novice

Giovanni D'Amore je razpravljal o uporabi impedančnih analizatorjev in profesionalnih napeljav za karakterizacijo dielektričnih in magnetnih materialov.
Navajeni smo razmišljati o tehnološkem napredku od generacij modelov mobilnih telefonov ali vozlišč proizvodnih procesov polprevodnikov. Ti zagotavljajo uporabno kratico, a nejasne napredke v omogočajočih tehnologijah (kot je področje znanosti o materialih).
Vsakdo, ki je razstavljal CRT TV ali vklopil stari napajalnik, bo vedel eno stvar: komponent 20. stoletja ne morete uporabiti za izdelavo elektronike 21. stoletja.
Na primer, hiter napredek v znanosti o materialih in nanotehnologiji je ustvaril nove materiale z značilnostmi, potrebnimi za izdelavo visokozmogljivih induktorjev in kondenzatorjev z visoko gostoto.
Razvoj opreme, ki uporablja te materiale, zahteva natančno merjenje električnih in magnetnih lastnosti, kot sta prepustnost in prepustnost, v različnih delovnih frekvencah in temperaturnih območjih.
Dielektrični materiali igrajo ključno vlogo v elektronskih komponentah, kot so kondenzatorji in izolatorji. Dielektrično konstanto materiala je mogoče prilagoditi z nadzorom njegove sestave in/ali mikrostrukture, zlasti keramike.
Zelo pomembno je izmeriti dielektrične lastnosti novih materialov zgodaj v razvojnem ciklu komponente, da napovemo njihovo delovanje.
Za električne lastnosti dielektričnih materialov je značilna njihova kompleksna prepustnost, ki je sestavljena iz realnega in namišljenega dela.
Realni del dielektrične konstante, imenovan tudi dielektrična konstanta, predstavlja sposobnost materiala za shranjevanje energije, ko je izpostavljen električnemu polju. V primerjavi z materiali z nižjo dielektrično konstanto lahko materiali z višjo dielektrično konstanto shranijo več energije na enoto prostornine , zaradi česar so uporabni za kondenzatorje z visoko gostoto.
Materiale z nižjo dielektrično konstanto lahko uporabimo kot uporabne izolatorje v sistemih za prenos signalov, ravno zato, ker ne morejo shraniti velikih količin energije, s čimer se zmanjša zakasnitev širjenja signala skozi katere koli žice, ki so izolirane z njimi.
Namišljeni del kompleksne prepustnosti predstavlja energijo, ki jo razprši dielektrični material v električnem polju. To zahteva skrbno upravljanje, da se izognemo razpršitvi preveč energije v napravah, kot so kondenzatorji, narejeni s temi novimi dielektričnimi materiali.
Obstajajo različne metode za merjenje dielektrične konstante. Metoda vzporedne plošče postavi material pod preskusom (MUT) med dve elektrodi. Enačba, prikazana na sliki 1, se uporablja za merjenje impedance materiala in njeno pretvorbo v kompleksno prepustnost, ki se nanaša na debelino materiala ter površino in premer elektrode.
Ta metoda se uporablja predvsem za nizkofrekvenčne meritve. Čeprav je načelo preprosto, je natančno merjenje težko zaradi merilnih napak, zlasti pri materialih z majhnimi izgubami.
Kompleksna prepustnost se spreminja s frekvenco, zato jo je treba ovrednotiti pri delovni frekvenci. Pri visokih frekvencah se bodo napake, ki jih povzroči merilni sistem, povečale, kar bo povzročilo netočne meritve.
Naprava za preskušanje dielektričnih materialov (kot je Keysight 16451B) ima tri elektrode. Dve tvorita kondenzator, tretja pa zagotavlja zaščitno elektrodo. Zaščitna elektroda je potrebna, ker ko se med obema elektrodama vzpostavi električno polje, del električno polje bo teklo skozi MUT, nameščen med njima (glej sliko 2).
Obstoj tega obrobnega polja lahko privede do napačne meritve dielektrične konstante MUT. Zaščitna elektroda absorbira tok, ki teče skozi obrobno polje, in tako izboljša natančnost meritev.
Če želite izmeriti dielektrične lastnosti materiala, je pomembno, da merite samo material in nič drugega. Zaradi tega je pomembno zagotoviti, da je vzorec materiala zelo raven, da odpravite vse zračne reže med njim in elektroda.
To lahko dosežete na dva načina. Prvi je, da na površino materiala, ki ga želite testirati, nanesete tankoplastne elektrode. Drugi način je izpeljati kompleksno prepustnost s primerjavo kapacitivnosti med elektrodama, ki se meri v prisotnosti in odsotnosti. materialov.
Zaščitna elektroda pomaga izboljšati natančnost merjenja pri nizkih frekvencah, vendar lahko negativno vpliva na elektromagnetno polje pri visokih frekvencah. Nekateri preizkuševalci nudijo izbirne napeljave iz dielektričnega materiala s kompaktnimi elektrodami, ki lahko razširijo uporabno frekvenčno območje te merilne tehnike. Programska oprema lahko tudi pomagajo odpraviti učinke obrobne kapacitivnosti.
Preostale napake, ki jih povzročijo napeljave in analizatorji, je mogoče zmanjšati s kompenzacijo odprtega tokokroga, kratkega stika in obremenitve. Nekateri analizatorji impedance imajo vgrajeno to kompenzacijsko funkcijo, ki pomaga pri natančnih meritvah v širokem frekvenčnem območju.
Ocenjevanje, kako se lastnosti dielektričnih materialov spreminjajo s temperaturo, zahteva uporabo temperaturno nadzorovanih prostorov in toplotno odpornih kablov. Nekateri analizatorji nudijo programsko opremo za nadzor vroče celice in toplotno odpornega kabla.
Tako kot dielektrični materiali se tudi feritni materiali vztrajno izboljšujejo in se pogosto uporabljajo v elektronski opremi kot komponente induktivnosti in magneti, pa tudi kot komponente transformatorjev, absorberji in dušilci magnetnega polja.
Ključne značilnosti teh materialov vključujejo njihovo prepustnost in izgubo pri kritičnih delovnih frekvencah. Analizator impedance z magnetnim materialom lahko zagotovi natančne in ponovljive meritve v širokem frekvenčnem območju.
Tako kot dielektrični materiali je prepustnost magnetnih materialov kompleksna značilnost, izražena v realnih in namišljenih delih. Realni izraz predstavlja sposobnost materiala, da prevaja magnetni tok, namišljeni izraz pa predstavlja izgubo v materialu. Materiale z visoko magnetno prepustnostjo lahko se uporablja za zmanjšanje velikosti in teže magnetnega sistema. Komponento izgube magnetne prepustnosti je mogoče zmanjšati za največjo učinkovitost v aplikacijah, kot so transformatorji, ali povečati v aplikacijah, kot je zaščita.
Kompleksna prepustnost je določena z impedanco induktorja, ki jo tvori material. V večini primerov se spreminja s frekvenco, zato jo je treba označiti pri delovni frekvenci. Pri višjih frekvencah je natančno merjenje težko zaradi parazitske impedance Pri materialih z majhnimi izgubami je fazni kot impedance kritičen, čeprav je natančnost merjenja faze običajno nezadostna.
S temperaturo se spreminja tudi magnetna prepustnost, zato mora biti merilni sistem sposoben natančno ovrednotiti temperaturne značilnosti v širokem frekvenčnem območju.
Kompleksno prepustnost lahko izpeljemo z merjenjem impedance magnetnih materialov. To naredimo tako, da nekaj žic ovijemo okoli materiala in izmerimo impedanco glede na konec žice. Rezultati se lahko razlikujejo glede na to, kako je žica navita in interakcijo magnetnega polja z okolico.
Naprava za preskušanje magnetnega materiala (glejte sliko 3) zagotavlja enoobratni induktor, ki obdaja toroidno tuljavo MUT. V enoobratni induktivnosti ni uhajanja, zato je mogoče magnetno polje v napeljavi izračunati z elektromagnetno teorijo .
Pri uporabi v povezavi z analizatorjem impedance/materiala je mogoče natančno ovrednotiti preprosto obliko koaksialne napeljave in toroidnega MUT ter doseči široko frekvenčno pokritost od 1kHz do 1GHz.
Napako, ki jo povzroči merilni sistem, je mogoče odpraviti pred meritvijo. Napako, ki jo povzroči analizator impedance, je mogoče kalibrirati s tričlensko korekcijo napake. Pri višjih frekvencah lahko kalibracija kondenzatorja z majhnimi izgubami izboljša natančnost faznega kota.
Napeljava lahko povzroči še en vir napake, vendar se morebitna preostala induktivnost lahko kompenzira z merjenjem napeljave brez MUT.
Tako kot pri dielektričnih meritvah so za ovrednotenje temperaturnih značilnosti magnetnih materialov potrebni temperaturna komora in toplotno odporni kabli.
Boljši mobilni telefoni, naprednejši sistemi za pomoč voznikom in hitrejši prenosni računalniki so odvisni od nenehnega napredka v številnih tehnologijah. Merimo lahko napredek polprevodniških procesnih vozlišč, vendar se niz podpornih tehnologij hitro razvija, da bi omogočili te nove procese. dati v uporabo.
Najnovejši napredek v znanosti o materialih in nanotehnologiji je omogočil proizvodnjo materialov z boljšimi dielektričnimi in magnetnimi lastnostmi kot prej. Vendar pa je merjenje teh napredkov zapleten proces, zlasti zato, ker ni potrebe po interakciji med materiali in napeljavami, na katerih so nameščeni.
Dobro premišljeni instrumenti in napeljave lahko premagajo številne od teh težav in prinesejo zanesljive, ponovljive in učinkovite meritve lastnosti dielektričnih in magnetnih materialov uporabnikom, ki nimajo posebnega strokovnega znanja na teh področjih. Rezultat bi morala biti hitrejša uvedba naprednih materialov po vsem svetu. elektronski ekosistem.
»Electronic Weekly« je sodeloval z RS Grass Roots, da bi se osredotočil na predstavitev najpametnejših mladih elektronskih inženirjev v Združenem kraljestvu danes.
Pošljite naše novice, bloge in komentarje neposredno v vaš nabiralnik! Prijavite se na e-tedenske novice: stil, guru pripomočkov ter dnevni in tedenski pregledi.
Preberite našo posebno prilogo ob praznovanju 60. obletnice Electronic Weekly in se veselite prihodnosti industrije.
Preberite prvo številko Electronic Weekly na spletu: 7. september 1960. Prvo izdajo smo skenirali, da lahko uživate v njej.
Preberite našo posebno prilogo ob praznovanju 60. obletnice Electronic Weekly in se veselite prihodnosti industrije.
Preberite prvo številko Electronic Weekly na spletu: 7. september 1960. Prvo izdajo smo skenirali, da lahko uživate v njej.
Poslušajte ta podcast in poslušajte Chetana Khona (direktorja za industrijo, vizijo, zdravstveno varstvo in znanost, Xilinx) o tem, kako se Xilinx in industrija polprevodnikov odzivata na potrebe strank.
Z uporabo tega spletnega mesta se strinjate z uporabo piškotkov. Electronics Weekly je v lasti Metropolis International Group Limited, člana skupine Metropolis;našo politiko zasebnosti in piškotkov si lahko ogledate tukaj.