Внутренняя красота базовой электроники

Open Circuits демонстрирует удивительную сложность пассивных компонентов

Эрик Шлепфер пытался починить сломанную часть испытательного оборудования, когда он обнаружил причину проблемы — неисправный танталовый конденсатор. Компонент каким-то образом замкнулся, и он хотел знать, почему. Поэтому он отполировал его, чтобы заглянуть внутрь. Он так и не нашел источник короткометражки, но он и его коллега Уинделл Х. Оскей обнаружили кое-что еще лучшее: захватывающий дух скрытый мир внутри электроники. За этим последовали часы полировки, чистки и фотографирования, результатом которых стала книга «Открытые цепи: внутренняя красота электронных компонентов» (No Starch Press, 2022), отрывок из которой следует. Как пишут авторы, все в этих компонентах намеренно спроектировано для удовлетворения конкретных технических потребностей, но этот дизайн приводит к «случайной красоте: возникающей эстетике вещей, которые вы никогда не ожидали увидеть».

Из книги, охватывающей широкий мир электроники, мы в IEEE Spectrum нашли удивительно убедительными внутренности вещей, о которых мы не думаем много времени, — пассивные компоненты. Транзисторы, светодиоды и другие полупроводники могут быть местом действия, но простая физика резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности имеет свое собственное великолепие.

Все фотографии Эрика Шлепфера и Винделла Х. Оскея.

Этот высокостабильный пленочный резистор диаметром около 4 миллиметров изготовлен почти так же, как его недорогой родственник из углеродной пленки, но с высочайшей точностью. Керамический стержень покрывается тонким слоем резистивной пленки (тонкий металл, оксид металла или углерод), а затем в пленке вырезается идеально равномерная спиральная канавка.

Вместо покрытия резистора эпоксидной смолой он герметично запечатан в небольшой блестящий стеклянный конверт. Это делает резистор более надежным и идеально подходит для особых случаев, таких как прецизионные эталонные приборы, где долговременная стабильность резистора имеет решающее значение. Стеклянная оболочка обеспечивает лучшую изоляцию от влаги и других изменений окружающей среды, чем стандартные покрытия, такие как эпоксидная смола.

Чтобы переместить 15-оборотный подстроечный потенциометр от одного конца диапазона сопротивления к другому, требуется 15 оборотов регулировочного винта. В схемах, которые необходимо отрегулировать с точным контролем разрешения, используется этот тип триммера вместо однооборотного.

Резистивный элемент в этом триммере представляет собой полоску металлокерамики — композита керамики и металла, нанесённую методом шелкографии на белую керамическую подложку. Металл с трафаретной печатью соединяет каждый конец полосы с соединительными проводами. Это уплощенная линейная версия резистивного элемента в форме подковы в одновитковых триммерах.

Поворот регулировочного винта перемещает пластиковый ползунок по направляющей. Стеклоочиститель представляет собой пружинный палец, подпружиненный металлический контакт, прикрепленный к ползуну. Он обеспечивает контакт между металлической полосой и выбранной точкой полоски резистивной пленки.

Конденсаторы — это фундаментальные электронные компоненты, которые хранят энергию в виде статического электричества. Они используются бесчисленными способами, в том числе для хранения энергии, для сглаживания электронных сигналов и в качестве ячеек компьютерной памяти. Самый простой конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин с зазором между ними, но конденсаторы могут принимать различные формы, если есть две проводящие поверхности, называемые электродами, разделенные изолятором.

Керамический дисковый конденсатор — это недорогой конденсатор, который часто встречается в бытовой технике и игрушках. Его изолятор представляет собой керамический диск, а две его параллельные пластины представляют собой чрезвычайно тонкие металлические покрытия, которые напыляются или распыляются на внешние поверхности диска. Соединительные провода крепятся припоем, а вся сборка окунается в пористый материал покрытия, который хорошо высыхает и защищает конденсатор от повреждений.

Пленочные конденсаторы часто встречаются в высококачественном аудиооборудовании, таком как усилители для наушников, проигрыватели пластинок, графические эквалайзеры и радиотюнеры. Их ключевая особенность заключается в том, что диэлектрическим материалом является пластиковая пленка, например полиэстер или полипропилен.