vijesti

Giovanni D'Amore je raspravljao o upotrebi analizatora impedanse i profesionalnih uređaja za karakterizaciju dielektričnih i magnetnih materijala.
Navikli smo da razmišljamo o tehnološkom napretku iz generacija modela mobilnih telefona ili proizvodnih čvorova poluprovodnika. Oni pružaju korisne skraćene, ali nejasne napretke u tehnologijama koje omogućavaju (kao što je polje nauke o materijalima).
Svako ko je rastavljao CRT TV ili uključio staro napajanje znaće jednu stvar: ne možete koristiti komponente 20. veka za pravljenje elektronike 21. veka.
Na primjer, brz napredak u nauci o materijalima i nanotehnologiji stvorio je nove materijale sa karakteristikama potrebnim za izgradnju induktora i kondenzatora visoke gustine i visokih performansi.
Razvoj opreme koja koristi ove materijale zahtijeva precizno mjerenje električnih i magnetskih svojstava, kao što su permitivnost i permeabilnost, u rasponu radnih frekvencija i temperaturnih raspona.
Dielektrični materijali igraju ključnu ulogu u elektronskim komponentama kao što su kondenzatori i izolatori. Dielektrična konstanta materijala može se podesiti kontrolom njegovog sastava i/ili mikrostrukture, posebno keramike.
Vrlo je važno izmjeriti dielektrična svojstva novih materijala na početku ciklusa razvoja komponenti kako bi se predvidjele njihove performanse.
Električna svojstva dielektričnih materijala karakterizira njihova kompleksna permitivnost, koja se sastoji od realnih i imaginarnih dijelova.
Pravi dio dielektrične konstante, koji se još naziva i dielektrična konstanta, predstavlja sposobnost materijala da skladišti energiju kada je izložen električnom polju. U poređenju s materijalima s nižim dielektričnim konstantama, materijali s višim dielektričnim konstantama mogu pohraniti više energije po jedinici volumena , što ih čini korisnim za kondenzatore visoke gustine.
Materijali sa nižim dielektričnim konstantama mogu se koristiti kao korisni izolatori u sistemima za prenos signala, upravo zato što ne mogu pohraniti velike količine energije, čime se minimizira kašnjenje širenja signala kroz bilo koje žice koje su njima izolovane.
Imaginarni dio kompleksne permitivnosti predstavlja energiju koju dielektrični materijal rasipa u električnom polju. Ovo zahtijeva pažljivo upravljanje kako bi se izbjeglo rasipanje previše energije u uređajima kao što su kondenzatori napravljeni od ovih novih dielektričnih materijala.
Postoje različite metode mjerenja dielektrične konstante. Metoda paralelne ploče postavlja materijal koji se ispituje (MUT) između dvije elektrode. Jednačina prikazana na slici 1 koristi se za mjerenje impedanse materijala i pretvaranje u kompleksnu permitivnost, koja odnosi se na debljinu materijala i površinu i prečnik elektrode.
Ova metoda se uglavnom koristi za mjerenje niske frekvencije. Iako je princip jednostavan, precizno mjerenje je teško zbog grešaka u mjerenju, posebno za materijale sa malim gubicima.
Kompleksna permitivnost varira sa frekvencijom, tako da je treba proceniti na radnoj frekvenciji. Na visokim frekvencijama, greške uzrokovane mernim sistemom će se povećati, što će rezultirati netačnim merenjima.
Uređaj za ispitivanje dielektričnog materijala (kao što je Keysight 16451B) ima tri elektrode. Dvije od njih čine kondenzator, a treća predstavlja zaštitnu elektrodu. Zaštitna elektroda je neophodna jer kada se između dvije elektrode uspostavi električno polje, dio električno polje će teći kroz MUT instaliran između njih (vidi sliku 2).
Postojanje ovog rubnog polja može dovesti do pogrešnog mjerenja dielektrične konstante MUT-a. Zaštitna elektroda apsorbira struju koja teče kroz rubno polje, čime se poboljšava preciznost mjerenja.
Ako želite izmjeriti dielektrična svojstva materijala, važno je da mjerite samo materijal i ništa drugo. Iz tog razloga, važno je osigurati da uzorak materijala bude vrlo ravan kako bi se eliminirao zračni jaz između njega i elektroda.
Postoje dva načina da se to postigne. Prvi je nanošenje elektroda tankog filma na površinu materijala koji se testira. Drugi je izvođenje kompleksne permitivnosti upoređivanjem kapacitivnosti između elektroda, koja se mjeri u prisustvu i odsustvu materijala.
Zaštitna elektroda pomaže u poboljšanju tačnosti mjerenja na niskim frekvencijama, ali može negativno utjecati na elektromagnetno polje pri visokim frekvencijama. Neki testeri obezbjeđuju opcionalne elemente od dielektričnog materijala sa kompaktnim elektrodama koje mogu proširiti korisni frekvencijski opseg ove tehnike mjerenja. Softver također može pomažu eliminirati efekte kapacitivnosti ruba.
Preostale greške uzrokovane uređajima i analizatorima mogu se smanjiti prekidom strujnog kruga, kratkim spojem i kompenzacijom opterećenja. Neki analizatori impedanse imaju ugrađenu ovu funkciju kompenzacije, koja pomaže da se izvrše precizna mjerenja u širokom frekventnom opsegu.
Procjena kako se svojstva dielektričnih materijala mijenjaju s temperaturom zahtijeva korištenje prostorija s kontroliranom temperaturom i kabela otpornih na toplinu. Neki analizatori obezbjeđuju softver za kontrolu vruće ćelije i kabla otpornog na toplinu.
Kao i dielektrični materijali, feritni materijali se stalno poboljšavaju i naširoko se koriste u elektronskoj opremi kao induktivne komponente i magneti, kao i komponente transformatora, apsorbera magnetnog polja i supresora.
Ključne karakteristike ovih materijala uključuju njihovu propusnost i gubitke na kritičnim radnim frekvencijama. Analizator impedancije sa magnetnim materijalom može pružiti precizna i ponovljiva mjerenja u širokom frekventnom opsegu.
Poput dielektričnih materijala, permeabilnost magnetnih materijala je složena karakteristika izražena u stvarnim i imaginarnim dijelovima. Realni pojam predstavlja sposobnost materijala da provodi magnetni tok, a imaginarni član predstavlja gubitak u materijalu. Materijali s visokom magnetskom permeabilnosti mogu se koristi se za smanjenje veličine i težine magnetnog sistema. Komponenta gubitka magnetne permeabilnosti može se minimizirati za maksimalnu efikasnost u aplikacijama kao što su transformatori, ili maksimizirati u aplikacijama kao što je oklop.
Kompleksna permeabilnost je određena impedansom induktora formiranog od materijala. U većini slučajeva varira sa frekvencijom, pa je treba karakterizirati radnom frekvencijom. Na višim frekvencijama, precizno mjerenje je teško zbog parazitske impedanse Za materijale sa malim gubicima, fazni ugao impedanse je kritičan, iako je tačnost merenja faze obično nedovoljna.
Magnetna permeabilnost se takođe menja sa temperaturom, tako da merni sistem treba da bude u stanju da precizno proceni temperaturne karakteristike u širokom frekventnom opsegu.
Kompleksna permeabilnost može se izvesti mjerenjem impedanse magnetnih materijala. Ovo se radi omotanjem nekih žica oko materijala i mjerenjem impedanse u odnosu na kraj žice. Rezultati mogu varirati ovisno o tome kako je žica namotana i interakciji magnetnog polja sa okolinom.
Uređaj za ispitivanje magnetskog materijala (pogledajte sliku 3) obezbjeđuje induktor sa jednim obrtom koji okružuje toroidalni kalem MUT-a. Ne postoji fluks curenja u jednookretnoj induktivnosti, tako da se magnetsko polje u uređaju može izračunati elektromagnetskom teorijom .
Kada se koristi u kombinaciji sa analizatorom impedanse/materijala, jednostavan oblik koaksijalnog uređaja i toroidnog MUT-a može se precizno procijeniti i može postići široku pokrivenost frekvencije od 1kHz do 1GHz.
Greška uzrokovana mjernim sistemom može se eliminisati prije mjerenja. Greška uzrokovana analizatorom impedanse može se kalibrirati kroz tročlanu korekciju greške. Na višim frekvencijama, kalibracija kondenzatora sa malim gubicima može poboljšati tačnost faznog ugla.
Uređaj može pružiti još jedan izvor greške, ali svaka zaostala induktivnost može se kompenzirati mjerenjem uređaja bez MUT-a.
Kao i kod dielektričnog mjerenja, za procjenu temperaturnih karakteristika magnetnih materijala potrebna je temperaturna komora i kablovi otporni na toplinu.
Bolji mobilni telefoni, napredniji sistemi za pomoć vozaču i brži prijenosni računari oslanjaju se na kontinuirani napredak u širokom spektru tehnologija. Možemo mjeriti napredak poluvodičkih procesnih čvorova, ali niz pratećih tehnologija se brzo razvija kako bi se omogućilo da se ti novi procesi staviti u upotrebu.
Najnovija dostignuća u nauci o materijalima i nanotehnologiji omogućila su proizvodnju materijala s boljim dielektričnim i magnetskim svojstvima nego prije. Međutim, mjerenje ovih napretka je složen proces, posebno zato što nema potrebe za interakcijom između materijala i učvršćenja na kojima oni su instalirani.
Dobro osmišljeni instrumenti i uređaji mogu prevladati mnoge od ovih problema i donijeti pouzdana, ponovljiva i efikasna mjerenja svojstava dielektričnih i magnetnih materijala korisnicima koji nemaju specifičnu ekspertizu u ovim poljima. Rezultat bi trebao biti brža primjena naprednih materijala u cijelom elektronski ekosistem.
“Electronic Weekly” je sarađivao sa RS Grass Roots-om kako bi se fokusirao na predstavljanje najsjajnijih mladih elektronskih inženjera u Velikoj Britaniji danas.
Šaljite naše vijesti, blogove i komentare direktno u inbox! Prijavite se za e-tjedni bilten: stil, guru za gadgete, te dnevne i nedjeljne preglede.
Pročitajte naš specijalni dodatak koji slavi 60. godišnjicu Electronic Weekly i radujte se budućnosti industrije.
Pročitajte prvi broj Electronic Weekly online: 7. septembar 1960. Skenirali smo prvo izdanje kako biste mogli uživati ​​u njemu.
Pročitajte naš specijalni dodatak koji slavi 60. godišnjicu Electronic Weekly i radujte se budućnosti industrije.
Pročitajte prvi broj Electronic Weekly online: 7. septembar 1960. Skenirali smo prvo izdanje kako biste mogli uživati ​​u njemu.
Slušajte ovaj podcast i slušajte kako Chetan Khona (direktor industrije, vizije, zdravstva i nauke, Xilinx) govori o tome kako Xilinx i industrija poluprovodnika odgovaraju na potrebe kupaca.
Korištenjem ove web stranice pristajete na korištenje kolačića. Electronics Weekly je u vlasništvu Metropolis International Group Limited, člana Metropolis grupe; možete pogledati našu politiku privatnosti i kolačića ovdje.