Les fabricants essaient-ils de rendre leurs composants aussi proches que possible de ceux idéaux?

Je me demandais quels développements sont faits sur les composants électriques aujourd'hui.

Les fabricants essaient-ils de rendre les composants électriques qu'ils vendent aussi proches que possible du modèle idéal? Ainsi, par exemple, l'objectif de leurs résistances fixes est-il de se comporter selon la loi d'Ohm pour la plus large gamme de valeurs de tension et de fréquences? Ou y a-t-il des avantages à un comportement non linéaire qui diffèrent du modèle idéal dans certains cas d'utilisation?

Souvent, mais loin d'être toujours , l'objectif est de reproduire le comportement d'un composant idéal, au moins sur une certaine plage de fréquence, tension, température, etc.

Parfois, cependant, les fabricants s'éloignent intentionnellement de l'idéal car un certain degré de comportement "non idéal" est souhaitable pour l'application typique d'un composant. Considérez les condensateurs de dérivation / découplage. Si vous avez longtemps travaillé dans l'électronique, vous connaissez le besoin de capacité entre la puissance et la masse de votre circuit.

Par exemple, du point de vue d'un fabricant, TDK dispose d'une gamme de condensateurs céramiques ESR contrôlés destinés au contournement / découplage de l'alimentation. Bien qu'un condensateur idéal n'ait aucune résistance série équivalente, l'ESR de ces condensateurs est intentionnellement modéré. En effet, ils ont en fait dépensé plus d'argentsur chaque composant afin d'augmenter l'ESR, et donc le bouchon est encore plus éloigné de l'idéal supposé que leurs autres bouchons MLCC. Si vous avez déjà conçu ou spécifié les performances d'un système de distribution d'alimentation, vous saurez qu'un ESR trop élevé signifie que vos bouchons de dérivation ne sont pas efficaces, mais qu'un ESR trop faible peut créer des résonances dans votre système d'alimentation, augmentant l'ondulation de la tension. Les MLCC ont souvent un ESR problématique faible, donc TDK essaie de fabriquer des composants qui résolvent ce problème.

Du point de vue d'un ingénieur appliquant des bouchons de dérivation, il est préférable de choisir ceux avec perte (par exemple les diélectriques X5R, X7R) que les types C0G à Q élevé: votre système d'alimentation aura moins d'ondulation. Si vous fabriquiez un filtre RF, les plafonds à Q élevé seraient peut-être un meilleur compromis.

Donc, parfois, les composants ne sont pas intentionnels, car c'est ce qui convient le mieux au circuit d'application typique. J'ai trouvé préférable de comprendre les types de comportements non idéaux présentés par des composants particuliers et d'essayer de "les intégrer" au circuit.

Oui - mais à un budget.

Par exemple, dans le cas des résistances, il existe différentes tolérances qui vous indiquent à quel point la valeur ohmique réelle peut différer de la valeur indiquée. La tolérance de 5% était standard, de nos jours 1% n'est pas beaucoup plus cher. Si vous voulez une résistance de tolérance de 0,001%, vous devrez payer plus. Des choses similaires s'appliquent au coefficient de température des résistances.

Les résistances ont un coefficient de température de résistance. Les résistances bobinées ont une inductance. Les résistances de composition ont également une inductance, mais plus comme n'importe quel morceau de fil a une inductance.

Les condensateurs ont une résistance en série, une fuite et une sensibilité à la température.

Les inductances ont une résistance en série et peuvent avoir une capacité de shunt et une non-linéarité de magnétisation importantes.

Tous les composants passifs ont une tolérance de valeur. Tous sont vendus dans différents grades et types à différents prix pour offrir des solutions à un comportement non idéal pour les applications qui nécessitent quelque chose de mieux.

Les composants et appareils actifs présentent des lacunes similaires avec de nombreuses variantes de produits et méthodes de conception utilisées pour compenser.

Les fabricants essaient-ils de rendre les composants électriques qu'ils vendent aussi proches que possible du modèle idéal ?

Bien sûr que non. Cela serait une énorme perte de temps, d'efforts et d'argent. Ils ne fabriquent que des pièces qui sont assez bonnes pour faire le travail pour lequel leurs clients en ont besoin - tout simplement augmenterait le prix et rendrait leurs produits non compétitifs.

Prenons par exemple une simple résistance. Quelles sont ses caractéristiques idéales? Tolérance zéro, capacité et inductance nul, tension stable et linéaire à infinie, dissipation de puissance infinie, gestion infinie du courant, etc. Mais même si un tel appareil était possible, il serait largement sur-spécifié pour la plupart des conceptions. Certaines personnes peuvent avoir besoin d' une résistance capable de gérer 1MW à 500kV, d'autres peuvent n'avoir besoin que de 1/4 W à 5V, mais personne ne veut payer plus que ce qu'il doit.

Dans tous les cas, le circuit est (ou devrait être) conçu pour fonctionner avec des composants pratiques qui ont des caractéristiques non idéales - parfois très bien. Et parfois, le circuit est en fait conçu pour en profiter. Un transistor ne fonctionne pas comme n'importe quel composant «idéal» - mais il est toujours utile. Les transistors ont généralement de larges tolérances, et tous ont des caractéristiques indésirables qui feraient un cri idéaliste. Un circuit typique peut avoir des dizaines d'autres parties dont le seul but est de compenser les «défauts» du transistor. Mais c'est toujours moins cher que d'essayer de créer un composant plus «idéal».

La principale raison de vouloir des composants «idéaux» est de faciliter la conception des circuits. Cependant, dans la pratique, ils ne doivent pas être parfaits, juste assez bons pour que le circuit fonctionne comme prévu. Les amplificateurs opérationnels sont souvent utilisés dans des circuits qui pourraient mieux fonctionner avec des composants discrets, mais seraient plus difficiles à concevoir. De nombreux produits utilisent des pièces plus anciennes `` standard de l'industrie '' simplement parce que les concepteurs les connaissent mieux, et les fabricants continuent de les produire par millions malgré le remplacement par des pièces plus modernes avec de meilleures caractéristiques.

S'il y a une raison pour laquelle quelqu'un voudrait une version plus idéale de quelque chose et il est possible d'améliorer un design existant. Même si la nouvelle chose serait vraiment chère, tant qu'elle sera suffisamment demandée, elle sera bien sûr réalisée.

Bien que de nombreuses nouvelles conceptions et améliorations soient basées sur la réduction des choses, une meilleure efficacité énergétique, etc. tout en maintenant les niveaux actuels d'idéalité.

Il y a aussi le problème que de nombreux composants ont de multiples caractéristiques et ce que vous pensez être plus «idéal» dans votre application pourrait l'être moins pour d'autres applications.

Ensuite, vous avez des composants qui n'ont pas été conçus pour une utilisation, mais qui se sont avérés bons pour une certaine utilisation. Et bien sûr, les gens utilisent les défauts des choses comme une fonctionnalité pour faire ce non-sens jamais fou qu'ils ont imaginé.

Il commence donc à devenir flou quant à ce qu'est réellement une version idéale de quelque chose. Nous ne pouvons pas non plus produire des copies exactes des choses, il y a toujours une certaine variation. Il doit donc toujours y avoir un certain niveau de tolérance.

Je pense que les exemples les plus évidents de choses qui se conservent mieux sont la conversion de puissance et les moteurs électriques. Là où vos ratios entrée / sortie se sont beaucoup améliorés au fil des ans et aussi la consommation d'énergie, nous continuons à obtenir des choses qui prennent de moins en moins d'énergie pour faire la même chose.

Bien sûr qu'ils le font ... La plupart du temps. Les fabricants réputés voudront toujours fournir le meilleur d'eux-mêmes. Cependant, certaines choses ne peuvent tout simplement pas être réalisées. Prenez des amplis opérationnels par exemple, il n'y a tout simplement aucun moyen d'obtenir un gain infini en boucle ouverte par exemple. Il est également impossible d'avoir une impédance d'entrée infinie ou une impédance de sortie nulle. Mais les fabricants essaieront de se rapprocher le plus possible.

Les résistances fixes se comporteront toujours selon la loi d'Ohm. Tous les fabricants peuvent le faire le rendre aussi proche de la résistance spécifiée. C'est pourquoi ils ont des tolérances.

Essayer de fabriquer des composants idéaux ou des composants de précision extrême coûte de l'argent, il y aura donc toujours des compromis qui signifient que rien ne sera jamais idée.

En bref, un fabricant réputé fera de son mieux pour essayer de donner le meilleur produit possible, dans un budget autorisé. Plus les spécifications sont bonnes, plus le produit est cher à fabriquer, et plus il sera cher à acheter.

Considérez l'opamp "idéal": énorme gain de bande passante, énorme courant d'attaque de sortie == énormes transistors de sortie, zéro courant de veille, zéro temps de stabilisation, stable pour tous les gains positifs en dB et -dB, coût nul == zone de matrice nulle.

Vous remarquez des conflits dans ces «idéalités»?

Il n'y a donc pas un seul ampli op "idéal".