隐藏在电子器件内部的世界令人惊叹

隐藏在电子器件内部的世界令人惊叹

埃里克•施莱浦菲尔（EricSchlaepfer）在尝试修理一台损坏的测试设备时，偶然发现损坏的原因是一个有问题的钽电容。元件不知为何短路了，他想知道原因。因此他把它擦亮，想看看里面。虽然没有找到短路的根源，但他和他的合作者温德尔•H.奥斯凯（Windell H. Oskay）发现了更美妙的东西：隐藏在电子器件内部的世界令人惊叹。接下来是长时间的抛光、清洁和拍照，最终形成了《打开电路：电子元件的内在之美》（Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components，No Starch Press出版社，2022年），下文节选自该书。正如作者所写，这些元件的一切都是为了满足特定技术需求而刻意设计的，但这种设计产生了“意外之美：那些意外涌现的事物美学”。

从一本包罗电子大千世界的书中，我们发现那些未曾花太多时间思考的事物（即无源元件），其内部竟出人意料地令人叹服。晶体管、发光二极管（LED）和其他半导体可能是最重要的部分，但电阻器、电容器和电感器的简单物理特性也有其独特之处。

——Samuel K. Moore

高稳定性薄膜电阻器

这种高稳定性薄膜电阻器的直径约4毫米，其制造方法与其价格低廉的碳膜电阻器大致相同.但精确度极高。陶瓷棒表面涂有一层电阻薄膜(薄金属、金属氧化物或碳)，然后在薄膜上加工出完全均匀的螺旋槽。电阻器不是用环氧树脂包覆，而是密封在一个有光泽的小玻璃封套中。这可以提高电阻器的鲁棒性，非常适合精密基准仪器等，电阻器的长期稳定性对这些设备至关重要。与环氧树脂等标准涂层相比，玻璃封套能更好地隔离湿气和其他环境变化。

15圈微调电位器
将15圈微调电位器从其电阻范围的一端移动到另一端需要将调整螺钉旋转15圈。通过精细分辨率控制进行调整的电路使用的就是这种类型的微调电位器，而不是单圈电位器。这种微调器中的电阻元件是一条丝网，即印刷在白色陶瓷基板上的金属陶瓷带(一种陶瓷和金属的复合材料)丝网印刷的金属将金属陶瓷带的每一端都连接到连接线上。它是单圈微调器中马蹄形电阻元件的扁平线性版。转动调整螺钉则可沿轨道移动塑料滑块。游标是连接到滑块上的一根弹簧指(一个装有弹簧的金属触点)。金属带和电阻膜带上的选定点通过它来实现接触。

陶瓷圆盘电容器
电容器是以静电形式储存能量的基本电子元件它们有无数的用途，包括大量的能量储存、平滑电子信号，以及作为计算机的存储单元。最简单的电容器由两块平行金属板组成，金属板之间有一道间隙，不过电容器有多种形式，只要有两个被绝缘体分开的导电表面(称为电极)，就可以成为电容器。陶瓷圆盘电容器是一种低成本电容器，常见于电器和玩具中。它的绝缘体是一个陶瓷圆盘，它的两个平行板是蒸发或喷镀到圆盘外表面的极薄金属涂层。连接线用焊料连接，整个组件浸入多孔涂层材料中，这种材料干燥坚硬，可以保护电容器免受损坏。

薄膜电容器
薄膜电容器常见于高品质音频设备，如耳机放大器、电唱机、图形均衡器和无线电调谐器。它们的主要特点是其介电材料为塑料薄膜，如聚酷纤维或聚丙烯。这种薄膜电容器的金属电极真空沉积在塑料薄膜长条带的表面上。引线连接后，将薄膜卷起来，浸入环氧树脂中，将组件粘合在一起。然后将完成的组件浸在坚韧的外涂层中，并标记上它的值。其他类型的薄膜电容器是由金属化塑料薄膜平层堆叠而成，并不是由多层薄膜卷成的。

浸渍钽电容器
这种电容器的核心是一个多孔钜金属球。小球由钜粉烧结而成，或在高温下压缩成致密的海绵状固体。就像厨房海绵一样，形成的小球的单位体积表面积很大。然后对小球进行阳极氧化，形成一个表面积同样较大的绝缘氧化层。通过使用海绵状几何结构而非大多数其他电容器使用的层堆叠或层卷绕，这一过程可将大量电容封装到一个紧凑的器件中。该器件的正极接线柱(或叫阳极)直接与金属相连。负极接线柱(或叫阴极)由涂在小球上的薄薄一层导电二氧化锰形成。

电源变压器
这种变压器有多组绕组，用于在电源中从单个输入交流电压(如墙上插座)产生多个输出交流电压。更靠近中心的小线是“高阻抗”磁线匝。这些绕组可承载较高的电压，但电流较小。它们受到了几层胶带、铜箔静电屏蔽和更多胶带的保护。外部的低阻抗”绕组由更粗的绝缘线和更少的线匝构成。它们可以处理较低的电压，但电流较大。所有绕组都缠绕在黑色塑料线轴上。两片铁氧体陶瓷粘合在一起，形成了变压器的心脏一一磁芯。

轴向电感器
电感器是以磁场形式储存能量的基本电子元件。它们用于某些类型的电源中，通过交替存储和释放能量来转换电压。这种节能设计有助于最大限度地延长手机和其他便携式电子设备的电池寿命。电感器通常由缠绕在磁性材料(如铁或铁氧体，后者是一种填充氧化铁的陶瓷)核芯上的绝缘线圈组成。流过磁芯的电流会产生一个磁场，它就像电流的飞轮，当电流流过电感器时，它可以平滑电流的变化。这种轴向电感器有多匝缠绕在铁氧体线圈上的漆包铜线，两端焊接在铜导线上。它有多层保护绕组上的透明清漆、焊点周围的浅绿色涂层，以及醒目的绿色外层涂层，用来保护整个元件并作为指示电感值的彩色条纹表面。