О богатом внутреннем мире электронных компонентов

Книга "Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components" Эрик Шлапфер (Eric Schlaepfer) пытался починить неисправный танталовый конденсатор. Компонент был каким-то образом закорочен, и он хотел узнать, почему. Поэтому он вскрыл и отполировал его, чтобы заглянуть внутрь. Он так и не нашел источник короткого замыкания, но он и его коллега, Уинделл Оскей (Windell Oskay), открыли кое-что лучше: захватывающий скрытый мир внутри электроники. Затем последовали часы и часы полировки, чистки и фотографирования, результатом которых стала книга "Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components" (No Starch Press, 2022).

Как пишут авторы, всё в этих компонентах намеренно разработано для удовлетворения конкретных технических потребностей, но этот дизайн приводит к "случайной красоте: возникающей эстетике вещей, которые вы никогда не ожидали увидеть".

Один из разворотов книги

Сама книга охватывает практически всю электронику, но в этой статье будут представлены только пассивные компоненты. Если вас это действительно заинтересует, то рекомендую приобрести книгу, она действительно выполнена очень качественно. На данный момент русского перевода нет, но уверен, что он не завставит себя долго ждать. А мы приступаем.

Высокостабильный пленочный резистор

Резистор при сильном приближении

Этот высокостабильный пленочный резистор диаметром около 4 миллиметров изготавливается практически так же, как и его недорогой углеродно-пленочный собрат, но с высокой точностью. Керамический стержень покрывается тонким слоем резистивной пленки (тонкий металл, оксид металла или углерод), а затем в пленке вырезается идеально равномерная спиральная канавка.

Вместо того чтобы покрывать резистор эпоксидной смолой, его герметично запаивают в маленькую блестящую стеклянную оболочку. Это делает резистор более прочным, идеальным для специализированных случаев, таких как прецизионные (высокоточные) эталонные приборы, где долгосрочная стабильность резистора имеет решающее значение. Стеклянная оболочка обеспечивает лучшую изоляцию от влаги и других изменений окружающей среды, чем стандартные покрытия, такие как эпоксидная смола.

15-оборотный триммерный потенциометр

15-оборотный триммерный потенциометр

Как вы могли догадаться, чтобы переместить 15-оборотный триммерный потенциометр из одного конца диапазона сопротивлений в другой, требуется 15 оборотов регулировочного винта. В схемах, требующих точной регулировки, используется этот тип триммерного потенциометра вместо однооборотных.Он же на печатной плате

Резистивный элемент представляет собой полоску кермета - композита керамики и металлического шелка, нанесенного на белую керамическую подложку. Металлическая трафаретная печать соединяет каждый конец полоски с соединительными проводами.

Поворот регулировочного винта перемещает пластиковый ползунок по дорожке, меняя таким образом сопротивление.

Керамический дисковый конденсатор

Керамический конденсатор в разрезе

Конденсаторы - это фундаментальные электронные компоненты, которые хранят энергию в виде статического электричества. Они используются бесчисленными способами, в том числе для накопления объемной энергии, для сглаживания электронных сигналов и в качестве ячеек компьютерной памяти. Простейший 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.Внешний вид

Керамический дисковый конденсатор - это недорогой конденсатор, который часто встречается в электроприборах и игрушках. Его изолятором является керамический диск, а две параллельные пластины представляют собой очень тонкие металлические покрытия, которые испаряются или напыляются на внешние поверхности диска. Соединительные провода прикрепляются с помощью припоя, и вся сборка погружается в пористый материал покрытия, который высыхает и защищает конденсатор от повреждений.

Пленочный конденсатор

Плёночный конденсатор в разрезе

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

Металлические электроды пленочного конденсатора наносится вакуумным методом на поверхности длинных полос пластиковой пленки. После присоединения выводов пленка сворачивается и погружается в эпоксидную смолу, которая скрепляет сборку вместе. Затем готовый узел окунают в прочное внешнее покрытие и маркируют его номинал.Внешний вид

Другие типы пленочных конденсаторов изготавливаются путем укладки плоских слоев металлизированной пластиковой пленки, а не сворачивания.

Танталовый конденсатор

Разрез танталового конденсатора

В основе этого конденсатора лежит пористая гранула танталового металла. Гранула изготавливается из танталового порошка и спекается, или сжимается при высокой температуре, в плотный, похожий на губку твердый материал.

Подобно кухонной губке, полученный гранулят имеет высокую площадь поверхности на единицу объема. Затем гранулу анодируют, создавая изолирующий оксидный слой с такой же высокой площадью поверхности. Этот процесс позволяет вместить большую емкость в компактное устройство, используя геометрию, подобную губке, а не уложенные или свернутые слои, которые используются в большинстве других конденсаторов.Внешний вид

Положительный вывод устройства, или анод, подключается непосредственно к танталовому металлу. Отрицательный вывод, или катод, образован тонким слоем проводящего диоксида марганца, покрывающего гранулу.

Осевой индуктор (катушка индуктивности)

Изображение в разрезе

Индукторы - это базовые электронные компоненты, которые накапливают энергию в виде магнитного поля. Они используются, например, в некоторых типах источников питания для преобразования напряжения путем попеременного накопления и высвобождения энергии. Такая энергоэффективная конструкция помогает максимально продлить срок службы батарей мобильных телефонов и другой портативной электроники.

Индукторы обычно состоят из катушки изолированного провода, обернутого вокруг сердечника из магнитного материала, такого как железо или феррит (керамика с оксидом железа). Ток, протекающий вокруг сердечника, создает магнитное поле, которое действует сглаживая изменения тока по мере его протекания через индуктор.Катушка индуктивности на печатной плате

Этот осевой индуктор имеет несколько витков лакированной медной проволоки, намотанной вокруг ферритовой формы и припаянной к медным выводам на двух концах. Он имеет несколько слоев защиты: прозрачный лак на обмотках, светло-зеленое покрытие вокруг паяных соединений и яркое зеленое внешнее покрытие, защищающее весь компонент.

Трансформатор источника питания

Трансформатор в разрезе

Этот трансформатор имеет несколько наборов обмоток и используется в источнике питания для создания нескольких выходных переменных напряжений из одного входного переменного напряжения, например, из розетки.

Маленькие провода ближе к центру - это "высокоомные" витки магнитопровода. Эти обмотки проводят большее напряжение, но меньший ток. Они защищены несколькими слоями изоленты, электростатическим экраном из медной фольги и еще большим количеством изоленты.Вид на плате

Внешние "низкоомные" обмотки изготавливаются из более толстого изолированного провода и меньшего количества витков. Они выдерживают меньшее напряжение, но больший ток.

Все обмотки намотаны на черную пластиковую шпулю. Два куска ферритовой керамики соединяются вместе, образуя магнитный сердечник трансформатора.

А на этом всё. В самой книге вы найдёте гораздо больше уникальных фотографий электроники в разрезе.