La beauté intérieure de l’électronique de base

Jul 03, 2023

Open Circuits met en valeur la complexité surprenante des composants passifs

Éric Schlaepfer étaiten essayant pour réparer une pièce cassée d'un équipement de test lorsqu'il a découvert la cause du problème : un condensateur au tantale en panne. Le composant était en court-circuit, et il voulait savoir pourquoi. Il l'a donc poli pour jeter un coup d'œil à l'intérieur. Il n'a jamais trouvé la source du court métrage, mais lui et son collaborateur, Windell H. Oskay, ont découvert quelque chose d'encore mieux : un monde caché à couper le souffle à l'intérieur de l'électronique. S'en sont suivis des heures et des heures de polissage, de nettoyage et de photographie qui ont abouti à Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components (No Starch Press, 2022), dont un extrait suit. Comme l’écrivent les auteurs, tout dans ces composants est délibérément conçu pour répondre à des besoins techniques spécifiques, mais cette conception conduit à « une beauté accidentelle : l’esthétique émergente de choses que l’on ne s’attendrait jamais à voir ».

Dans un livre qui couvre le vaste monde de l'électronique, ce que nous, chez IEEE Spectrum, avons trouvé étonnamment convaincant, c'est l'intérieur de choses auxquelles nous ne passons pas beaucoup de temps à réfléchir, les composants passifs. Les transistors, les LED et autres semi-conducteurs sont peut-être là où se déroule l'action, mais la physique simple des résistances, des condensateurs et des inductances a sa propre splendeur.

Toutes les photos par Eric Schlaepfer et Windell H. Oskay

Cette résistance à film haute stabilité, d'environ 4 millimètres de diamètre, est fabriquée à peu près de la même manière que son cousin à film de carbone bon marché, mais avec une précision extrême. Une tige en céramique est recouverte d'une fine couche de film résistif (métal mince, oxyde métallique ou carbone), puis une rainure hélicoïdale parfaitement uniforme est usinée dans le film.

Au lieu de recouvrir la résistance d’époxy, elle est hermétiquement scellée dans une petite enveloppe de verre brillante. Cela rend la résistance plus robuste, idéale pour les cas spécialisés tels que les instruments de référence de précision, où la stabilité à long terme de la résistance est essentielle. L'enveloppe de verre offre une meilleure isolation contre l'humidité et d'autres changements environnementaux que les revêtements standard comme l'époxy.

Il faut 15 tours d'une vis de réglage pour déplacer un potentiomètre trimmer de 15 tours d'une extrémité à l'autre de sa plage résistive. Les circuits qui doivent être ajustés avec un contrôle de résolution précis utilisent ce type de potentiomètre au lieu de la variété à tour unique.

L'élément résistif de ce trimmer est une bande de cermet, un composite de céramique et de métal, sérigraphiée sur un substrat en céramique blanche. Du métal sérigraphié relie chaque extrémité de la bande aux fils de connexion. Il s'agit d'une version aplatie et linéaire de l'élément résistif en forme de fer à cheval des trimmers à un tour.

Tourner la vis de réglage déplace un curseur en plastique le long d'une piste. L'essuie-glace est un doigt à ressort, un contact métallique à ressort, fixé au curseur. Il établit le contact entre une bande métallique et le point sélectionné sur la bande de film résistif.

Les condensateurs sont des composants électroniques fondamentaux qui stockent l'énergie sous forme d'électricité statique. Ils sont utilisés d’innombrables façons, notamment pour le stockage d’énergie en masse, pour lisser les signaux électroniques et comme cellules de mémoire informatique. Le condensateur le plus simple est constitué de deux plaques métalliques parallèles séparées par un espace, mais les condensateurs peuvent prendre plusieurs formes à condition qu'il y ait deux surfaces conductrices, appelées électrodes, séparées par un isolant.

Un condensateur à disque céramique est un condensateur peu coûteux que l’on trouve fréquemment dans les appareils électroménagers et les jouets. Son isolant est un disque en céramique et ses deux plaques parallèles sont des revêtements métalliques extrêmement fins qui sont évaporés ou pulvérisés sur les surfaces extérieures du disque. Les fils de connexion sont fixés à l'aide de soudure et l'ensemble est plongé dans un matériau de revêtement poreux qui sèche durement et protège le condensateur des dommages.

Les condensateurs à film sont fréquemment présents dans les équipements audio de haute qualité, tels que les amplificateurs de casque, les tourne-disques, les égaliseurs graphiques et les tuners radio. Leur principale caractéristique est que le matériau diélectrique est un film plastique, tel que du polyester ou du polypropylène.