uhr funktioniert.
IN KÜRZE Digitaluhren nutzen als Taktgeber einen Schwingquarz, der durch elektrische Spannung zum Schwingen gebracht wird. Diese Schwingungen werden dann in einem Sekundentakt übersetzt und durch einen elektrischen Impuls an die Anzeige der Digitaluhr übermittelt.
Funktionsweise » Wie funktioniert eine Digitaluhr?
Digitaluhren unterscheiden sich eigentlich nur in der Form der Anzeige von analogen Uhren. Die Funktionsweise des Uhrwerks ist im Großen und Ganzen identisch.
Digitaluhren verwenden für gewöhnlich ein Quarzwerk, um die Zeit zu messen.
Auch wenn es theoretisch möglich wäre eine digitale Anzeige auch mit einem mechanischen Uhrwerk zu verbinden macht das eher wenig Sinn, da man dann nur für das Display eine Energie-Quelle in die Uhr einbauen müsste.
Die Funktionsweise eines Quarzwerks
Die Grundlage einer digitalen Uhr bildet also ein Quarzwerk. Da ich zur Funktionsweise von Quarzuhren schon einen ausführlichen Beitrag geschrieben habe, werde ich hier nur kurz erläutern wie ein Quarzwerk funktioniert.
Wenn dich die genaue Funktionsweise interessiert findest du hier den ausführlichen Beitrag: » Wie funktioniert eine Quarzuhr?
Das Herz einer Quarzuhr ist der namengebende Quarzkristall. Der Quarz ist meistens wie ein Stab oder eine Stimmgabel geformt und dient als Taktgeber der Uhr.
Dabei wird sich der Piezoelektrizitäts-Effekt zur nutze gemacht, der besagt das einige Materialien wie z.B. Quarz sich durch das Anlegen einer elektrischen Spannung verformen und auch andersherum eine elektrische Spannung abgeben, wenn sie sich verformen.
Was also in der Digitaluhr passiert, ist das eine schwache elektrische Spannung an den Quarz gelegt wird, wodurch anfängt zu schwingen.
Jede Schwingung des Quarzes stellt eine kleine Verformung dar und der Piezoelektrizitäts-Effekt sagt uns ja, dass der Quarz bei Verformung einen elektrischen Impuls abgibt.
Das heißt jedes Mal, wenn der Quarz schwingt, gibt er einen leichten elektrischen Impuls ab, welcher von dann von einer Schaltung gezählt wird und letztendlich in einen Sekundentakt übersetzt wird.
Das Tolle an einem Quarz ist, dass er sehr zuverlässig immer mit derselben Frequenz schwingt. Der Quarz in einer Uhr wurde so manipuliert, das er genau 32.768 mal in einer Sekunde schwingt.
Diese 32.768 Schwingungen senden 32.768 elektrische Impulse, die durch 15 aufeinander folgenden Schaltungen laufen. Jede dieser Schaltungen halbiert die Frequenz des Quarzes, sodass am Ende eine Frequenz von 1 herauskommt, die genau der Dauer einer Sekunde entspricht.
Die 32.768 Impulse des Quarzes werden also auf einen Impuls pro Sekunde heruntergebrochen. Dieser Impuls wird dann an das Räderwerk, oder im Fall einer Digitaluhr eben an die digitale Anzeige weiter geleitet.
Funktionsweise der Digitalanzeige
Jetzt wo wir wissen wie das Quarzwerk funktioniert, können wir uns mal anschauen wie die gemessene Zeit dann letztendlich auf das Display kommt.
Die Anzeige einer digitalen Uhr besteht ja meisten aus drei Abschnitten. Die Sekunden die Minuten und die Stunden. Jeder dieser Abschnitte hat jeweils zwei Ziffern.
Jede dieser Ziffern hat einen eigenen Schaltkreis, den ich jetzt mal vereinfacht den Zähler nenne. Jedes Mal, wenn der Zähler einen elektrischen Impuls bekommt, stellt die Anzeige um eine Ziffer nach vorne.
Angefangen wird bei der ersten Ziffer des Sekunden-Abschnitts. Hier kommt der direkte Sekunden Impuls aus dem Uhrwerk an. Jedes Mal wenn der Quarz 32.768 mal geschwungen ist, bekommt der Zähler einen Impuls und zeigt die nächste Ziffer an.
Das geht nun so lange so weiter bis der Impuls 9 mal empfangen wurde. Mit dem zehnten Impuls wird dann der erste Impuls an den Zähler der zweiten Ziffer gesendet und der erste Zähler beginnt von vorne zu zählen.
In diesem Prinzip läuft das ganze dann über die Minuten bis zu den Stunden. Nur die Werte, ab denen der Zähler beginnt, von vorne zu zählen unterscheiden sich natürlich von Ziffer zu Ziffer.
Während die erste Ziffer beim zehnten Impuls von vorne beginnt, ist es bei der zweiten Ziffer der sechste Impuls und bei der letzten Ziffer der dritte Impuls.
Die einzige Ausnahme bildet die fünfte Ziffer. Bei ihr gibt es zwei zustände bei denen sie sich zurücksetzen muss. Solange die sechste Ziffer 0 oder 1 anzeigt, läuft sie von 1 bis 9 (z.b. 09:00 Uhr oder 19:00 Uhr). Sobald die sechste Ziffer aber eine 2 anzeigt, darf sie nur noch bis 3 laufen. Ansonsten würde die Uhr eine komische Uhrzeit wie 24:05 Uhr anzeigen.
Um dieses Problem zu lösen, gibt es einen weiteren Zähler welcher nur unter 2 Bedingungen ausgelöst wird. Springt die sechste Ziffer auf 2, ist die erste Bedingung erfüllt. Aber erst wenn, die fünfte Ziffer auf die 4 Springen würde wird er ausgelöst und sorgt dafür das Ziffer 5 und 6 auf 0 gesetzt werden.
Arten der Anzeige
Digitaluhr ist nicht gleich Digitaluhr. Über die Jahre haben sich viele verschiedene Arten der Anzeige entwickelt. Werfen wir doch mal einen Blick auf die verschiedenen Arten der digitalen Anzeige.
LED-Anzeigen
In den ersten Digitaluhren wurde hauptsächlich LED-Anzeigen verbaut. Diese leuchten stark und lassen sich dadurch gut ablesen. Das Problem an LED-Anzeigen ist jedoch das sie eine Menge Energie verbrauchen.
Bei Armbanduhren mit LED-Anzeige ließ sich die Uhrzeit deshalb meistens erst ablesen, wenn man die Anzeige auf Knopfdruck aktiviert hat.
Walzen-Anzeige
Eine sehr viel energieeffizientere Art der Anzeige ist die Walzen-Anzeige. Jede Ziffer der Anzeige hat eine Walze, auf der die Zahlen gedruckt sind. Durch Drehen der Walze wird die nächste Zahl angezeigt.
Aus verständlichen Gründen verzichten Uhren mit Walzen-Anzeige für gewöhnlich auf eine Sekunden-Anzeige.
Nixie-Röhre
Eine etwas ungewöhnliche aber meiner Meinung nach sehr interessante Anzeige Art ist die Nixie-Röhre.
Die Nixie-Röhre besteht im Prinzip aus mehreren Neonröhren, die wie die Zahlen von 1 bis 9 geformt sind. Diese neun Neon Röhren sind hintereinander in einer Glasröhre befestigt. Soll eine Zahl angezeigt werden wird einfach eine Spannung an die entsprechende Röhre angelegt und das Neon beginnt zu leuchten.
Die Nixie-Röhre ist einfach so unpraktisch und kompliziert das sie dadurch einen ganz besonderen Charme bekommt.
LC-Anzeige (Flüssigkristallanzeige)
Die wohl bekannteste und am weiten verbreitetste Art der Anzeige einer Digitaluhr dürfte die Anzeige über ein LC-Display sein.
LC-Displays vereinen einfach viele Eigenschaften die sie zur besten Art der Anzeige in einer Digitaluhr machen.
Sie sind einfach und günstig herzustellen, lassen sich auch bei schwierigen Lichtverhältnissen gut ablesen und arbeiten sehr energieeffizient.
Digital oder Analog? » Was ist besser?
Auch wenn es natürlich Hauptsächlich eine Sache des Geschmacks ist schauen wir uns doch mal spaßeshalber an wo die Vor- und Nachteile digitaler und analoger Zeitanzeigen liegen.
Analoge Zeitanzeige
Digitale Zeitanzeige
So ich hoffe, meine Erklärung war verständlich und du hast jetzt einen ungefähr Verstanden wie eine Digitaluhr funktioniert.
Was hältst du denn von Digitaluhren? Findest du die digitale Anzeige praktisch oder bevorzugst du doch eher eine klassische analoge Uhr?
Schreibe es doch mal in die Kommentare!
Falls du dich nicht entscheiden kannst, schau dir doch mal meinen Vergleich der besten Smartwatches an. Die können die Zeit nämlich sowohl in einer digital als auch einer analog Anzeigen.
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