vijesti

Giovanni D'Amore raspravljao je o upotrebi analizatora impedancije i profesionalnih uređaja za karakterizaciju dielektričnih i magnetskih materijala.
Navikli smo razmišljati o tehnološkom napretku od generacija modela mobilnih telefona ili čvorova procesa proizvodnje poluvodiča. Oni pružaju korisne kratke, ali nejasne napretke u omogućavajućim tehnologijama (kao što je područje znanosti o materijalima).
Svatko tko je rastavljao CRT TV ili uključio staro napajanje znat će jednu stvar: ne možete koristiti komponente 20. stoljeća za izradu elektronike 21. stoljeća.
Na primjer, brzi napredak u znanosti o materijalima i nanotehnologiji stvorio je nove materijale sa karakteristikama potrebnim za izradu induktora i kondenzatora visoke gustoće i visokih performansi.
Razvoj opreme koja koristi ove materijale zahtijeva točna mjerenja električnih i magnetskih svojstava, kao što su permitivnost i permeabilnost, u nizu radnih frekvencija i temperaturnih raspona.
Dielektrični materijali igraju ključnu ulogu u elektroničkim komponentama kao što su kondenzatori i izolatori. Dielektrična konstanta materijala može se prilagoditi kontrolom njegovog sastava i/ili mikrostrukture, osobito keramike.
Vrlo je važno izmjeriti dielektrična svojstva novih materijala rano u razvojnom ciklusu komponente kako bi se predvidjela njihova izvedba.
Električna svojstva dielektričnih materijala karakterizira njihova kompleksna permitivnost, koja se sastoji od stvarnog i imaginarnog dijela.
Stvarni dio dielektrične konstante, koji se također naziva dielektrična konstanta, predstavlja sposobnost materijala da pohrani energiju kada je podvrgnut električnom polju. U usporedbi 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 gustoće.
Materijali s nižim dielektričnim konstantama mogu se koristiti kao korisni izolatori u sustavima prijenosa signala, upravo zato što ne mogu pohraniti velike količine energije, čime se minimizira kašnjenje širenja signala kroz žice koje su njima izolirane.
Imaginarni dio kompleksne permitivnosti predstavlja energiju koju rasipa dielektrični materijal u električnom polju. To 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 pod ispitivanje (MUT) između dvije elektrode. Jednadžba prikazana na slici 1 koristi se za mjerenje impedancije materijala i njezino pretvaranje u kompleksnu permitivnost, koja odnosi se na debljinu materijala te površinu i promjer elektrode.
Ova se metoda uglavnom koristi za mjerenje niske frekvencije. Iako je princip jednostavan, točno mjerenje je teško zbog pogrešaka u mjerenju, posebno za materijale s malim gubicima.
Kompleksna permitivnost varira s frekvencijom, pa je treba procijeniti na radnoj frekvenciji. Na visokim frekvencijama, pogreške uzrokovane mjernim sustavom će se povećati, što će rezultirati netočnim mjerenjima.
Uređaj za ispitivanje dielektričnog materijala (kao što je Keysight 16451B) ima tri elektrode. Dvije od njih čine kondenzator, a treća daje zaštitnu elektrodu. Zaštitna elektroda je neophodna jer kada se uspostavi električno polje između dviju elektroda, 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 točnost mjerenja.
Ako želite mjeriti 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 biste uklonili sve zračne raspore između njega i elektroda.
Postoje dva načina da se to postigne. Prvi je nanošenje elektroda tankog filma na površinu materijala koji se ispituje. Drugi je izvođenje kompleksne permitivnosti usporedbom kapacitivnosti između elektroda, koja se mjeri u prisutnosti i odsutnosti materijala.
Zaštitna elektroda pomaže u poboljšanju točnosti mjerenja na niskim frekvencijama, ali može nepovoljno utjecati na elektromagnetsko polje na visokim frekvencijama. Neki ispitivači daju izborne učvršćenja od dielektričnog materijala s kompaktnim elektrodama koje mogu proširiti korisni raspon frekvencija ove tehnike mjerenja. Softver također može pomoći u otklanjanju učinaka rubnog kapaciteta.
Preostale pogreške uzrokovane uređajima i analizatorima mogu se smanjiti otvorenim strujnim krugom, kratkim spojem i kompenzacijom opterećenja. Neki analizatori impedancije imaju ugrađenu ovu funkciju kompenzacije, koja pomaže u točnim mjerenjima u širokom frekvencijskom rasponu.
Procjena kako se svojstva dielektričnih materijala mijenjaju s temperaturom zahtijeva korištenje prostorija s kontroliranom temperaturom i kabela otpornih na toplinu. Neki analizatori pružaju softver za kontrolu vruće ćelije i kompleta kabela otpornih na toplinu.
Poput dielektričnih materijala, feritni materijali se stalno poboljšavaju i naširoko se koriste u elektroničkoj opremi kao komponente induktivnosti i magneti, kao i komponente transformatora, apsorberi i supresori magnetskog polja.
Ključne karakteristike ovih materijala uključuju njihovu propusnost i gubitak na kritičnim radnim frekvencijama. Analizator impedancije s učvršćenjem magnetskog materijala može pružiti točna i ponovljiva mjerenja u širokom frekvencijskom rasponu.
Poput dielektričnih materijala, propusnost magnetskih materijala složena je karakteristika izražena u stvarnim i imaginarnim dijelovima. Stvarni izraz predstavlja sposobnost materijala da provodi magnetski tok, a imaginarni izraz predstavlja gubitak u materijalu. Materijali s visokom magnetskom propusnošću mogu se koristi se za smanjenje veličine i težine magnetskog sustava. Komponenta gubitka magnetske permeabilnosti može se minimizirati za maksimalnu učinkovitost u primjenama kao što su transformatori ili maksimizirati u primjenama kao što je zaštita.
Kompleksna propusnost određena je impedancijom induktora koju tvori materijal. U većini slučajeva, ona varira s frekvencijom, pa je treba karakterizirati na radnoj frekvenciji. Na višim frekvencijama, točno mjerenje je teško zbog parazitske impedancije Za materijale s malim gubicima, fazni kut impedancije je kritičan, iako je točnost mjerenja faze obično nedovoljna.
Magnetska propusnost također se mijenja s temperaturom, tako da bi mjerni sustav trebao moći precizno procijeniti temperaturne karakteristike u širokom frekvencijskom rasponu.
Kompleksna propusnost može se izvesti mjerenjem impedancije magnetskih materijala. To se radi omatanjem nekoliko žica oko materijala i mjerenjem impedancije u odnosu na kraj žice. Rezultati mogu varirati ovisno o tome kako je žica namotana i interakciji magnetskog polja s okolinom koja ga okružuje.
Uređaj za ispitivanje magnetskog materijala (vidi sliku 3) pruža induktor s jednim zavojom koji okružuje toroidalnu zavojnicu MUT-a. U induktivitetu s jednim zavojom nema fluksa curenja, tako da se magnetsko polje u uređaju može izračunati elektromagnetskom teorijom .
Kada se koristi zajedno s analizatorom impedancije/materijala, jednostavan oblik koaksijalnog učvršćenja i toroidalnog MUT-a može se točno procijeniti i može postići široko frekvencijsko pokrivanje od 1kHz do 1GHz.
Pogreška uzrokovana mjernim sustavom može se eliminirati prije mjerenja. Pogreška uzrokovana analizatorom impedancije može se kalibrirati pomoću tročlane korekcije pogreške. Na višim frekvencijama, kalibracija kondenzatora s malim gubicima može poboljšati točnost faznog kuta.
Uređaj za učvršćenje može biti još jedan izvor pogreške, ali bilo koji preostali induktivitet može se kompenzirati mjerenjem uređaja bez MUT-a.
Kao i kod mjerenja dielektrika, za procjenu temperaturnih karakteristika magnetskih materijala potrebni su temperaturna komora i kabeli otporni na toplinu.
Bolji mobilni telefoni, napredniji sustavi pomoći vozaču i brža prijenosna računala oslanjaju se na stalni napredak u širokom rasponu tehnologija. Možemo mjeriti napredak poluvodičkih procesnih čvorova, ali niz pratećih tehnologija ubrzano se razvija kako bi se omogućilo da se ti novi procesi staviti u uporabu.
Najnoviji napredak u znanosti o materijalima i nanotehnologiji omogućio je proizvodnju materijala s boljim dielektričnim i magnetskim svojstvima nego prije. Međutim, mjerenje tih napredaka je kompliciran proces, posebno zato što nema potrebe za interakcijom između materijala i učvršćenja na kojima se instalirani su.
Dobro osmišljeni instrumenti i uređaji mogu prevladati mnoge od ovih problema i donijeti pouzdana, ponovljiva i učinkovita mjerenja dielektričnih i magnetskih svojstava materijala korisnicima koji nemaju posebno iskustvo u tim područjima. Rezultat bi trebao biti brža implementacija naprednih materijala u cijelom elektronički ekosustav.
“Electronic Weekly” surađivao je s RS Grass Roots kako bi se usredotočio na predstavljanje najpametnijih mladih elektroničkih inženjera u Velikoj Britaniji danas.
Šaljite naše vijesti, blogove i komentare izravno u svoju pristiglu poštu! Prijavite se za e-tjedni bilten: stil, gadget guru te dnevne i tjedne preglede.
Pročitajte naš posebni dodatak kojim slavimo 60. godišnjicu Electronic Weeklyja i radujte se budućnosti industrije.
Pročitajte prvi broj Electronic Weeklyja online: 7. rujna 1960. Skenirali smo prvo izdanje kako biste mogli uživati ​​u njemu.
Pročitajte naš posebni dodatak kojim slavimo 60. godišnjicu Electronic Weeklyja i radujte se budućnosti industrije.
Pročitajte prvi broj Electronic Weeklyja online: 7. rujna 1960. Skenirali smo prvo izdanje kako biste mogli uživati ​​u njemu.
Poslušajte ovaj podcast i poslušajte Chetana Khonu (direktor za industriju, viziju, zdravstvo i znanost, Xilinx) kako govori o tome kako Xilinx i industrija poluvodiča odgovaraju na potrebe kupaca.
Korištenjem ove web stranice pristajete na korištenje kolačića. Tjednik Electronics je u vlasništvu Metropolis International Group Limited, članice Metropolis Grupe;ovdje možete pogledati našu politiku privatnosti i kolačića.