La bellezza interiore dell'elettronica di base

Open Circuits mette in mostra la sorprendente complessità dei componenti passivi

Eric Schlaepfer ci stava provando per riparare un pezzo rotto dell'apparecchiatura di prova quando si è imbattuto nella causa del problema: un condensatore al tantalio difettoso. Il componente era in qualche modo andato in cortocircuito e voleva sapere il motivo. Quindi l'ha lucidato per dare un'occhiata all'interno. Non ha mai trovato la fonte del cortometraggio, ma lui e il suo collaboratore, Windell H. Oskay, hanno scoperto qualcosa di ancora migliore: un mondo nascosto mozzafiato all'interno dell'elettronica. Ciò che è seguito sono state ore e ore di lucidatura, pulizia e fotografia che hanno portato a Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components (No Starch Press, 2022), di cui segue un estratto. Come scrivono gli autori, tutto ciò che riguarda questi componenti è deliberatamente progettato per soddisfare esigenze tecniche specifiche, ma quel design porta alla "bellezza accidentale: l'estetica emergente di cose che non ti saresti mai aspettato di vedere".

Da un libro che abbraccia il vasto mondo dell'elettronica, ciò che noi di IEEE Spectrum abbiamo trovato sorprendentemente interessante sono stati gli interni di cose a cui non passiamo molto tempo a pensare, i componenti passivi. Transistor, LED e altri semiconduttori possono essere il luogo dell'azione, ma la semplice fisica di resistori, condensatori e induttori ha il suo splendore.

Tutte le foto sono di Eric Schlaepfer e Windell H. Oskay

Questo resistore a film ad alta stabilità, di circa 4 millimetri di diametro, è realizzato più o meno allo stesso modo del suo economico cugino a film di carbonio, ma con estrema precisione. Un'asta di ceramica viene rivestita con uno strato sottile di pellicola resistiva (metallo sottile, ossido di metallo o carbonio) e quindi nella pellicola viene ricavata una scanalatura elicoidale perfettamente uniforme.

Invece di rivestire il resistore con resina epossidica, è sigillato ermeticamente in un piccolo involucro di vetro brillante. Ciò rende il resistore più robusto, ideale per casi specializzati come la strumentazione di riferimento di precisione, dove la stabilità a lungo termine del resistore è fondamentale. L'involucro di vetro fornisce un migliore isolamento dall'umidità e da altri cambiamenti ambientali rispetto ai rivestimenti standard come la resina epossidica.

Sono necessarie 15 rotazioni di una vite di regolazione per spostare un potenziometro trimmer da 15 giri da un'estremità all'altra del suo intervallo resistivo. I circuiti che necessitano di essere regolati con un controllo di risoluzione fine utilizzano questo tipo di potenziometro trimmer invece della varietà a giro singolo.

L'elemento resistivo di questo rifinitore è una striscia di cermet, un composto di ceramica e metallo, serigrafata su un substrato di ceramica bianca. Il metallo serigrafato collega ciascuna estremità della striscia ai fili di collegamento. È una versione appiattita e lineare dell'elemento resistivo a ferro di cavallo nei trimmer monogiro.

Ruotando la vite di regolazione si sposta un cursore di plastica lungo un binario. Il tergicristallo è un dito a molla, un contatto metallico caricato a molla, fissato al cursore. Fa contatto tra una striscia di metallo e il punto selezionato sulla striscia di pellicola resistiva.

I condensatori sono componenti elettronici fondamentali che immagazzinano energia sotto forma di elettricità statica. Vengono utilizzati in innumerevoli modi, anche per immagazzinare energia in grandi quantità, per attenuare i segnali elettronici e come celle di memoria del computer. Il condensatore più semplice è costituito da due piastre metalliche parallele con uno spazio tra loro, ma i condensatori possono assumere molte forme purché vi siano due superfici conduttrici, chiamate elettrodi, separate da un isolante.

Un condensatore a disco ceramico è un condensatore a basso costo che si trova spesso negli elettrodomestici e nei giocattoli. Il suo isolante è un disco ceramico e le sue due piastre parallele sono rivestimenti metallici estremamente sottili che vengono evaporati o spruzzati sulle superfici esterne del disco. I cavi di collegamento vengono fissati mediante saldatura e l'intero gruppo è immerso in un materiale di rivestimento poroso che si asciuga duramente e protegge il condensatore da eventuali danni.

I condensatori a film si trovano spesso in apparecchiature audio di alta qualità, come amplificatori per cuffie, giradischi, equalizzatori grafici e sintonizzatori radio. La loro caratteristica fondamentale è che il materiale dielettrico è un film plastico, come poliestere o polipropilene.